ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬЧАСТОТЫ Советский патент 1971 года по МПК H03M1/62 

Изобретение относится к области цифровой нзмерителыюй техники.

Известны частотные и время-импульсные датчики, позволяющие принципиально измерять любую физическую величину.

Однако частотные датчики имеют нелинейную выходную характеристику, поэтому после измерения частоты необходимо так обрабатывать результат, чтобы была воспроизведена функция, обратная выходной характеристике датчика.

В сложных информационно-измерительных системах, работающих совместно с цифровой вычислительной мащиной, такая онерация молсет быть выполнена вычислительной машиной.

Однако относительно простые системы не имеют вычислительной мащины и в них нужно линеаризировать выходную характеристику датчика непосредственно в цифровом преобразователе.

Известен функциональный цифровой преобразователь частоты, содержащий устройство управления, генератор опорных частот, устройство автоматического выбора пределов намерения, схемы совпадения, реверсивный счетчик с устройствами выбора направления счета н выбора считывания.

Цель изобретения - повысить быстроде ствие и расширить функциональные возможности преобразователя.

Для достижения этой цели преобразователь содержит триггер, запоминающий регистр, счетчик участков аппроксимации, причем один из входов триггера подключен к выходу устройства управления, а выход триггера через схему сборки соединен с клапаном генератора опорных частот, выходы которого подключены ко входам совпадения, выходы одних из этих схем совпадения через схему сборки соединены со входом устройства управления, а вторые входы других схем совладения включены на входы устройства функций, выходы этих схем совпадения через пocлeдoвaтev ьнo соединенные вторую схему сборки и клапан подключены ко входу счетчпка участков аппроксимации, выходы которого через соответствующие схемы сравнения и третью схему сборки соединены со входом устройства выбора пределов из :oрения, кроме того выход одной из этих схем сравнения нодключен к устройству выбора направления счета реверсивного счетчтка, выход устройст1ва выбора направления считывания соединен со входом запоминающего регистра, выход которого подкл очен ко входу устройства сравнения кодов, вторым входом соединенного со счетч ком

участков аппроксимации, а выходом - со аторым входом триггера.

Функциональная схема устройства представлена на чертеже.

Преобразователь содержит устройство управления /, реверсивный счетчик результата 2 с устройствами выбора направления счета i и выбора направления считывания 4, устройство 5 автоматического выбора пределов, генератор 6 образцовой частоты, делитель 7 образцовой частоты, клапан 8, триггер 9 цикла коррекции, управляющий через собирательную cxeAiy 10 клапаном 8, элемент задержки 11, через которую осуществляется сброс устройства автоматического выбора пределов, запоминающий регистр 12, счетчик 13 участков аппроксимации, устройство 14 сравнения кодов, схемы сравнения 15-18. объединяемые по выходам собирательной схемой 19; схемы совпадения 20-24, объединяемые по выходам собирательной схемой 25, схемы совпадения 26-29, объединяемые по выходам схемой сборки 30 и клапан 31.

В основу работы устройства положено использование кусочно-линейной аппроксимации обратной функции частотного датчика.

При линейной выходной характеристике измеряемый параметр был бы связан с частотой линейной зависимостью

y ao + aJ,(1)

где ао и а - постоянные коэффициенты;

fx - текущее значение частоты;

у - измеряемый параметр. При любой характеристике датчика результат измерения без линеаризации определяется выражением (1). Тогда нелинейность характеристики приводит к погрещности. Чтобы исключить эту погрещность, результат измерения необходимо скорректировать на величину разности между выражением (1) и реальной обратной функцией датчика. Можно показать, что поправка для любого вида обратных функций определяется выражением

« +

-о; о /

- (а; -Й1г)(/.-/о),

где ugi, ffj; - коэффициенты для г-го

участка аппроксимации; /о - начальное значение частоты

на выходе датчика.

Как видно из последнего выражения, поправка является лннейной функцией измеряемой частоты датчика. Следовательно, в счетчик результата необходимо вводить импульсы некоторой образцовой частоты в течение времени, пропорционального измеренной частоте. Пусть вре.мя введения поправки равно

где f ок - некоторая образцовая частота; , NX - показатели счетчика, соответствующие частотам /о и /. соответственно. НоA o T/fo-sai/o;

...

Тогда частота импульсов коррекции результата измерения иа /-м участке (/.х- /,- ) должна равняться

f - I 1 1 и ,-ao; а/

/о

. f f

(3)

f t OK f I OK

fi-f

a,

Аналогичные выражения могут быть получены и в случае измерения временных интервалов.

Для данного способа организации функционального преобразования справедливы следующие выводы:

1. Частоты корректирующих и.мнульсов для соответствующего участка аппроксимации не зависят от абсолютного значения частоты на выходе датчика, а зависят лишь от точност:

аппроксимации или интервала аппроксимации

(Ю

Ш

девиации частоты

2. Д.ЯЯ всех частотных датчиков, характеризующихся одним видо.м нелинейности, независимо от абсолютного значения частоты на выходе, при одной и той же точности аппроксимации частоты корректирующих импульсов

для одноименных участков аппроксимации остаются неизменными.

3. .Цля функций с другим видом нелиней ности значения коэффициентов а о,- и изменяются. Однако, изменяя образцовую частоту /Q., можно сохранить частоты корректи рующиХ и1М1пульсов ПО участкам а П1проксимации такими же, как и для , любого другого вида. Это позволяет по.стпоить цифровоч функциональный преобразииатель частоты и

временных интервалов для широкого ряда функций без существенного усложнения схемы прибора.

Преобразователь работает следующим образом.

По команде «Запуск строизводится общий сброс устройства в исходное состояние, и через определенное время, необходимое для сброса, начинается цроцесс измерения частоты или временного интервала, поступающих на

вход устройства управления 1 обычного цифрового частотомера. При измерении работают реверсивный счетчик 2 результата, генератор образцовых частот и образцовых интервалов времени, включающий генератор образцовой управления через собирательную схему 10 и делитель частоты 7 и устройство 5 автоматического выбора пределов. При этом устройство 3 выбора направления счета устанавливается в положение « + . По команде конца измерения, поступающей из устройства управления /, начинается процесс коррекций результата измерения. При этом код результата считывается в запоминающий регистр 12, устройство 5 выбора пределов через элемент задерлски // сбрасывается в исходное состояние и переключается в еди ничное состояние триггер 9. В результате через сборку 10 открывается клапан 8 и подготавливается к работе клапан 31. Кроме того, в зависимости от вида линеаризуемой функции подготовлена к работе одна из схем 26-29. Импульсы одной из образцовых частот /„.j - /3.4 через выбранную схему совпадения начинают поступать в счетчик 13 участков коррекции. Одновременно с этим импульсы корректирующей частоты f к1 . соответствующие первому участку аппроксимации, через схему совпадения 20 и схему 25 начинают поступать на счетчик результата через устройство управления 1 и устройство выбора направления счета 3, установленное в положение « + или «- в зависимости от соотнощения коэффициентов а и а|. npHuj(.a, поправка положительна и, следовательно, устройство 3 включается в положение « + ; при «i; ai поправка отрицательна, чему должно соответствовать положение «- устройства 3, и при а,,- а поправка равна нулю. Импульсы частоты fKI поступают на вход счетчика результата 2 до тех пор, пока не появится команда на выходе устройства 14, сравнения колов, если измеренное значение частоты относится к первому участку аппроксимации. Импульс с выхода устройства 1сравнения кодов (переключает триггер 9 в нулевое состояние, в результате чего закрывается клапан 8, и процесс коррекции заканчивается. Если измеренное значение частоты относится ко второму частку аппроксимации, то импульсы частоты /„, поступают на счетчик 2 до тех пор, пока в счетчике 13 участков аппроксимации не будет набрано число, соответствующее концу первого участка аппроксимации. В этот момент на выходе схемы сравнения 15, представляюи,ей собой схему совпадения, появляется импульс, который поступает на вход устройства 1 автоматического выбора пределов. В результате схема совпадения 20 закрывается и открывается схема совпадения 21, соответствующая корректирующей частоте /«2 второго участка аппроксимации. Коррекция продолжается до тех пор, пока в счетчике 13 не будет набрано число, равное числу, хранимому в регистре 12. Прибор работает аналогично, если измеренное значение частоты относится к третьему или любому последующему участку аппроксимации. До тех пор, пока не изменяется соотнощение между коэффициентами а и аь устройство 5 не переключается. При изменении знака разности а j; - al устройство 3 переключиться (на схеме чертежа показано изменение знака этой разности, начиная с четвертого участка аппроксимации). При этом импульсом с выхода схемы сравнения 17 переключается устройство 3 счетчика результата 2. Предложенный преобразователь частоты и временных интервалов является универсальным устройством, позволяющим отрабатывать широкий круг функций. При этом время корреюции, определяемое значением частоты может быть значительно меньше вре1мени измерения частоты и выбрано настолько малым, насколько допускает быстродействие счетчиков. Предмет изобретения Функциональный цифровой преобразователь частоты, содержащий устройство управления, генератор образцовых частот, устройство автоматического выбора пределов измерения, схемы совпадения, реверсивный счетчик с устройствами выбора направления счета и выбора направления считывания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей преобразователя, он содержит триггер, запоминающий регистр, счетчик участков аппроксимации, причем один из входов триггера подключен к выходу устройства управления, а выход триггера через схему сборки соединен с клапаном генератора образцовых 43:0107, вых.оды которого подключены ко входам схем совпадения, выходы одних из этих схем совпадения через схему сборки соединены со входом устройства управления, а BTOpi.ie входы других схем совпадения включены на входы устройства задания функций, выходы этих схем совпадения через последовательно соединенные вторую схему сборки и клашан подключены «о входу счетчика участков аппроксимации, выходы которого через соответствуюптие схемы сравнения и третью схему сборки соединены со входом устройства выбора пределов измерения, кроме того выход одной из этих схем сравнения подключен к устройству выбора направления счета реверсивного счетчика, выход устройства выбора направления считывания соединен со входо зано.минающего регистра, выход которого подключен ко входу устройства сравнения кодов, вторым входом соединенного со счетчиком участков аппроксимации, а выходом - со вторым входом триггера.

Вид нелинейности

Запуск