Измерительный преобразователь частота-напряжение Советский патент 1981 года по МПК G01R19/26 

(S) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТА - НАПРЯЖЕНИЕ

t

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в измерительных устройствах, предназначенных для преобразования частоты электрических сигналов в напряжение постоянного тока.

Известны преобразователи частотанапряжение, содержащие формирователь длительности осредняемых импульсов, состоящий из кварцевого генератора, счетчика заданного числа импульсов, схемы совпадения, триггера, и линейное осредняющее устройство Dj.

К недостаткам известных устройств относится недостаточная точность преобразования, связанная с ограничениями точности сигнала, пере/даваемого постоянным напряжением, а именно, потери на проводах, помехи и ограниченная разрешающая способность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измерительный преобразователь частота напряжение, содержащий формирователь длительности осредненных импульсов, состоящий из кварцевого генератора, элемента И, счетчика заданного числа импульсов и триггера, блок линейного осреднения, дополнительный счетчик импульсов, регистр памяти, логический элемент сравнения кодов и выходной триггер t2l.

Недостатком этого преобразователя является низкая томность при преобра10зовании низких частот, так как постоянная времени блока линейного осреднения должна 6ъ1ть сделана достаточно большой, что приводит к увеличению динамической погрешности.

IS

На практике во многих случаях,как например, при измерении скорости вращения авиационных двигатеЛей, приходится измерять частоту синусоидального сигнала. При синусоида20льной форме входного сигнала динамическая погрешность может быть сниженэ за смет удвоения входной частоты с помощью формирователя импульсов при

38

,;,LSv:. синусоиды через ноль и последующего устранения погрешности, связанной с неодинаковостью двух полупериодов синусоиды.

Цель изобретения - увеличение точности при преобразовании синусоидального входного сигнала.

Указанная цель достигается тем, что в измерительный преобразователь частота-напряжение, содержащий последовательно соединенные генератор, элемент И и первый счетчик импульсов первый триггер, выход которого соединен со вторым входом элемента И, и вторым входом первого счетчика, последовательно соединенные второй счетчик импульсов, регистр памяти и логический элемент сравнения кодов , при этом выход первого счетчика соединен с первым входом первого триггера, счетный вход второго счетчика соединен с выходом генератора, а выход этого счетчика соединен со вторым входом логического Элемента сравнения кодов, выход которого подключен к первому входу второго три1 гера, введены дополнительно два формирователя, триггер и элемент И,причем вход первого формирователя является входом преобразователя, вход второго формирователи соединен с выходом первого триггера, выход второго формирователя соединен с первым входом дополнительного триггера, выход которого соединен с первым входом дополнительного элемента И, выход которого соединен со вторым входом первого триггера, а выход первого формирователя соединен со вторым входом второго счетчика вторым входом второго основного триггера, вторым входом дополнителыюго триггера и вторым входом дополнителного элемента И.

Таким образом, введение первого формирователя импульсов при переходе синусоиды через ноль, связанного со входом преобразователя, позволяет получить на его выходе удвоенную входную частоту, тем самым уменьшив постоянную времени блока линейного осреднения, а, следовательно, и динмическую погрешность преобразовател а осреднение неравномерности полупериодов синусоиды не приводит к появлению погрешности и снижению точности преобразования.

На фиг.1 приведена функциональна схема предлагаемого преобразователя

274

частота - напряжение; на фиг.2 осциллограммы напряжений на выходах блоков преобразователя.

Устройство содержит кварцевый генератор 1, элемент 2 И, счетчик 3 заданного числа импульсов, первый триггер 4, блок 5 линейного осреднения, счетчик 6 импульсов, регистр 7 памяти, логический элемент 8 сравнения кодов, второй триггер 9, формирователи 10 и 11 импульсов, триггер 12 и дополнительный элемент 13 И,

На входе преобразователя включен формирователь 10 импульсов при переходе синусоиды через ноль. К выходу триггера подключен второй формиро ватель 11 импульсов при положительном перепаде напряжения, а выход формирователя 11 соединен с первым вхоQ дом дополнительного триггера 12, второй вход которого подключен к выходу формирователя 10, а выход связан с первым входом дополнительного элемента 13 И, второй вход которого также

5 подключен к выходу формирователя 10, а выход дополнительного элемента 13 И соединен со вторым входом первого триггера .

На фиг.2 обозначены входной синусоидальный сигнал 1 на входе формирователя импульсов 10, выходные импульсы 15 на выходе формирователя импу/lbcoB 10, выходные импульсы 16 триггера 12, выходные импульсы 17 элемента И 13, выходные импульсы 18 триггера , выходные импульсы 19 формирователя 11 ,

Измерительный преобразователь частота - напряжение работает следующим образом.

При поступлении на вход преобразователя синусоидального сигнала И (фиг.2) частотой , формирователь 10 импульсов формирует короткие импульсы 15 при переходе через ноль частотой 2f. Первый импульс из импульсов 15 устанавливает второй три|- гер 9 в единицу, а счетчик 6 импульсов - в ноль. Импульсы 15, совпадающие с уровнем едиНицы на выходе три1- гера 12, вызывают импульсы 17 на выходе элемента 13 И, который поступает на вход триггера t и устанавливает на его выходе напряжение 18. При этом элемент И начинает пропускать импульсы кварцевого генератора 1 на счетчик 3 заданного числа импульсов, который вырабатывает по истечении времени выходной импульс. Длительность Y боль ше периода измеряемой частоты. В кон це этого отрезка времени измеряется отрезок времениt 1 ,.равный т-Т, где Т - период импульсов 15, а m количество целых периодов, укладываю щихся в интервале времени f . Выходной импульс счетчика 3 устанавливает триггер в ноль и заносит в регистр 7 памяти код со счетчика 6 С момента установления триггера 4 в ноль прекращается поступление сигна лов с элемента 2 И на счетчик 3 и счетчик 3 обнуляется. В регистре 7, таким образом, хранится код, соотве ствующий времени и .Счетчик 6 с при ходом каждого импульса 15 начин ает счет импульсов кварцевого генератор 1 с нуля. Когда код в счетчике 6 со падает с кодом регистра 7 памяти, логический элемент 8 сравнения кодо обнуляет выходной триггер 9. С триг гера 9 на блок 5 линейного осреднения поступают импульсы с частотой 2 и длительностью t .Блок 5 линей ного осреднения вырабатывает напряж ние и ъЩ Е -Zf-m},. где Е - амплитуда рсредняемых импульсов. Из формулы видно, что при измене нии чистоты в узком диапазоне от m m+1 jjc до -fp- выходное напряжение изме няется от О до Е. При установлении уровня единицы напряжение 18 на выходе триггера формирователь 11 импульсов вырабаты вает импульсы 19, устанавливающие триггер 12 в единицу, и тем самым нейтрализуют действие первого счетного импульса с формирователя 11. Благодаря этому каждый ел едущий импульс 18 длительностью на выходе триггера начинается через нечетное количество периодов импульсов 15 формирователя 10. В результате неодинаковость двух полупериодов синусоиды, возникающая за счет ее искажения, приводит к поочередному отклонению измеряемой величины в большую и в меньшую сторону от номинала. Эти отклонения осредняются в блоке линейного осреднения 5 и не приводят к появлению 7 погрешности преобразования, а за счет удвоения входной частоты формирователем импульсов 10 постоянная времени блока линейного осреднения 5 может быть сделана вдвое меньше и таким образом, уменьшена динамическая погрешность преобразователя. Формула изобретения Измерительный преобразователь частота - напряжение, содержащий последовательно соединенные генератор, элемент И и первый счетчик импульсов, первый триггер, выход которого соеди-. нен со вторым входом элемента И, и вторым входом первого счетчика, последовательно соединенные второй счетчик импульсов, регистр памяти и логический элемент сравнения кодов, при этом выход первого счетчика соединен с первым входом первого три1 гера, счетный вход второго счетчика соединен с выходом генератора, а выход этого счетчика соединен со вторым входом логического элемента сравнения кодов, выход которого подключен к первому входу второго триггера, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности преобразования, в него дополнительно введены два фбрмирователя, триггер и элемент И, причем вход первого формирователя является входом преобразователя, вход второго формирователя соединен с выходом первого триггера, выход второго формирователя соединен с первым входом дополнительного триггера, выход которого соединен с первым входом дополнительного элемента И, выход которого соединен со вторым входом первого триггера, а выход первого формирователя соединен со вторым входом второго счетчика, вторым входом второго основного триггера, вторым входом дополнительного триггера и вторым входом дополнительного элемента И. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 398876, кл.С 01 R 19/26, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР , кл.С 01 R 19/26, 1977 (прототип).

бмд

Фиг.1

1

-

s

о

-I

OsJ

tf

5

1