Низкочастотный цифровой частотомер Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к электро.измерительной технике и предназначено для измерения мгновенной частоты процессов малой скорости.

Известен инфранизкочастотный цифровой частотомер, содержащий формирователь импульсов, триггер, генератор опорной частоты, электронный ключ, генератор пилообразного напряжения, компаратор напряжений, преобразователь время-напряжение и счетчик результата измерений, 1.

Однако в процессе эксп.пуатации данного устройства изменяются параметры токозадающих цепей, что является источнике погрешностей измерения частоты сигналов.

Известен низкочастотный частотомер, содержащий преобразователь время-напряжение, .ключи, источники опорного напряжения, интегратор, компаратор, генератор рпбрной час.тоты, счетчик и блок управления 2| .

Однако в известном частотомере перед каждым измерением производит ся калибровка токозадающих цепей, что снижает его быстродействие.

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в низкочастотный цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные формирователь импульсов, преобразователь время-напряжение, первый ключ, генератор пилообразного напряжения, компаратор, второй ключ, связанный по другому входу с генератором опорной

15 частоты и счетчик результата измерения, введены эталонный импульсный генератор, последовательно соединенные коммутатор, цифроаналоговый преобразователь, блок памяти и вычитаю20щий счетчик, причем вход эталонного импульсного генератора подключен к выходу формирователя импульсов, а выходы - к управляющим входам блока 39 аналоговой памяти и первого ключа, выход блока аналоговой памяти соединен с вторым входом генератора пилообразного напряжения, счетные входы счетчика результата измерения и вычитающего счетчика объединены, а их выходы соединены с входами коммутатора. . На фиг. 1 изображена блок-схема низкочастотного цифрового частотомеpa; .на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. Частотомер содержит формирователь 1 импульсов, эталонный импульсный генератор 2, преобразователь 3 время-напряжение, ключ t, блок 5 аналоговой памяти, генератор 6 пилообразного напряжения, компаратор 7 напряжений, цифроаналоговый преобразова- тель 8, ключ 9, генератор 10 опорной частоты, счетчик 11 результата измерения, коммутатор 12, вычитающий счетчик 13. Устройство работает следующим образом. По первым двум импульсам, поступающим в моменты времени tj, t4 на входную клемму частотомера (фиг.2а), формирователь 1 вырабатывает импульс длительность которого равна периоду Тп входного сигнала (фиг.26). Передним фронтом этого импульса запускается эталонный импульсный генератор 2 и преобразователь 3 время-напряжение. Эталонный импульсный генератор 2формирует импульс эталонной длительности (фиг.2в), который должен быть меньше минимальной величины периода измеряемой частоты, что является необходимым условием нормальной.работы частотомера. По окончании импульса на выходе преобразователя 3время-напряжение формируется напря жение, пропорциональное периоду исследуемого сигнала (фиг.2г, момент времени ) . Это напряжение поступает на вход ключа k с элементом аналоговой памяти, на другой вход которого подается импульс с эталонного импульсного генератора 2. На выходе ключа k формируется сигнал (фиг.2д). Этот сигнал поступает на генератор 6 пилообразного напряжения При запуске последнего в момент времени t2 формируется сигнал пилообразной формы (фиг.2ж), скорость нарастания которого (наклон) -определяется выходным напряжением ключа k. I4 которое пропорционально длительности импульса эталонного генератора. Пилообразное напряжение с выхода генератора 6 подается на компаратор 7, где происходит сравнение с опорным напряжением Но. До момента равенства указанных напряжений в момент времени tj ключ 9 открыт (фиг.2м) и через него проходят опорные (счетные) импульсы с выхода генератора 10 опорной частоты на входы счетчика 11 результата измерения и вычитающий счётчик 13 (фиг.2з,и). . В момент времени t, число (фиг.2к), записанное в счетчике 11 результата измерения Ысч,обратно пропорционально измеренной устройством длительности импульса Т эталонного генератора 2. В рычитающем счетчике (фиг .2л) записано число Npc, равное Npc Nmax- сч Через элементы коммутации коммута тора 12 входы цифроаналогового преобразователя 8 подключаются к выходам разрядов или счетчика 11 результата измерения, или вычитающего счетчика 13 причем, если измеренное значение длительности эталонного импульса больше истинного значения (погрешность со знаком плюс), то преобразователь 8 подключится к выходу счетчика 11 результата измерения, если меньше (погрешность со знаком минус) - к выходу вычитающего счетчика 13- На выходе цифроаналогового преобразователя 8 сформировано напряжение, пропорциональное коду числа, записанного в соответствующем счетчике (фиг.2н) . Этим напряжением зарядится конденсатор блока 5 аналоговой памяти по управляющему . импульсу с выхода эталонного генератора 2 (фиг.2е), с выхода которого напряжение, пропорциональное величине ошибки, приложится ко второму выходу генератора 6 пилообразного напряжения (фиг.26). По поступлении в Момент времени t следующего входного импульса измеряемой частоты (фиг.2а) триггер формирователя 1 импульсов меняет свое состояние и осуществляет запуск эталонного генератора 2. При этом открывается ключ k, его конденсатор заряжается до величины напряжения, подаваемого с выхода преобразователя 3 время-напряжение. Далее осуществляется повторный запуск генератора 6 пилообразного напряжения и установление счетчика П результата измерения в исходное состояние (цепи запуска генератора и установки счетчика на фиг.1 не показаны). За интервал времени , аналогично интервалу tj-t2, в счетчик 11 резуль тата измерения записывается новая последовательность импульсов, количество которых пропорционально измеряемой частоте входного сигнала, т.е. где k - коэффициент пропорциональности. В устройстве учитывается погрешность измерения, обусловленная изменением параметров измерительных цепей. Эта погрешность выделяется из результата измерения длительности эталонного импульса, преобразуется в аналоговую форму и при подаче на второй вход генератора 6 пилообразного напряжения изменяет режим его работы, компенсируя при этом вёличину погрешности. С момента времени t измерительный цикл повторяется вышеописанным образом. При положительной величине погрешности измерения величина ошибки характеризуется млад шими разрядами счетчика 11 результата измерения, а при отрицательной ве личине погрешности измерения - младщими разрядами вычитающего счетчика 13. При этом в первом случае крммута тор 12 подключает ко входам цифроаналогового преобразователя 8 младшие разряды счетчика 11 результата измерения, а во втором - вычитающего сметчика 130Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает увеличение быстродействия при высокой точности измепения (порядка 10 в широком диапазоне изменения температур окружающей среды. Формула изобретения Низкочастотный цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные формирователь импульсов, преобразователь время-напряжение, первый ключ, генератор пилообразного напряжения, ком.оратор, второй ключ, связанный по другому входу с генератором опорной частоты, и счетчик результата измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены эталонный импульсный генератор, последовательно соединенные коммутатор, цифроаналоговый преобразователь, блок памяти и вычитающий счетчик, причем вход эталонного импульсного генератора подключен к выходу формирователя импульсов, а выходы - к управляющим входам бпока аналоговой памяти и первого ключа, выход блока аналоговой памяти соединен с вторым входом генератора пилообразного напряжения, счетные входы сметчика результата измерения и вычитающего счетчика объединены, а их выходы соединены с входами коммутатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №501623, кл. G 01- R 23/02, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР №788019, кл. G 01 R 23/06, 1980.