Преобразователь частоты в напряжение Советский патент 1979 года по МПК G01R23/02 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ

1

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в устройствах для контроля и измерения частоты, а также всистемах автоматического управления с частотньами датчиками.

Известны преобразователи частоты в напряжение, содержащие входной формирователь, интегрирующий конденсатор, выпрямительный мост, операционн ый усилитель, резистор и конденсатор нагрузки, причем к выходу входного формирователя подключен интегрирующий конденсатор, вторая обкладка которого подключена к инвертирующему входу Операционного усилителя, неинвертирующий вход которого заземлен, амежду инвертирующим входом и выходом включена одна из диагоналей выпрямительного моста, во вторую диагональ которого включен резистор и конденсатор нагрузки 1.

Недостатками известных преобра.зователей является инерционность, обусловленная применением реактивных элементов, а также низкая точность.

Из известных преобразователей частоты в напряжение наиболее близким по техни еской сущности является прибор для измерения частоты, содержащий входной формирователь, устройство управления, опорный генератор, три вентиля, два суммирующих счетчика, схему контроля кода, устройство памяти, цифроаналого-

0 вый преобразователь, три операционных усилителя и семь резисторов, причем выход входного формирователя соединен с устройством управления, первый выход которого

5 соединен со входом первого вентиля , а второй - со входом второго вентиля и с установочным входом первого счетчика, вторые 19ходы вентилей соединены с выхо0дом опорного генератора выход первого вентиля соединен со счетным входом первого счетчика, выход предпоследнего разряда которого соединен с установочным входом вто5рого счетчика, а выход последнего разряда - с устройством управления; выход второго вентиля соединён со входом третьего вентиля, второй вход которого соединен с вы содом

0 схемы контроля кода, а выход - со

счетным входом второго счетчика; выход второго счетчика соединен со входами схемы контроля кода и устройства памяти, причем установочный вход устройства памяти связан с устройством управления шиной перенос, а выход - с кодовым входом цифроаналогового преобразователя, входкоторого соединен с выходом первого операционного уси„лителя, а выход - со входом второго операционного усилителя; вход первого операционного усилителя связан через первый резистор с источником постоянного напряжения, через второй резистор с собственным входом, а через третий резистор с выходом второго операционного усилителя; выход первого операционного усилителя связан через четвертый резистор со входом третьего операционного усилителя, выхо которого через пятый резистор связан с собственным входом, а через шестой резистор со входом второго операционного усилителя, выход которого, связанный через седьмой резистор с собственным входом, яв ляетсй выходом всего устройства Г2

В известном преобразователе в основу преобразования частоты в пропорциональную ей аналоговую величину положен известный приближенный метод разложения в ряд, в котором учитывается только первый член.

Недостатками известного преобразователя являются невысокая точность преобразования и узкий диапазон преобразуемых частот.

Цель изобретения - повышение точности преобразования и расширение диапазона преобразуемых, час тот. ..

Указан ая цель достигается тем, что в преобразователь частоты в напряжение,.содержащий входной, формирователь, блок управления, опорный генератЗр, два вентиля, суммирующий счетчик,.блок контроля ко- да, блок памяти, цифроаналоговый преобразователь и операционный усилитель, причем выход входного формирователя соадинен со входом блока управления, первый.выход которого соединен со входом первого вентиля, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, а выход - со входом второго веятиля, второй вход которого соединен с выходом блока контроля кода, вход которого соединен со входом блока памяти, установочный вход которого связан со вторым выходом блока управления, авыход - со входом цифроаналогового преобразовтеля, при зтом установочный вход суммирующего счетчика соединен с третьим выходом блока управления.

дополнительно введены вычитающий счетчик, второй блок памяти и второй цифроаналоговый преобразователь , причем счетные входы сумми-г рующего и вычитающего счетчиков с соединены с выходом второго вентиля, выход вычитающего счетчика соединен со входом первого блока памяти, установочный вход вычитаю-щего счетчика связа, с четвертым

Q выходом блока управления, выход суммирующего счетчика связан со входом второго блока памяти, установочный вход которого связан со вторым выходом блока управления, а -выход

с второго блока памяти связан со входом второго цифроаналогового преобразователя, включенного в обратную связь операционного усилителя, вход которого соединен с выходом

Q первого цифроаналогового преобразователя, а выход является выходом устройства .

На чертеже приведена функциональная Схема устройства.

5 Выход входного формирователя 1 соединен со входом блока управления 2, выход которого соединен со входом вентиля 3, Второй вход вентиля 3 соединен с выходом опорного

0. генератора 4, а выход - со входом вентиля 5, выход которого соединен со счетными входами вычитающего счетчика б и суммирующего счетчика 1,. установочные входы которых

5 связаны с блоком управления 2 шинами 8 и 9 соответственно. Выход вычитак щего счетчика 6 соединен со входами блока памяти 10 и блока контроля кода И, выход которого

0 соединен со вторым входом венти- . ля 5. Выход суммирующего счетчика 7 соединен со входом блока памяти 12. Установочные входы блока памяти Ю и 12 связаны с блоком управления 2 шиной 13. Выходы блоков памяти 10 и 12 соединены с кодовыми .входами цифрОаналоговых преобразователей 14 и 15 соответственно. Выход цифроаналогового преобразоваQ теля 14, на вход которого подается опорное напряжение , , связан через резистор со входом операционного усилителя 16, в обратную связь которого включен цифроаналоговый преобразователь 15. Выходное напряжение U операционного усилителя 16 является выходным сигналом всего устройства.

Устройство работает следующим образом.

0 В исходнсэм состоянии вентиль 3 закрыт, вентиль 5 открыт, в вычитающем счетчике б записан код N . соответствующий максимальному периоду входного сигнала, а суммирующий счетчик 7 обнулен.

После начала работы устройства входной сигнал неизвестной частоты i, пройдя входной фop лиpoвaтeль 1, поступает в блок управления 2, который открывает вентиль 3 на BpeN-ч Т, равное первому периоду входного сигнала. Импульсы высокой частоты 1 с выхода опорного генератора 4 через открытые вентили 3 и 5 поступают на счетные входы вычитающего счетчика 6 и суммирующего счетчика 7. По окончании первого периода входного сигнала в вычитающем счетчике 6 будет записан кoдNдтч(т,,-т)fв , а в суммирующем счетчике 7 код NT«T-fe По окончании первого периода вводного сигнала блок управления 2 закроет вентиль 3 и передаст по шине 13 команду перенос, по которой коды и К будут переписан в блоки памяти .10 и 12 соответственно, к выходам которых подключены цифроаналоговые преобразовател 14 и 15, представляю14ие собой дискретные делители напряжения типа R-2R и системы вентилей.

При этом напряжение х;,у на выходе операционного усилителя 16 установится в соответствии с известной формулой:

. и .и JB .1. NfiL b«v 2 NT

где тип- разрядности кодов Мд и NJ соответственно. Подставив в эту формулу значение кодов N.- и NT получим, что .

f тах1т т; / та)(п

следовательно выходное напряжение преобразователя пропорционгшьно абсолютному отклонению частоты входного сигнала { от ее минимального значения 1

По окончании команды перенос блок управления 2 вьщаст по шинам 8 и 9 команду, согласно которой в вычитающем счетчике 6 будет записан код HT а суммирующий счетчик 7 обнулитЬя. Таким образом в течение второго периода входного сигнала производится перезапись кодов Кду и N в устройства памяти и подготовка счетчиковк работе

В течение третьего периода в счетчиках будут записаны новые значения кодов и ЬЦ , которые в течение следующего периода будут переписаны в устройства памяти и т.д.

в случае, если частота входного сигнала t меньше, чем частота iri(n блок КОН.ТРОЛЯ кода 11 закроет вентиль 5, прекратив тем саvbiM поступление импульсов с выхода опорного генератора 4 навходы счетчиков 6 и 7 еще до окончания периода. При этом в блоке памяти 10 по команде перенос запишется нулевой код и напряжение на выходе операционного усилителя будет равно нулю.

Точность предлагаемого устройства может быть повышена за счет увеличения времени измерения до величины, кратной Тгериоду входного сигнала ,

Формула изобретения

Преобразователь частоты в йапряж ние, содержащий входной формирователь, блок управления, опорный генератор, два вентиля, суммирующий счечик, блок контроля кода, блок памят цйфроаналогевый преобразователь и операционный усилитель, причем выход входного формирователя соединен со входом блока управления, первый вход которого соединен со входом первого вентиля, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, а выход - со входом второго вентиля, второй вход которого соединен с выходом блока контроля кода, вход которого соединен со входом блока памяти, установочный вход которого связан со вторым выходом блока управления, а выход со входом цифроаналогового преобразователя, при этом установочный вход суммирующего счетчика соединен с третьим выходом блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования и расширения диапазона :преобразуемых частот, в него допол.нительно введены вычитающий счет|чик, второй блок памяти и второй цифроаналоговый iпреобразователь, причем счетные входы суммирукадего и вычитающего счетчиков соединены с выходом второго вентиля, выход вычитающего счетчика соединен со входом первого блока памяти, установочный вход вычитающего счетчика связан с четвертым выходом блока управления, выход суммирующего счетчика соединен со входом второго блока памяти, установочный вход которого связан со вторым выходом блока управления, а выход второго блока памяти связан со входом второго цифротаналогового преобразователя, включенного в обратную связь операционного усилителя, вход которого соединен с выходом первого цифроаналогового преобразователя, а выход является выходом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

J/X i

о-I У

,