Частотный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 G01R23/10 

(54) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измеритель ной технике и приборостроения, а точнее - к устройствам для измерения и преобразования частотных сигналов, Преимущественной областью его использования является техника измерения частоты гармонических сигналов. Известны устройства для измерения частоты и частотные преобразователи, основанные на измерении и сравнении средних сигналов, на принципе подсчета числа периодов измеряемого сигнала в единицу времени, содержащих элемент задержки,триггер,фильтр, устройство вывода информации, компара тора, коммутатор, делитель частоты. Выход делителя частоты через элемент задержки и непосредственно соединен с триггером, а через него с фильтром и блоком вывода информации. Причем второй выход фильтра через компараторы и коммутатор соединен со вторым входом делителя частоты 1. Недостатком его является низкое быстродействие, которое составляет 8-10 периодов частоты сигнала. В луч тем случае оно не превышает одного периода частоты измеряемого сигнала. Наиболее близким к предлагаемому является частотный преобразователь, содержащий генератор импульсов, формирователь, ключи, распределитель импульсов и дешифратор 2, Недостатком известного устройства является низкое быстродействие. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства для измерения и преобразования частоты периодических (гармонических) сигналов. Эта цель достигается тем, что в частотный преобразователь, содержащий генератор импульсов, формирователь импульсов, первый вход которого соединен с входной шиной устройства, распределитель импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам продвигающего блока и управляекке ключи, введены три запоминающие ячейки, элемент задержки, умножитель, сумматор, два делителя напряжения, арккосинусный преобразователь и блок задания интервала квантования, причем выход генератора импульсов подключен через элемент задержки ко второму входу формирователя импульсов и непосредственно ко входу, распределителя импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам управляемых ключей и ко входам сброса запоминающих ячеек, выходы которых соединены с информацио ными входами продвигающего блока, выход формирователя импульсов через управляемые ключи подключен к информ ционным входам запоминающих ячеек, первый и второй выходы продвигающег блока соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого подключен к первому входу первого делителя напряжения, второй вход которого соединен с третьим выходом продвигающего блока через умножитель, выход первого делителя напряж ния через арккосинусный преобразова тель подключен к первому входу второго делителя напряжения, выходы блока задания интервала квантования соединены со входом генератора импульсов и вторым входом второго делителя напряжения, соответственно, На фиг.1 представлена функционал ная схема частотного преобразователя; на фиг,2 - функциональная схема продвигающего блока, входящего в состав преобразователя. Устройство состоит из формирователя 1, управляемых ключей 2-4, элемента 5 задержки, запоминающих ячеек 6-8 с предварительным сбросом ранее запомненной информации, генератора 9 импульсов, распределителя 10 импульсов, продвигающего блока 11, умножителя 12, сумматора 13, де лителей 14 и 15, арккбсинусного пре образователя 16, блока 17 задания интервала квантования и блока вода информации. Продвигающий блок 11 состоит из ключей 19-27f к управляющим входам которых подключены выходы распределителя 10 импульсов, а к коммутируемым - выхода запоминающих ячеек 6-8, Устройство работает спедующим образом. Импульсы от генератора 9 импульсов, проходя через элемент 5 задерж ки, периодически кратковременно отк

Порядковые номера импульсов от генераToiia импульсов А, Б, В Примечание:И,,И,,И,Я,Я,,Я„вают формирователь 1. При этом из входного сигнала UgxФормируются импульсные сигналы, амплитуды которых пропорционсшьны его текущим мгновенным значениям.Одновременно импульсы от генератора 9 импупьсов поступают на вход распределителя 10 импульсов, на каждом из выходов которого последовательно, с приходом каждого очередного импульса формируется высокий потенциал, открывающий один из ключей 2-4. С приходом первого импульса высокий потенциал формируется на крайнем левом по схеме выходе, с приходом второго импульса - на следующем, затем на последнем, С приходом четвертого импульса высокий потенциал вновь формируется на крайнем левом выходе и т,д. Причем в каждый из моментов времени высокий потенциал формируется только на одном из выходов распределителя 10 импульсов. Сигналы, пропорциональные текущим мгновенным значениям, поступают через открытый в каждый .текущий мо--. мент времени ключ 2-4 на соответствующую запоминающую ячейку 6-8, При- . чем ранее записанная в ячейках информация сбрасывается передними фронтами импульсов, поступающих на входы сброса запоминающих ячеек с выходов распределителя импульсов. Элемент 5 задержки необходим для того,чтобы сместить во времени моменты переключения ключей 2-4 и моменты прихода импульсов от формирователя 1.Это смещение осуществляется на ничтожно малое время,равное времени срабатывания ключей и сброса ранее записанной в запоминающих ячейках информации, С ячеек 6-8 сигналы, пропорциональные запомненным значениям, поступают на продвигающий блок 11, Функция продвигающего блока состоит в том, что после прихода каждого очередного импульса от распределителя 10, значения сигналов на каждом из выходов меняются на соседние в соответствии с таблицей. ВЫХОДЫ продвигающего блока, выходы распределителя импульсов, запоминающие ячейки (блоки 6,7,8 на . соответственно), Сигналы с крайних выходов продви гающего блока 11 поступают на сумматор 13, а со среднего выхода - на умножитель 12 на два. С выходов сум матора 13 и умножителя 12 сигналы поступают на входы делителя 14, затем на арккосинусный .преобразовател 16, с его выхода - на делитель 15, наконец на блок 18 вывода информаци С выходов блока 17 сигналы, определяющие величины интервалов квантова ния, поступают на вход генератора импульсов 9, а также на вход делите ля 15. На вход устройства поступает сиг нал Ugx А sin(00t + Ч ) , имеющий в общем случае некоторую амплитуду А, частоту (я) и фазу Ч . Должна быть определена частота этого сигнала (} Для этого выбирая три сколь угодно близко отстоящие друг от друга орди наты (три отсчета), соответствующие мгновенным значениям внутри периода входного сигнала в моменты времени t, tj, tj , U А sin(a)ti + If ) U2, A sin((s)t2. + Ч ) и A sin(0i)tx + 4) получим систему уравнений, при помощи которой можно найти искомое значение частоты входного сигнала, оперируя значениями, сигналов, получ ных при этих отсчетах. Причем ,-t, t,-t,« , т.е. величина интервалов квантован выбирается намного меньшей, чем период входного сигнала. Решая эту систему уравнений, пол чим, что it где At const для кажд.ого данного измерения. Однако при изменении ожидаемой частоты сигнала, At (интервал кван тования) может меняться вручную или автоматически при помощи блока 17 1 г,1 3 - значения сигналов, полученных в моменты времени t. Таким образом, генератор 9 им- . пульсов выдает импульсы с частотой, намного превышающей частоту входног сигнала. Продвигающий блок 11 обеспечивает непрерывную импульсную последовательность анализа входного сигнала. При этом в любой момент времени на верхнем по схеме выходе продвига щего блока будет значение и (первого отсчета) для данного момента времени, на среднем - значение 0 (второго отсчета), а на нижнем - зн чение Uj (третьего отсчета). В умножителе 12 значение сигнала Uj увеличивается в два раза. В сумматоре 13 суммируются сигналы и и Uj . В делителе 14 значение сигнала с выхода сумматора 13 (U +03 делится на сигнал, полученный в умножителе 12 (2Ua) . .ратем сигнал поступает в арккоси- нусный преобразователь 16, на выходе которого получают значение Oi)ut. В делителе 15 это значение делится на ttt. Полученное значение (л) выдается блоком вывода информации (при включении на выходе последующи(х устройств) или блоком 18. Таким образом, измерение частоты сигнала осуществляется за незначительную долю периода, что свидетельствует о высоком быстродействии устройства. Выигрыш в йлстродействии может достигать 10 раз и более. Экономическая эффективность изобретения выражается в повышении производительности приборов и систем.с частотными преобразователями. Если известные преобразователи имеют быстродействие не выше периода измеряемого сигнала, то настоящий преобразователь обеспечивает йлстродействие 0,1 периода и выше. Например, при измерении сигнала частоты 50 Гц известные преобразователи .имеют время измерения не менее 20 мс. Дан- ное устройство обеспечивает время измерения не более 2 мс при выборе периода частоты генератора импульсов 9 равным 0,5 мс. Соответственно Pcicтет производительность измерительных систем, возрастает эффективность управления в случае применения таких цреобразователей в замкнутых системах регулирования. Формула изобретения Частотный преобразователь, содер- . жащий генератор импульсов, формиро-, ватель импульсов, первый вход которого соединен с входной шиной устройства, распределитель импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам продвигающего блока и управляемые ключи, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия в него введены три запоминающие ячейки, элемент задержки, умножитель, сумматор, два делителя напряжения, арккосинусный преобразователь и блок задания интерBaJfa квантования, причем выход генератора импульсов подключен через элемент .задержки ко второму входу формирователя импульсов и нёпосредственно ко входу распределителя импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам управляемых ключей, и ко входам сброса запСминанлцих ячеек.