Способ цифрового измерения мгновенной частоты медленно меняющихся процессов Советский патент 1974 года по МПК G01R23/02 

1

Изобретение относится к области электрических измерений и, в частности, предназначено для цифрового измерения мгновенной частоты процессов малой скорости как детерминированных, так и медленно меняющихся.

Изобретение может быть использовано при исследовании временных дрейфов усилителей постоянного тока, их возбуждения на инфранизких частотах, переходных процессов в цепях с большими значениями постоянной времени, а также в медицине при измерении частоты пульса, дыхания и других физиологических параметров.

Известен способ цифрового измерения мгновенной частоты медленно меняющихся процессов, при котором измерение мгновенной частоты процесса производится путем регистрации каждого интервала между соседними импульсами.

Способ предусматривает преобразование периода в напряжение постоянного тока, характер изменения которого с целью линеаризации шкалы (при реализации способа) корректируется с помощью диодно-резистивных цепей, обеспечивающих кусочно-линейную аппроксимацию гиперболической функции. Необходимость применения коррекции, выполненной по гиперболическому закону, обусловлена тем, что при измерении частоты имеет место обратная зависимость шкалы (убывает

с увеличением частоты) и ее нелинейный характер.

Скорректированное напряжение преобразуют в интервал времени, значение которого обратно пропорционально периоду входного сигнала и прямо пропорционально частоте входного сигнала.

Однако известный способ обладает значительной погрещностью измерения, обусловленной недостаточно высокой степенью точности воснроизведения гиперболической функции.

Другим недостатком является низкое быстродействие устройств, реализующих известный способ. Уменьшение быстродействия обусловлено тем, что процесс измерения начинается только со второго импульса; первый импульс, поступивщий на схему измерения, подготавливает ее к работе.

Реализация известного способа требует

сложной схемы, неудобной в настройке и эксплуатации, что обусловлено использованием аналогового функционального преобразователя, стабильных источников зарядного напряжения и т. д.

Для повыщения быстродействия и точности измерений по предлагаемому способу интервал преобразования между двумя соседними импульсами запоминают, формируют импульсы, частота следования которых прямо пропорциональна запомненному напрял :енню, затем из импульсной последовательности с одинаковой частотой следования импульсов выделяют два первых и измеряют временной интервал между ними..

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ, и показаны формы сигналов, формируемых ее узлами.

Блок-схема содержит следующие основные функциональные узлы: управляемое устройство памяти 1, импульсный генератор 2 с линейной модуляционной характеристикой, старт-стопную схему (отмечена пунктирной линией), содержащую узлы 3-6, и генератор 7 опорной частоты.

Измерение частоты производят следующим образом. Импульсы измеряемой частоты процессов, преобразованные в электрические сигналы, поступают на ВХОД управляемого устройства памяти 1, представляющего собой управляемый генератор пилообразного напряжения (стабилизатор тока с запоминающим конденсатором). Первый импульс запускает генератор, и запоминающий конденсатор начинает заряжаться по линейному закону до напряжения

(1)

,

где Uc - напряжение на заиоминающем конденсаторе;

Тп - период измеряемого процесса, т. е. временной интервал между предыдущим и последующим входными импульсами;

К - коэффициент пропорциональности. Второй импульс прекращает заряд конденсатора, и на нем устанавливается постоянное напряжение до прихода третьего импульса. Это напряжение поступает на вход импульсного генератора 2 с линейной модуляционной характеристикой, и на выходе генератора в зависимости от напряжения на конденсаторе формируется импульсная последовательность с переменной частотой следования импульсов

f,-.K,.K-T,(2)

где /г - частота импульсного генератора;

/Ci - коэффициент пропорциональности. Сформированная импульсная последовательность поступает па вход старт-стопной схемы, где в узле 3 из этой последовательно .4

. , TV I

i 1-2

сти выделяются импульсы с одинаковой частотой следования, а в узлах 4, 5 - первый и второй импульсы соответственно. Узел 6 формирует импульс, длительность которого равна временному интервалу между импульсами, выделенными узлами 4, 5 и равна периоду Гг между импульсами, выделенными узлом 3. Таким образом

формулы (3) очевидно, что между периодом импульсного генератора и периодом измеряемого процесса возникает обратно пронорциональная зависимость.

Измерение периода Гг осуществляют, например, счетным методом. Для этого на вход узла 6 подают опорные импульсы с генератора 7 с частотой

/оп.г -- Гмакс.гА 1

где /оп.г - частота опорного генератора; /макс, г - максимально возможная частота

измеряемого процесса.

В промежуток времени Гг импульсы с опорного генератора 7 проходят через узел 6, выполняющий функции ключа, на выход устройства и на счетчик, осуществляющий измерение периода Гг по числу импульсов опорного генератора 7.

Предложеннь1й способ позволяет повысить

быстродействие и точность измерения. При

этом точность зависит лищь от линейности

модуляционной характеристики управляемого

генератора.

Предмет изобретения

Способ цифрового измереиия мгновенной частоты медленно меняющихся процессов путем преобразования интервала между двумя соседними импульсами и формирования гиперболической функции, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерений, интервал преобразования в напряжение запоминают, формируют импульсы, частота следования которых прямо пропорциональна запомненному напряжению, затем из участка с одинаковой частотой следования импульсов выделяют два первых и измеряют временной интервал между ними.

JLJL

t

U3M

Ur