Устройство для цифрового измерения частоты медленно меняющихся процессов Советский патент 1982 года по МПК G01R23/02 

I

Изобретение относится к электр ческим измерениям и предназначено для цифрового измерения частоты про цессов малой скорости.

Известно устройство, содержащее преобразователь временного интервала в напряжение, формирователь гиперболической функции и старт-стопную схёму; управления ГП1{едостатком этого устройства является низкая надежность, обусловленная использованием в нем механических реле.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для цифрового измерения частоты медленно менякхцихся процессов, содержащее функциональный преобразо- ватель временного интервала в напряжение с входящим в него триггером, генератором пилообразного напряжения, состоящим из генератора тока, эталонной емкости, цепи разряда эталонной емкости, и кипп-реле разряда.

выполняющего роль формирователя импульсов , формирователь гиперболической функции, состоящий из импульсного генератора, электронного ключа и старт-стопной схемы, включающей в себя триггеры, электронные ключи и диоды, и генератор опорной частоты Г23.

Однако известное устройство не позволяет измерять мгновенную часто10ту для каждого периода исследуемого (контроль произоводится через период), 8 результате чего теряется половина измеряемой информации. Указанный недостаток сужает возмож15ные области использования измеритеЛя.

Кроме того, известному устройству присуща сложность конструкции, связанная со сложностью схемного реше26ния вхоДящей в формирователь гиперболической функции устройства стартстопной схемы, состоящей из большого количества электронных ключей и триг3 д геров, что приводит такие и к низкой надежности устройства. Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение быстродействия. Эта цель достигается тем, что устройство для цифрового измерения частоты медленно меняющихся процессов, содержащее входной формирователь, выход которого соединен с входом запуска генератора пилообразного напряжения и с первым входом первого триггера, выход которого соединен с установочным входом второго триггера, управляемый генератор, ключ, входы которого соединены соответственно с выходом второго триггера и импульсным генератором опорной частоты, введены пиковый детектор и дифференцирующая цепь, причем выход генератора пилообразного напряжения через пиковый детектор соединен с входом управляемого генератора, выход которого соединен со счетным вхо дом второго триггера, а выход второго триггера через дифференцирующую цепь - с вторым входом первого триггера и входом сброса пикового детектора. На фиг. 1 предоставлена структурная схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы; на фиг. 3 приведен пример выполнения пикового детектора ; на фиг. А - выполнение управляемого генератора с линейной модуляционной характеристикой; на фиг. 5 - временные диаграммы, пояс,няющие работу управляемого гекератоУстройство содержит входной формирователь 1, генератор 2 пилообразного напряжения, пиковый детектор 3, управляемый генератор k, первый и второй триггеры 5 и 6, ключ 7, импульсный генератор 8 опорной частоты дифференцирующую цепь 9. Генератор 2 пилообразного напряжения состоит из генератора тока, эталонной (запоминающей)емкости С и цепи разряда эталонной емкости. Устройство работает следующим образом. Импульсная последовательность измеряемой частоты преобразуется входным формирователем 1 (фиг. 2с) в короткие прямоугольные импульсы, передиий фронт которых соответствует в времени экстремальным значениям каждого периода исследуемого процесса (фиг. 2,5). Первый импульс с выхода формирователя 1 Поступает на вход триггера 5, взводя триггер, а также поступает на управляющий вход цепи разряда генератора пилообразного напряжения 2, воздействуя на последнюю, что приводит к быстрой разрядке через нее эталонной емкости в момент t. После окончания действия импульса на цепь разряда с момента tq эталонная емкость начинает заряжаться по линейному закону от генератора постоянного тока как показано на фиг. 2в. Пиковый детектор 3 в одном из возможных еариантов исполнения выполнен, например, из последовательно соединенных эмиттерного повторителя, аналогового запоминающего устройства и устройства сброса напряжения (фиг. 3). Напряжение эталонной емкости, поступая через эмиттерный повторитель на вход аналогового запоминающего устройства, отслеживается последним на его выходе, являющимся выходом пикового детектора 3 (фиг. 5,с), с которого поступает на вход управляемо-. го генератора k с линейной модуляционной характеристикой, формирующего импульсы, частота следования которых (фиг. 2,Э) меняется в зависимости от управляющего напряжения пикового детектора (фиг. 2,г.). Один из возможных вариантов реализации управляемого Импульсного генератора с линейной модуляционной характеристикой приведен на фиг. 4 с диаграммами напряжений на фиг. 5. Управляемый генератор А состоит из резистора 10, операционного усилителя tic цепью обратной связи, состоящей из параллельно включенных конденсатора 12 и двухполюсника 13 с S-обратной характеристикой (разрядного ключа), ди()ерен(4ирующей цепи, содержащей конденсстор 1.и трансформатор 15, и диода 16, подключенного ко вторичной охотке трансформатора 15. Возможно подключение первичной обмотки трансформатора 15 последовательно с двухполюсником 13 с S-образной характеристикой. Ток заряда конденсатора 12 в цепи обратной связи операционного усилителя пропорционален величине управляющего напряжения, поступающего с выхода пикового детектора на вход управляемого генератора , и равен току, протекаемому через резистор 10. Напряжение на выходе операционно го усилителя 11 (фиг. 1) управляемо го генератора , равное напряжению на конденсаторе 12, изменяется по пилообразному закону (фиг. 5,6) с крутизной, пропорциональной величин входного напряжения, и достигает на пряжения U| порога срабатывания двух полюсника с S-образной характеристи кой, после чего двухполюсник пробивается. Конденсатор 12 разряжается. Выходное напряжение операционного усилителя 11 резко падает. Этот перепад напряжения через дифференцирующую цепочку 14-15 и диод 1б в виде положительного импульса передается на выход импульсного генератора (фиг, 5,б). С выхода управляемого генератора k последовательность импульсов поступает на счетный вход второго три| гера 6, который находится в исходном состоянии (выходное напряжение триггера 6 соответствует уровню логической единицы), под действием поступающего на его вход установки в единичное (исходное) состояние нулевого уровня напряжения с выхода первого триггера 5. При этом выходные импуль сы генератора 4, поступающие на счет ный вход триггера 6, не могут изменить его состояние до тех пор, пока напряжение на входе установки триггера 6 не станет равным уровню логической единицы. В момент времени t,tg,..., и т.д. выходное напряжение триггера 5 изменяется с нулевого уровня на уровень логической единицы. При этом триггер 6 получает возможность работать в счетном режиме (т.е. получает возможность изменять состояние уровней выходных напряжений при поступлении импульсов на счетный вход) С приходом первого счетного импульса с выхода управляемого генератора на счетный вход второго триггера 6 выходной уровень напряжения последнего изменяется на противоположный. Первый импульс генератора переводит второй триггер из состояния логической единицы в нулевое. Второй импульс с выхода управляющего генератора , воздействуя в момент времени tf, на счетный вход второго триггера 6, вновь перебрасывает его в противоположное (исходное состояние). Импульс, сформированный на выходе триггера 6, дифференцируется дифференцирующей цепью 9, Выходной импульс дифференцирующей цепи положительной полярности в момент времени t(, поступает на вход установки нуля триггера 5 и сбрасывает триггер. При этом нулевой уровень напряжения с выхода первого триггера 5 (фиг, 2,е), поступив на установочный вход (установки уровня логичес|кой единицы) второго триггера 6, переводит его в состояние, нечувствительное к импульсам с выхода импульсного генератора . Сформированный таким образом в интервале времени импульс на выходе второго триггера 6 (рис. 2,-) поступает на второй вход (управляющий) электронного ключа 6, открывая его на время своего действия. Через открытый электронный ключ 7 (фиг,2,и) импульси, поступающие на первый вход последнего с выхода генератора опорной частоты 8, проходят на выход электронного ключа до тех пор, пока он не закроется в момент времени t по окончанию действия импульса с выхода триггера 6. Таким образом, электронный ключ 7 открыт в промежуток аремени Ц-t или на время, равное периоду следования импульсов на выходе управляемого генератора, работающего в стационарном режиме. Число этих импульсов пропорционально измеряемой частоте процесса. Напряжение на выходе аналогового запоминающего устройства 7 (фиг.З) и на выходе пикового детектора 3 сбрасывается в момент времени t через устройство 18 сброса путем воз- . действия на последнее положительного импульса с выхода дифференцирующей цепи 9 (фиг. 2,з)| после действия которого напряжение на выходе аналогового запоминающего устройства 17 и на выходе пикового детектора 3 вновь повторяет через эмиттерный повторитель 19 линейно изменяющееся напряжение с эталонной емкости Сзт генератора 2 пилообразного напряжения. Используемые для цели измерения первый и второй выходные импульсы импульсного генератора , составляющие его.период t, следуют позднее момента времени 13 установления стационарного режима. Так как для измерения используется временной 7 интервал следования импульсов, следующий за моментом времени t,j, то синхронизация скачков управляемого напряжения пикового детектора с выходными импульсами релаксационного генератора не требуется для работы данного импульсного генератора . Предлагаемое устройство для цифрового измерения мгновенной частоты импульсной последовательности отличается от известного простотой схемного решения, кроме того, оно имеет более высокую надежность вследствие сокращения общего количества эле ментов . Причем в предлагаемом устройстве в два раза по сравнению с известным увеличен объем ийформации об исследуемой последовательности импульсов (повышена надежность передачи инфор мации в два раза), что .достигнуто благодаря возможности измерения пре лагаемым устройством мгновенного зн чения частоты каждого периода, без пропусков. Выше названные отличительные при наки предлагаемого устройства, а также легкость реализации последнег в интегральном исполнении значитель расширяют возможные области использования устройства, снижают его сто мость, повышают технологичность. .8 Формула изобретения Устройство для цифрового измерения частоты медленно меняющихся процессов, содержащее входной формирователь, выход которого соединен с входом запуска генератора пилообразного напряжения и с первым входом первого триггера, выход которого соединен с установочным входом второго триггера,управляемый генератор, ключ, входы которого соединены соответственно с выходом второго триггера и импульсным генератором опорной частоты, отличающееся тем, что, с цеЛью повышения быстродействия , в него введены пиковый детектор и дифференцирующая цепь, причем выход генератора пилообразного напряжения через пиковый детектор соединен с входом управляемого генератора, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, а выход второго триггера через дифференцирующую цепь - с вторым входом первого триггера и входом сброса пикового детектора . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1.Утямышев Р.И. Радиоэлектронная аппаратура для исследования физиологических процессов, Н., Энергия, / 1969, с. 275-297. 2,Авторское свидетельство СССР № 501623, кл. G 01 R 23/02, 1978.

Вмс0д

U9.f

Фиг.2

19

з.п

I

«у

I

#

Фиг.

(Jn.d

01ИЯ.

1 k 1

Фuг.ff

S фиг. 5