Устройство коррекции частотных преобразователей Советский патент 1975 года по МПК H03K13/20 

1

Изобретение относится к области измерительной техники, автоматики и вычислительной техники.

Известно устройство коррекции частотных преобразователей, содержащее частотный преобразователь, подключенный через схему совпадения, управляющий вход которой соединен с устройством управления, и счетчик к входу селекторов временных интервалов, другой вход которого через делитель частоты соединен с устройством управления и генератором опорной частоты.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение.

Для этого выход селектора временных интервалов подключен к входам двух дополнительных схем совпадения, другие входы которых соединены соответственно с выходом устройства управления и выходами делителя частоты, причем выход первой дополнительной схемы совпадения через последовательно соединенные первый дополнительный счетчик и преобразователь кода в частоту подключен к управляющему входу аналогового ключа коррекции крутизны частотного преобразователя, включенного в цепь подачи на вход интегратора входного сигнала, а выход второй дополнительной схемы совпадения через последовательно соединенные второй дополнительный счетчик и преобразователь кода во временной

интервал подключен к управляющему входу аналогового ключа коррекции начальной частоты частотного преобразователя, включенного в цепь подачи на вход интегратора опорного сигнала.

Функциональная схема устройства коррекции приведена на фиг. 1 и содержит схемы 1, 2, 3 совпадения, основной счетчик 4, селектор 5 временных интервалов, устройство 6 управления, делитель 7 частоты, генератор 8 опорной частоты, дополнительные счетчики 9, 10, преобразователь И «код-частота, преобразователь 12, «код-временной интервал, аналоговый ключ 13 коррекции крутизны частотного преобразователя, аналоговый ключ 14 коррекции начальной частоты частотного преобразователя, иптегратор 15 опорного сигнала, выходы 16, 17 и 18 делителя 7.

Для упрощения последующих рассуждений рассмотрим коррекцию на примере корректирования мультипликативной и аддитивной погрешностей развертывающего преобразователя разбаланса резистивного моста в пропорциональное изменение частоты следования импульсов, структурная схема которого приведена на фиг. 2 - и включает в себя резистивный мост 19, дифференциальный усилитель 20, интегратор 21, сравнивающее устройство 22, резисторы 23, 24, 25, 26 обратной связи. Если сопротивления резисторов противоположных плеч моста при изменении входного воздействия изменяются в противофазе, функция преобразования рассматриваемого преобразователя имеет следующий вид: г, ЬЩ,К + KI, 4.(1-К,) где б - относительное изменение сопротивления плеча моста, -г - постоянная времени интегратора, К - коэффициент усиления усилителя 20. Кзз/ „ + KS На фиг. 3 приведены временные диаграммы выходных напряжений интегратора - У„ и устройства сравнения - VQ. Начальное значение частоты преобразователя /о определяется из выражения (1) при 6 0 и равно 4г(,) В устройстве начальная частота корректируется с помощью задержки момента начала интегрирования сигнала VoKi на время ti в каждый полупериод работы преобразователя, как показано на фиг. 4. Здесь Vi - напряжение на неинвертирующем входе интегратора. В этом случае выражение (2) приобретает вид: t f iСЗ) 4-(I - К,)-t-2К,, Задержка интегрирования осуществляется с помощью аналогового ключа 14, который включается в разрыв цепи в точке А (фиг. 2). Коррекция крутизны функции преобразования 5 производится при скорректированной начальной частоте /о путем периодического отключения на время to сигнала, пропорционального значению преобразуемого параметра, поступающего на инвертирующий вход интегратора 21. Коммутация указанного сигнала производится с определенной частотой коррекции крутизны /к. Временная диаграмма изменения напряжения l/i питания моста помещена на фиг. 5. Закон изменения напряжения на инвертирующем входе интегратора - аналогичен, с той лищь разницей, что его амплитуда равна . Здесь же (фиг. 5) приведена диаграмма изменения выходного напряжения Vii интегратора соответствующая работе интегратора при скорректированной начальной частоте и скорректированной крутизне функции преобразования 5. Если закрывать ключ, установленный в точку А (на фиг. 2), каждый раз на время to с частотой коррекции /к, то функцию преобразования (выражение 1) можно представить в виде: /г -- ,(l-/A) + K,.. 4т (1-К,) + 2Ki(i Из последнего выражения следует, что крутизна 5 функции преобразования зависит от частоты корректирующих импульсов /к (при /о const). Рассмотрим работу схемы коррекции в случае корректирования начального значения частоты /о (см. фиг. 1). При нулевом входном сигнале времязадающие элементы преобразователя должны иметь такие значения, чтобы при отсутствии коррекции значение выходной частоты преобразователя /о было бы больше требуемого номинального значения fon, а крутизна преобразования была бы также больще требуемого номинального значения крутизны. При подаче команды коррекции, устройство 6 управления запускает делитель 7 частоты и подает разрещающие потенциалы на входы схем совпадения 1 и 3. Вследствие этого основной счетчик 4, емкость которого равна N, через схему 1 совпадения производит подсчет импульсов выходной частоты интегратора 15. Через промежуток времени / Л//о счетчик заполнится, импульс переполнения с него поступит на селектор 5 временных интервалов. Как было отмечено выще, одновременно с началом счета импульсов fo счетчиком 4 был осуществлен запуск делителя частоты 7. Коэффициент деления делителя 7 по выходу 16 таков, что через время t N/foa с его выхода 16 поступит импульс на селектор 5. Если (т. 6. ), то на выходе селектора 5 появится импульс длительностью Г - Г -- А/о --: { V /он/о у Импульс длительностью с выхода селектора 5 поступит в качестве управляющего на схему 3 совпадения. Теперь через схему 3 совпадения на счетчик 10 в течение времени А/о поступать импульсы с выхода 18 делителя частоты 7, частота которых foii foa/2N, после чего в счетчике 10 окажется записанным число или с учетом выражения (5) N,.( foilfo NI представляет собой код промежутка времени /1, на который необходимо задерживать начало интегрирования опорного сигнала, поступающего на неинвертирующий вход интегратора 21 (см. фиг. 2) в каждом полупериоде преобразования, с тем чтобы значение реальной начальной частоты /о оказалось равным ее номинальному значению fon. С записью в счетчик 10 числа процесс корректирования начальной частоты преобразователя заканчивается. После окончания корректирования fo, в процессе корректирования крутизны функции преобразования, или в процессе преобразования входного воздействия преобразователь 12 «код-временой интервал, синхронизируемый выходным напрялчением преобразователя 15, в начале каждого полупериода преобразования ыдает импульс длительностью /i на управяющий вход ключа 14, в результате чего происходит задержка начала интегрирования опорного сигнала на время t в каждом полунериоде выходной частоты нреобразователя.

На втором этапе коррекции производится корректирование крутизны S функции преобразования. Как указывалось ранее, для изменения крутизны требуется изменять частоту корректирующих импульсов, подаваемых на управляющий вход ключа 13. Для получения исходной информации к входу преобразователя подключается источник колиброванного воздействия.

Устройство 6 управления так же, как и при корректировании начальной частоты, запускает делитель 7 частоты, а на схемы 1 и 2 совпадения подает разрешающий потенциал. Вследствие этого основной счетчик 4 (с емкостью Л) через схему 1 совпадения производит подсчет импульсов выходной частоты интегратора 15. Через промежуток времени is Л//БЫХ счетчик заполнится, импульс переполнения с него поступит на селектор 5 временных интервалов. Одновременно с началом счета импульсов f вых счетчиком 4, осуществляется запуск делителя 7 частоты. Коэффициент деления делителя 7 по выходу 16 в случае корректирования крутизны преобразователя

таков, что через время ts ,ixm (/выхт- номинальное значение вых при скорректированной крутизне преобразования) с его выхода 16 поступит импульс на селектор 5. Если

s tf , (т. е. ), ТО На выходе селектора 5 появится импульс длительностью

11

-)Л (7)

4

4

В этом выражении

Р 5; ккп1-/А) ч-KI

4т (1 - KI) -f 2К,,

соответствует выражению (3) при dR 8JRm, а РБЫХ получено из (3) с учетом , т. е.

ЬЯ ККа+К,

вых -

(1 -К,)+2К,,

Импульс длительностью Л4 с выхода селектора 5 поступит в качестве управляющего на схему 2 совпадения. Теперь через схему 2 совпадения на счетчик 9 в течение времени &..ts будут поступать импульсы с выхода 17 делителя частоты 7, частота которых foH, после чего в счетчике 9 окажется записанным число N2 f tsfoff NZ, которое представляет собой код частоты коррекции /к. С записью в счетчике 9 числа N процесс корректирования крутизины функции преобразования преобразователя 15 прекращается. После окончания корректирования, в процессе преобразования входного воздействия, преобразователь 11 «код-частота непрерывно подает импульсы длительностью tn с частотой /к корректирования крутизны S на управляющий вход ключа 13, в результате чего осуществляется периодическое прекращение интегрирования напряжеПИЯ, пропорционального входному воздействию, т. е. осуществляется корректирование крутизны S функции преобразования.

Для определения значения частоты корректирования условимся, что Л импульсов частоты выхт счетчик 3 подсчитает за некоторое время л-. т. е.

Л7. р. () + K,

4т(1-К,) + 2К,,

1 - m - IV

Тогда то же самое количество импульсов N. но уже частоты преобразователя вых при нескорректированной крутнзне, счетчик 3 подсчитывает за время откуда

N . (t - AQ зых (ff - ДО X

+ Ki

(9)

X

..(. к,)+2Kii

-к,)

Прировняв правые части (8) и (9) и решив уравнение относительно fi;, получим:

f - . л/ПО

« й/,„ККЛг дг

Если закодировать некоторым количеством NZ импульсов частоты foH, т. е.

1

-Л,

(11)

А,

/п

и переписать (10) с учетом (11), получим: , , . 4- К. Л .,

., + к,

(12)

I J ..

.ов

в этом выражении

ой„КК,-ЬК,

- rnnst 5R;«KK,foV -

Следовательно, если выбрать коэффициент деления делителя 7 по выходу 17 таким, чтобы модуль частоты импульсов на этом выходе 40 был равным

/ + К, °а-

то получим

(13)

. о

При работе схемы коррекции в режиме измерения входного параметра схемы 2 и 3

совпадения закрыты. Преобразователь 15 производит преобразование входного параметра в частоту следования импульсов. За счет того что в счетчиках 10 и 9 хранятся значения кодов Л и Л/2, соответственно в каждом полуперноде преобразования производится задержка интегрирования опорного сигнала VoKi по неинвертирующему входу интегратора на время t и отключение на время о напряжения, несущего информацию о значении входного параметра, от инвертирующего входа интегратора с частотой fr;. В этом случае напряжения на входах интегратора будут.изменяться в соответствии с диаграммами V (см. фиг. 5) (на неинвертирующем входе) и Vz (см. фиг. 5) (на

инвертирующем входе). Процесс преобразования значения входного параметра в частоту протекает следующим образом. Напряжение Vo с выхода преобразователя 15 (см. фиг. 5) подается на схему 1 совпадения. Устройство 6 управления открывает схему 1 совпадения на время измерения Гизм- Счетчик 4 производит подсчет импульсов выходной частоты преобразователя 15 затем полученное значение кода дешифрируется и подается на цифровое отсчетное устройство в единицах входного параметра (дешифратор и цифровое отсчетное устройство на схеме не показаны). Предмет изобретения Устройство коррекции частотных преобразователей, содержащее частотный преобразователь, подключенный через схему совпадения, управляющий вход которой соединен с устройством управления и счетчик к входу селекторов временных интервалов, другой вход которсго через делитель частоты соединен с устройством управления и генератором опорной частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения, в нем выход селектора временных интервалов подключен к входам дополнительных схем совпадения, другие входы которых соединены соответственно с выходом устройства управления и выходами делителя частоты, причем выход первой дополнительной схемы совпадения через последовательно соединенные первый дополнительный счетчик и преобразователь кода в частоту подключен к управляющему входу аналогового ключа коррекции крутизны частотного преобразователя, включенного в цепь подачи на вход интегратора входного сигнала, а выход второй дополнительной схемы совпадения через последовательно соединенные второй дополнительный счетчик и преобразователь кода во временной интервал подключен к управляющему входу аналогового ключа коррекции начальной частоты частотного преобразователя, включенного в цепь подачи на вход интегратора опорного сигнала.

г;.

Ч

0-,

-foK

Ток -

ti

Г

i

с, «,

i

, 1 : /

/ //