Устройство для цифрового измере-Ния МгНОВЕННОй чАСТОТы Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

Т1зобретение относится к электричес ким измерениям и может быть использовано при исследовании деформации лопаток авиационных двигателей в эксплу атационных режимах, а также для измерения мгновенной частоты процессов малой скорости, к которым относятся в частности, временные дрейфы усилителей постоянного тока, переходные процессы в цепях d большими значениями постоянной времени и ряд физиологических параметров: частота пульса, дыхания и т.д. Известно устройство для цифрового измерения мгновенной частоты медленно меняющихся процессов, основанное на преобразовании интервала между двумя соседникм импульсами, характеризующими исследуемый процесс, в напряжение и формировании гиперболической функции и содержащее функциональный преобразователь время-напряжение, формирователь гиперболической функции и генератор опорной частоты fQ. Недостатком такого устройства является сложность в настройке, в част ности при настройке формирователя гиперболической функции для получения линейной модуляционной характеристики и обеспечения ее воспроизводимости. Серийное изготовление устройств связано с большой трудоемкостью. КР ме того, такое устройство не позни ляет измерять мгновенную частоту каж. дого периода исследуемого процесса (контроль производится через период )i вследствие чего, имеет место потеря информации. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, измеряющее мгновенную часто ту каяздого периода исследуемого процесса и содержащее два идентичных . функциональных преобразователя время-напряжение, каждый из которых выполнен в виде управляемых посредством общего для обоих преобразователей триггера, генератора пилообразного напряжения и кипп-реле, формирователь гиперболической функции, состоящий из двух двухвходовых аналоговых ключей и управляемого по длительности одновибратора с гиперболической харак теристикой, и генератор опорной частбты.. В свою очередь, генератор пилообразного напряжения состоит из генератора тока, конденсатора (эталонной запоминающей емкости) и цепи разряда (конденсатора (эталонной емкости)С21. Недостатки известного устройства сложность конструкции и настройки, низкая надежность устройства. Цель изобретения - повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство для цифрового измере ния мгновенной частоты, содержащее генератор пилообразного напряжения, выполненный в виде генератора тока конденсатора и цепи разряда, выход ко торой соединен с генератором тока и конденсатором, а также формирователь гиперболической функции, выход которо го подключен к входу генератора опорной частоты, введены усилитель-формирователь, последовательно соединенные эмиттерный повторитель и пиковый детектор, последовательно соединенные дифференцирующая цепь и блок сброса, выход которого подключен к второму входу пикового детектора, выход последнего соединен с первым входом фор мирователя гиперболической функции, второй вход которого подключен к вхо ду генератора пилообразного напряжения и к выходу усилителя-формирователя, при этом вход дифференцирующей цепи подключен к входу генератора опорной частоты, а вход эмиттерного повторителя соединен с выходом генератора пилообразного напряжения. На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для цифрового измерения мгновенной частоты; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Основными узлами устройства являются функциональный преобразователь время-напряжение, формирователь 2 гиперболической функции, состоящий из преобразователя напряжение-время, вьшолненного на управляемом по длительности одновибраторе, и генератор 3 опорной частоты. 8 4 Функциональный преобразователь Т включает в себя генератор 4 пилообразного напряжения, усилитель-формирователь 5, эмиттерный повторитель 6 напряжения, пиковый детектор 7, блок 8 сброса напряжения пикового детектора и дифференциальную цепь 9. Генератор 4 пилообразного напряжения состоит из генератора 10 тока, конденсатора 11 (эталонной запоминающей емкости) и цепи 12 разряда конденсатора 11 (эталонной емкости). , Устройство работает следующим образом. Поступающая на вход усилителя-формирователя 5 импульсная последовательность измеряемой частоты преоб азуется им в короткие прямоугольные .импульсы, передний фронт которых соответствует бо.времени экстремальным значениям каждого периода исследуемого процесса (фиг. 2, мом. t) Первый импульс с выхода усилителя-формирователя приходит на вход запуска одновибратора формирователя 2 и управляющий вход цепи 12 разряда конденсатора 11 и путем воздействия на последшою приводит к мгновенной разрядке через .нее конденсатора 11 в момент tj . По окончании действия импульса с момента t( конденсатор 1 1 начинает заряжаться по линейному закону от генератора 10 (фиг; 2в). Напряжение конденсатора, поступая через эмиттерный повторитель 6 на вход пикового детектора 7, обеспечивается последним на его выходе. С приходом следующего, второго по счету импульса, напряжение на выходе пикового детектора, равное напряжению, повторенному эмиттерным повторителем на конденсаторе до его сброса, запоми нается и определяется величиной Uc - К где и напряжение на конденсаторе: Т - период исследуемого процесса;К - коэффициент пропорциональности. Аналогично описанному выше в момент t- происходит заряд от генератора 10 тока эталонного конденсатора 1 Г, предварительно разряженной через цепь разряда под действием импульса с выхода усилителя-формирователя 5. Формирователь 2 гиперболической функции работает следующим образом.

Второй по счету импульс с выхода усилителя-формирователя 5, поступающий также на вход запуска одновибратора формирователя 2, запускает последний, при этом одновибратор формирует импульсы, длительноетьС которых зависит от величины напряжения, заполненного пиковым детектором с конденсатора (эталонной емкости) и поступающего с выхода пикового детектора на управляющий вход одновибратора формирователя 2.

Эта зависимость выражается соотношением

Г t 1

к, , гдеТд - длительность импульса на .выходе преобразователя напряжение-время, формируемого формирователем 2;

li - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, гиперболическая зависимость мезвду периодом измеряемого процесса Tj, и длительностью импульcat/Q-, формируемого формирователем 2, очевидна и свидетельствует о том, что каскад является формирователем гиперболической функции.

Отрицательньм перепадом напряжения импульса с выхода одновибратора,/ поступающего на вход дифференциальной цепи, последняя формирует на выходе п момент-tg отрицательный импульс ир. 2 е )i Напряжение на выходе пикового детектора в момент t-g сбрасывается через устройство сброса путем воздействия на последнее отрицательного импульса с выхода дифференциальной цепи после действия которого напряжение на выходе пикового детектора вновь повторяет через эмиттерный повторитель линейно изменяющееся напряжение с конденсатора i (эталонной емкости) генератора 10 пилообразного напряжения.

Импульс с выхода одновибратора формирователя 2 поступает на вход генератора 3 опорной частоты и своим передним фронтом запускает его.

Во время действия импульса одновибратора длительностью t генератора 10 вырабатывается.последовательность импульсов постоянной частоты fp (фиг. 2ж причем число импульсов пропорционально длительности и, следовательно, пропорционально мгновенной частоте исследуемого процесса.

Таким образом, предлагаемое устройство для цифрового измерения мгновенной частоты отличается от известного простотой конструкции, так как два функциональных преобразователя время-напряжение , содержащиеся в известном, заменяются одним, что приводит к упрощению настройки устройства; Настройка упрощается также вследствие исключения при изготовленной устройства необходимости отбора по разным параметрам конденсаторов (эталонных запоминакяцих емкостей) генераторов пилообразного напряжения, входящих в функциональные преобразователи. Это, наряду с названными отличительными признаками устройства, а также ввиду легкости его реализации в интегральном исполнении, значительно повышает надежность и технологичность устройства, снижает его стоимость и, тем саммм создает благоприятные условия серийного изготовления.

Кроме того, повьшение температурной стабильности предлагаемого устройства позволяет применять последнее для исследования деформации лопаток турбоагрегатов.

Формула изобретения

. Устройство для цифрового измерения мгновенной частоты, содержащее генератор пилообразного напряжения, выполненный в виде генератора тока конденсатора и цепи разряда, выход которой соединен с генератором тока и конденсатором, а также формирователь гиперболической функции, выход которого подключен к входу генератора опорной частоты, отличающееся тем, что, с целью повьппения надежности устройства, в него введены усилитель-формирователь , последовательно |соединенные эмиттерный повторитель и пиковый детектор, последовательно соединенные дифференцирующая цепь и блок сброса, выход которого подключен к второму входу пикового детектора, выход последнего соединен с первым входом формирователя гиперболической функции) второй вход которого подключен к входу генератора пилообразно го напряжения и к выходу усилителя-формирователя, при этом вход дифференцирующей цепи подключен к входу генератора опорной частоты, а вход

эмиттерного повторителя соединен с выходом генератора пилообразного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

501623, кл. &ОПг 23/02, 02.02.73.

2.Авторское свидетельство СССР

5 543881, кл. GOITI 23/00, 06.01.75.