Преобразователь частоты вНАпРяжЕНиЕ Советский патент 1981 года по МПК H03K9/06 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ

1

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для обработки сигналов, поступающих от датчиков в виде частоты импульсов, например, от детекторов ионизирующих излучений радиоизотопных плотномеров, толщиномеров и т. д.

Известен преобразователь частоты импульсов в напряжение, содержащий нормализатор заряда и интегратор тока или фильтр 1. Его низкое быстродействие, ограничено пострянной времени интегратора или граничной частотой фильтра.

Известен.преобразователь частоты в напряжение, содержащий триггер, единичный выход которого соединен с управляющим входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу генератора линейно-изменяющегося напряжения, второй вход соединен с выходом аналогового запоминающего устройства и выходом генератора экспоненциального напряжения, а выход - с входом сброса генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем первый вход сброса генератора экспоненциального напряж-ения через первый элемент задержки подключен к управляющему Входу аналогового запоминающего устройства 2. Однако заивисимость выходного сигнала от времени задержки и от постоянной времени экспоненциально-изменяющегося напряжения ограничивает точность устройства.

Целью изобретения является повыщение точности преобразователя.

Достигается это тем, что в известный преобразователь частоты в напряжение, содержащий триггер, единичный выход которого соединен с управляющим входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу генератора линейно-изменяющегося напряжения, второй вход соединен с входом аналогового запоминающегося устройства и выходом генератора экспоненциального напряжения, а выход - с входом сброса генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем первый вход сброса генератора экспоненциального напряжения через первый элемент задержки подключен к управляющему

входу аналогового запоминающего устройства, введены источник опорного напряжения, второй компаратор, второй элемент задержки, элемент И, реверсивный счетчик и управляемый генератор импульсов, причем первый вход второго компаратора подключен к источнику опорного напряжения, второй вход - к выходу генератора экспоненциального напряжения, а выход - к входу установки вычитания реверсивного счетчика, второму входу сброса генератора экспоненциального напряжения, первому входу остановки управляемого генератора импульсов и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к первому входу запуска управляемого генератора импульсов и к первому входу запуска генератора экспоненциального напряжения, второй вход запуска, которого соединен с нулевым выходом триггера, выход первого компаратора подключен к второму запускающему входу управляемого генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, .выходы разрядов реверсивного счетчика соединены с входами элемента И, а выход элемента И подключен к входу установки сложения реверсивного счетчика, второму входу остановки управляемого генератора импульсов и управляющему входу аналогового запоминающего устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит триггер 1, элемент задержки 2, генератор экспоненциального напряжения (ГЭН) 3, генератор линейного напряжения (ГЛН) 4, источник опорного напряжения 5, реверсивный счетчик 6, элемент И 7, компараторы 8 и 9, элемент задержки 10, управляемый генератор импульсов 11, аналоговое запоминающее устройство 12.

Единичный выход триггера 1 соединен с управляющим входом ГЛН 4, а нулевой выход - с вторым входом запуска ГЭН 3. выход ГЛН 4 подключен к первому входу компаратора 8, второй вход которого соединен с входом запоминающего устройства 12, выходом ГЭН 3 и первым входом компаратора 9,.а выход подключен к входу сброса ГЛН 4 и к первому запускающему входу управляемого генератора импульсов 11, второй запускающий вход которого соединен с выходом элемента задержки 10 и первым запускающим входом ГЭН 3, второй запускающий вход которого подключен к нулевому выходу триггера 1. Источник опорного напряжения о подключен к второму входу компаратора 9, выход которого соединен с входомэлемента задержки 10, первым входом сброса ГЭН 3, входом установки вычитания реверсивного счетчика 6 и первым входом остановки управляемого генератора импульсов 11. Выход генератора 11 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 6, выходы разрядов которого подключены к входам элемента И 7. Выход элемента И 7 подключен к управляющему входу аналогового запоминающего

устройства 12, второму входу остановки управляемого генератора импульсов И, входу установки сложения реверсивного счетчика ,6 и через элемент задержки 2 - к второму входу сброса ГЭН 3, при этом счетный вход триггера 1 есть вход преобразователя, а выход аналогового запоминающего устройства 12 - его выход.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии триггер 1 находится в нулевом состоянии, напряжение на

выходе ГЛН 4 равно нулю, а на выходе ГЭН 3 максимально и равно Uo. Реверсивный счетчик 6 установлен в режим с ожения импульсов и выходы его разрядов находятся в единичном состоянии, которое передается на выход элемента И 7. Управляем.ый генератор импульсов 11 закрыт и импульсы на его выходе отсутствуют. Первый входной импульс переводит триггер 1 в единичное состояние и тем самым запускает ГЛН 4. Второй входной импульс возвращает триггер 1 в нулевое состояние и останавливает рост напряжения на выходе ГЛН 4, при этом

ис| л:7;

(1)

Vcp -напряжение на выходе ГЛН 4

где после прихода второго импульса;

Т К

- период измеряемой последовательности импульсов;

-крутизна ГЛН 4.

Положительный импульс напряжения, появивщийся на нулевом выходе триггера 1, в момент прихода второго входного импульса запускает ГЭН 3. В момент, когда напряжение на выходе ГЭН 3 достигнет напряжения Ucp на выходе ГЛН 4, компаратор 8 выдаст импульс, который сбросит напряжение на выходе ГЛН 4 до нуля и запустит управляемый генератор импульсов 11. Реверсивный счетчик 6 начнет заполнять я импульсами генератора 11, а на выходе элемента И 7 установится напряжение, соответствующее логическому нулю. В момент, когда напряжение на выходе ГЭН 3 достигнет значения опорного напряжения Е источника 5, компаратор 9 выдаст импульс, по которому напряжение на выходе ГЭН 3 начнет восстанавливаться до начального значения Uo, остановит генератор импульсов 11 и переведет реверсивный счетчик 6 в режим вычитания импульсов.

Через промежуток времени t, определяемый элементом задержки 10, на его выходе возникнет импульс, который повторно запустит ГЭН 3 и генератор импульсов 11. Время задержки сигнала элементом задержки 10 выбирается минимальным, но достаточным для полного восстановления начального напряжения ГЭН 3. В момент, когда реверсивный счетчик вернется в исходное состояние (на выходах разрядов логической единицы ) на выходе элеемента И 7 появится импульс, по которому аналоговое запоминающее устройство 12 запомнит и передаст на выход значение напряжения на выходе ГЭН 3, остановит генератор импульсов 11, переведет реверсивный счетчик 6 в режим сложения импульсов и через время t определяемое элементом задержки 2, переведет ГЭН 3 в режим восстановления начального напряжения и о- -Время задержки элемента задержки 2 выбирается минимальным, но достаточным для срабатывания аналогового запоминающего устройства 12. После восстановления начального напряжения ГЭН 3 Uo преобразователь готов к. новому измерению, а до получения его результата на выходе аналогового запоминающего устройства 12 поддерживается результат предыдущего измерения. Из описания работы преобразователя следует, что напряжение на его выходе будет равно UotV гдеUp -начальное напряжение ГЭН 3; Ц|ых-напряжение на выходе преобразователя;Ь промежуток времени между появлением импульса на выходе элемента задержки 10 и моментом появления импульса на выходе элемента И 7; Т - постоянная времени ГЭН. Благодаря использованию реверсивного счетчика 6 и управляемого генератора импульсов 11 время t равно времени между приходом импульсов от компараторов 8 и 9 и может быть определено из формулы / E ucpE:7 . (3) где Е - выходное напряжение источника опорного напряжения; Ucp -напряжение на выходе ГЛН 4 в момент прихода второго импульса. Рещая совместно уравнения 3 и 4, имеем и, и с учетом формулы (1) полуУс р Ц-оЕ 17вЕ f вь.х - -j T к частота входной последовательноности импульсов. Как видно из формулы (4), выходной сигнал преобразователя пропорционален частоте повторения входных импульсов и не зависит ни от постоянной времени ГЭН, ни от времени задержки, что позволяет, по сравнению с прототипом, повысить точность преобразования. Таким образом, благодаря отличительным признакам изобретения достигается повышение точности преобразования. Формула изобретения Преобразователь частоты в напряжение, содержащий триггер, единичный выход которого соединен с управляющим входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу генератора линейно-изменяющегося напряжения, второй вход соединен с входом аналогового запоминающего устройства и выходом генератора экспоненциального напряжения, а выход - с входом сброса генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем первый вход сброса генератора экспоненциального напряжения через первый элемент задержки подключен к управляющему входу аналогового запоминающего устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник опорного напряжения, второй компаратор, второй элемент задержки, элемент И, реверсивный счетчик и управляемый генератор импульсов, причем первый вход второго, компаратора подключен к источнику опорного напряжения, второй вход - к выходу генератора экспоненциального напряжения, а выход - к входу установки вычитания реверсивного счетчика, второму в.ходу сброса генератора экспоненциального напряжения, первому входу остановки управляемого генератора импульсов и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к первому входу запуска управляемого генератора импульсов и к первому вводу запуска генератора экспоненциального напряжения, второй вход запуска которого соединен с нулевым выходом триггера, выход первого компаратора подключен к второму запускающему входу управляемого генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходы разрядов реверсивного счетчика соединены с входами элемента И, а выход элемента И подключен к входу установки сложения реверсивного счетчика, второму входу остановки управляемого генератора импульсов и управляк)щему входу аналогового запоминающего устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 521528, кл. G 01 R 23/06, 08.05.75. 2.Авторское свидетельство СССР № 482884, кл. Н 03 К 9/06, 11.04.72 (прототип).

Фиг.2