Цифровой нелинейный измеритель средней частоты Советский патент 1979 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к автоматике и Bbi4HCJpiTenbHoft технике и,в част ности, предназначено для использования в радиоизотоп зом приборостроении например в схемах радиоизотопных плотномеров и толщиномеров, где изме рения производятся обратной дискретной информации и средняя частота (Я) входных импульсов имеет экспоненциал ную зависимость от измеряемого параметра X . п (1) или п А (1 -е). (2) Известен измеритель скорости счёта импульсов, который обеспечивает линейно-кусочную аппроксимацию экспо ненциальной фундсционсШьной зависимос ти (1) или (2) 1. Этот измеритель имеет сложный переход с одной пЗадуировочной зависимости на другую, так как требуется отдельно выставить точки перегиба и угловые козф циенты для каждого участка аппроксимации. Известен также измеритель средней частоты следования импульсов, содерж щий последовательно соединенные злемент И, счетчик и триггер, к выходу которого и одновременно к одному из .входов элемента И подключен второй элемент И, соединенный вторым входом с генератором стабильной частоты, а выход его соединен через, второй счетчик с индикаторе, и cyiuwaTop на один вход которого подшотся исследуемые импульсы, к вТбрсалу входу подключен дополнительный генератор импульсов, выход сугдаатора соединен с одним из входов элемента И, который обеспечивает линеаризацию зависимости (1) при более ПЕ ОСТОЙ . градуировке 2. Наиболее близким техническим решением к даннсмлу изобретению является цифровой измеЕ«тель средней частоты, содержащий генератор стабильной частоты, выход которого соединен с первым входом первого И, второй вход которого соёданен со вторым входом второгчэ злемента Ии выходом блока управления, подключенного к выходу счетчика вретлени измерения, выход первого элемента И соединен с входом предварительного счетчика времени измерения и через счетчик с регулируемшл коэффициенте пересчета соединен с входом основного счетчика, выход которого через триггер управления соединен с вторым входом счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета, при этсм. первый вход второго злемена И соединен с входом измерителя, а ервый вход блока вычитания соединен выходом предварительного счетчика {эёмени измерения, второй вход котоого через дополнительный счетчик с егулируемым коэффициентом пересчета соединен с выходом второго элемента , а входы предустановки основного счетчика через переключатели предустановки соединены с блоком управления, причем выход блока выч1йания подключен к входу счетчика времени измере- 10 ни я, который обеспечивает линеаризацию зависимости (2) при более простой градуировке ,

Однако эти измерители имеют ограниченный диапазон измерения измеряв- 15 мого параметра, в котором обеспечивается линеаризация градуировочной зависимости с заданной точностью.

Целью изобретения является расширение диапазона и увеличение точное- 20 ти измерения. При этом сохраняется простая градуировка, что обеспечивает легкий переход с одной градуировочной зависимости на другую.

Поставленная цель достигается тем, пс что в цифровой измеритель средней частоты, содержащий генератор стабильной частоты, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента Им выходом блока управления, счетчик - времени измерений, выход которого соединён со йходом блока управления, выход первого элемента И соединен через предварительный счетчик времени 35 измерения с первым входом формирователя дополнительного сигнала и через счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета со входом основного счетчика, второй вход второго элемента И 40 является входом устройства, выход второго элемента И соединен со вторым входом формирователя дополнительного сигнала, выход которого соединен со входом счетчика времени измерения, 5 введены два блока коммутации, согласующий блок и блок памяти, причем выходы разрядов основного счетчика через согласующий блок соединены со входом блока памяти, выходы которого „ через первый блок коммутации поразрядно соединены со входами установки коэффициентов пересчета предварительного сЧетчика времени измерения и через второй блок коммутации со входами счетчика; с регулируемым коэффициентом пересчета.

Кроме того, при линеаризации градуировочной зависимости п А-е в качестве формирователя дополнительно- 60 го сигналаприменен сумматор, а при линеаризации градуировочной зависимости п А,(1 -е) в качестве формирователя дополнительного сигнала прй менен блок вычитания. (-5

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого цифрового нелинейного измерителя средней частоты. . Измеритель содержит генератор стабильной частоты 1, выход которого соединен с первым входом первого элемента И 2, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И 3 и выходом блока управления 4, подключенного к выходу счетчика времени измерения 5, выход первого элемента И 2 соединен со входом предварительного счетчика времени измерения 6 и через счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета 7 соединен со входом основного счетчика 8, при этом второй вход второго элемента И 3 соединен со входом устройства, а выход соединен со вторым входом формирователя дополнительного сигнала 9, первый вход которого.соединен с выходом предварительного счётчика времени измерения, а выход соединен со входом счетчика времени измерения, выходы разрядов основного счетчика через согласующий блок 10 соединены со входом блока памяти 11, выходы Которого через первый и второй блоки коммутации 12 и 13 соединены со входами установки коэффициента пересчета предварительного счетчика времени измерения и счетчика с регулируемым коэффициентом neipec4eTa.

Согласующий блок 10 может, например, содержать дешифратор, выходы которого через блоки коммутации соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого является выходом coглacs oщeго блока. Согласующий блок также может быть выполнен как счетчик с определенным коэффициентом пересчета, подключенный после определенного количества триггеров основного счетч1Л а 8, это возможно в том случае, когда переключение блока памяти 11 должно происходить после определенного одинакового количества импульсов сосчитанных в основном счетчике. В этом случае если это количество может быть выбрано равным 10 при двоично-десятичном коде или 2 при двоичном коде работы счетчика 8, то согласующий блок 10 подключается ко входу блока памяти и непосредственно к выходу определенного триггера счетчика 8.

Измеритель работает следующим образом.

Перед началом цикла измерения все счетчики измерителя по сброса

устанавливаются в исходное состояние (цепь сброса на чертеже не показана). В начале цикла измерения сигнал с выхода блока управления 4 открывает элементы И 2 и 3. Импульсы с генераторастабильной частоты 1 поступеиот через элемент И 2 и предварительный счетчик времени измерения 6 на первый вход формирователя дополнительного сигнала 9, на второй вход которого . , рез элемент И 3 подаются входные им пульсы измерителя. Одновременно импульсы с выхода первого элементами через счетчик с регулируемым коэффи .циентом пересчета 7 подаются на осн ной счетчик 8. Импульсы с еыхола фо мирователя дополнительного сигнала средней частоты. ,гц А- е- + В (3) подаются на счетчик времени измерения 5. . Если входная импульсная последова тельность измерителя имеет зависи-мость (1) от измеряемого параметра, то в качестве формирователя дополнительного сигнала применяется сумматор, который к входной импульсной по следовательности с средней частотой (1) присуммирует сигнал с частотой Ч где f - частота на выходе генератора стабильной частоты 1, коэффициент пересчета предва рительного счетчика времени измерения б. / . Если входная импульсная последова тельность измерителя имеет зависимость (2) от измеряемого параметра, то в качестве формирователя дополнительного сигнала применяется блок вы читания, который из сигнала с частотой i/K вычитает входную импульсную последовательность, т.е. сигнал на выходе блока вычитания имеет среднюй частоту (3), где Б-1-А, (5) которая подается на счетчик времени измерения 5.. Если значения измеряемого парамет ра х г-де х значение измеряемо го параметра, при котором через блок обратной связи 10 подается сигнал на блок памяти 11, который через устройства коммутации 12 и 13 изменяет коэффициенты пересчета предварительного счетчика времени измерения,б и счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета 7, то по истечении вре мени измерения % . А-е- Б заполнится счетчик времени измерения 5 и сигнал с выхода блока управления 4 закроет элементы И 2 и 3. При этсм если объем основного счетчика 8 Ng выбрать равньм числу импульсов, записывааиому в основном счетчике 8 .при нулевс значении измеряемого параметра - , N - (7) 8и.7{А-е-а 4-Б) где KT - коэффициент пересчета счетчика 7, то за время измерительного 9 цикла основной счётчик 8 один раз flffреполнится ив крнце цикла измерения в нем будет записан результат измеренияI и(4, N-. (8) k iA-e- bB} который при соответствукхцем выборе коэффициента пропорциональности может быть получен в единицах измеряемого параметра. Результат измерения измерителя имеет сложную функциональную зависимость (8) от измеряемого параметра х, однако это монотонно растущая функция которая изменяется от О при X О до i-N;;/ i (10) bNs/i 1 k ) при X 00 И имеет точку перегиба при значении измеряемогопараметра х., . . (tl) i а В вокруг которой функция (8) машо отличается от прямой. Для измерения в диапазоне изменения измеряемого параметра х от О до Х2 точку перегиба функций (8) выбирают при. Xi и: 0,5X2,..(12) Для достижения этого необходимо при формировании дополнительного сигнала величину В выбрать равной В А-е- )(13) и установить следующее значение коэффициента пропорциональности (A-fB) J.1 А-В 2БА В Ошибка линеаризации экспоненциальой функциональной зависимости 8 k(--Lr--Vx. А-е- +вЭто сложная функция, которая измеяется от О при X О через - при X xj и через + О при Х2 и да1лее б принимает отрицательое значение, которое увеличивается о мере увеличения измеряемого параетра. Если значение измеряемого парамета X находится в пределах Х2 х 4 х, де х значение измеряемого парамета, при которсм через согласующий лок 10 поддается второй сигнал на лок памяти 11. Тогда по истечении ремени ц ( 1 -/2 д.-ах2.вигнал с выхода основного счетчика через согласующий блок 10 изменит остояние блока памяти 11. При этом игнал с выхола блока памяти 11 чеез блок коммутации 12 изменит коэффициен.т пересчета предварительного счетчика времени измерения с К на К( и через блок коммутации 13 измен когеррентный пересчет счетчика с ре гулируемым коэффициентом пересчета 7 с К на К7|В счетчике времени изм рения 5 будет сосчитано число / Ng T lA-e- - B), после чего сигнал на выходе формиро вателя дополнительного сигнала изме рйте11я° с nYHa hj n Ле-ах + В, (18) а общее время измерения 5Ns, . N5 Т-Т + Гл-е- +Б, A-e-a ifB N5.A{e-«xz.e-c.x) (A.e-a2tB)(A-e-° +Bi) Результат измерения на этом участке при 2 - 4 iNs N5 ) fN5A(e ° «2-e-°) k-7,A.e-ai+B)(A-e-«+Bi) имеет сложную функцию от измеряемог параметра х,. однако это монотонно растущаяфункция, которая изменяетс при изменении х от iNgi-Ms k lA-e +B) k(A+B) i siNs , k7{A-e-o +b) ) . k7,(A-e-° 2+B) и имеет точку перегиба при i о -еп -: С« Значение функции (20) в точке пере ба f NslA-e- a-Bi) ,,.ох,, Вокруг точки перегиба функция (20) может быть аппроксимирована прямой при соответствующем выборе коэффици ента пропорциональности k,i() результат измерения может быть полу чен в. единицах измеряемого парамет Для этого получения результата изм рения в единицах измеряемого парам ра необходимо установить следующее

fewSr;i:лL; -i - --значение коэффициента пропорциональности, (Ъ-Х2)2В I7--sri7:,Для измерения при постоянном абсолютном значении ошибки линеаризации точку перегиба функции (20) выбираем (, Для чего необходимо при формировании дополнительного сигнала величину В выбрать равной B.L Ae-° s,; . (28) Ошибка линеаризации A( 8 М Х - - - Д. е-0x.3 при X Xj равна О и при увеличении X изменяется через-S до О при х , и даже через+ВмакДО О при х х д и далее принимает отрицательное значение, которое увеличивается по мере увеличения X, т.е. функциональная зависимость ошибки (29) в пределах аналогична функциональной зависимости ошибки (15) на первом участке. При значении х Х4 результат измерения lN5A(e- 2-e-«H) ° х k(A.e-ex27By(A-e-° 4 Bt) Если значение измеряемого параметра X находится в пределах Х4 х х,, что по истечении времени К5N5A(e- 2-e-o j ; .е-ах2+в(А.е-аХ2 В){А.е-аХ4 Б) сигнал с выхойа основного счетчика 8 через согласующий блок 10 изменит состояние блока памяти 11, сигнале выхода которого через блок к(Ж4мутации 12 изменит коэффициент пересчета предварительного счетчика времени измерения с и через блок коммутации 13 изменит коэффициент пересчета счетчика с регулируемьм коэффициентом пересчета 7с KTI на «72 . При этом результат измерения при х х А(е-ах4.е-ах) A., где коэффициент пропорциональности k . (A.) k72(A-e-ax2 b)(A.e-ax44.Sj) Коэффициент пропорциональности для получения результата измерения в единицах измеряемого параметра (Xs-X4)2B А.е-ах4-в. Х5--Е 1 -г а Б/ Ъ.гК. , Для измерения при постояннШ абсолют ном значении ошибки линеаризации + Х, Ошибка линеаризации A(g-aX4.g-ax х -X, (эв) А-е-ах + Б, которая полностью аналогична функции (29). Аналогично можно получать результат измерения при х х. Результат измерения на п-ом участке А(.) « Хг ЧА-е- +Бни коэффициент пропорциональности для получения результата в единицах изме ряемого паргилетра ,1 2п 1-Х2„)2г„ А-е-ох2п-ь 1 „ А . 2n + l ° о„ Sf, А .1 При постоянной абсолютной сшибке линеаризации (43) Дальнейшая работа измерителя аналогична вышеописанной, т.е. при каждом переключений блока памяти 11 про исходит изменение коэффициентов- пере счета счетчиков 6 и 7. Однако, учитывая то, 4fo при каждом переключеНИИ блока памяти происходит йинеарйзация в достаточно широком диЖггаэЬйе измеряемого параметра, пракчичёйШ ; будет достаточно 2-4 участков такой аппроксимации, Для линеаризации путем линейнокусочной аппроксимации потребовалось бы 17 участков аппроксимации, или каж дый участок соответствует шести учабт кам линейно-кусочной аппроксимации. Предлагаемый измеритель позволяет аппроксимировать экспоненциальнук) зависимость кусками сложной ,функциональ ной зависимости, чем упрощается устройство и градуировка устройства для получения той же о&шбки линеаризации или расширения диапазона измерения, в которсм можно достигнуть заданное точность измерения. Предлагаемый цифровой нелинейный измеритель средней частоты позволяет расширить диапазон и увеличить точность измерения и предназначен для применения, в частности, в толданолеjpe покрытий, ймеряющём медное покрытие на алюминиевой основе и вольфрамо-кобальговое покрытие на медной или алюминиевой основе. Предлагаемый измеритель найдет широкое применение ив других приборах, где требуется простая градуировка или переход с одной градуировочной кривой ко второй при небольшом числе переключений. ФоЕмула изобретения Цифровой нелинейный измеритель средней частоты, содержащий генератор стабильной Частоты, выход которого соединен с первым Входом первого элемента И, второй вход которого соеди-. нен с первым входе второго элемента И и выходом блока управления, счетчик времени измерения, выход которого соединен со входом блока управления, выход первого элемента И соединен через предварительный счетчик времени измерения с первым входом формирователя дополнительного сигнала и через счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета со входом основного.счетчика, второй вход второго элемента И является входом устройства, выход второго элемента И соединен со вторым входом формирователя дополнительного сигнала, выход которого соединен со входом счетчика времени изйё эения, отли ч ающи и с я тем, что, с целью расширения диапазона и увеличения точности измерения, в него введены два блока кокянутации, согласующий блок, блок памяти причем выходы разрядов основного счетчика черёз согласующий блок соединены со входом блока памяти, выходы которого Через первый блок коммутации поразрядно соединены сО входами установки коэффициентов пересчета предварительного счетчика вролени измерения и через второй блок ксилмутации со входами счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета. -. ; Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 372708, кл. Н 03 К 25/04, 1971, 2.Авторское свидетельство СССР № 472303, кл. q 011 23/00, 1972. . 3. Авторское свидетельство СССР ч 532056, кл. q 011 23/00, 1975.