Фазочувствительный преобразователь "напряжение-код Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к области электрических измерений в диапазонах инфранизких и звуковых частот и может использоваться при определении амплиту но-4азовых частотных характеристик четырехполюсников, при акустических рениях, исследованиях в области систем автоматического управления и регулирования, в геофизике, биофизике. Известен цифровой измерительный пре образователь с промежуточным преобразованием входной величины в пропорциональное приращение частоты импульсвс последовательности. Характеристики получаемого при этом потоке импульсов, связанные с соответствующими параме-г рами сигнала, находят путем подсчета по определенному алгоритму числа тлпуп сов за фиксированный интервал времени с помощью суммирующего счетчика импульсов или реверсивного счетчика, упра ляемого опорным напряжением шш входным сигналом 1.) Недостаток известного преобразователя - низкая точность иау1ерения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой фазочувствительный преобразователь переменного напряжения, содержащей измеримтельный частотный блок (ИЧБ), подключеиный через смеситель частоты н элемедт И к счетчикйм импульсов, и задаютаий генератор, управляющий упомянутыми элементом и смесителем через делители чаототы 2, Данное устройство пмеет неудовлетворительную точность преобразования иэ-за нестабильности центральной частоты измерительного частотного блока. Цель изобретения - увеличение точвоо ти фазочувствительного преобразователя племенного напряжения в цифровой код. Поставленная цель достигается тем, что в фазочувствительный преобразователь напряжение-код, содержащий задают щий генератор, ИЧБ, вход которого подключен к входной клемк е преобразователя.

и последовательно соединенные элемент И и счетчик импульсов, введены формирователь временного интервала, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, и блок случайной задержки, причем выходы измерительного частотного блока и задающего генератора подключены к входам формирователя временного интервала, выход которого подключен к первому входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, втооой вход которого подключен к клемме опорного сигнала, а выход - к -первому входу элемента И, второй вход которого подклкучен к клемме сигнала управления, а третий - к выходу блока случайной задержки вход которого подключен к задак шего генератора.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы его работы.

Фааочу1ествительный преобразователь напряженй&-код содержит и avIepитвльный частотный блсж ИЧБ 1, выход которого подключен к входу фс лирователя 2 временног интервала, второй вход которого подключен к выходу задающего генератора 3 а выход - к входу элемента ИСКЛЮЧАЮ ШЕЕ ИЛИ 4, блок 5 случайной задер51ски, вход которого подключен к выходу задающего генератора 3, а выход - к входу . элемента И 6, доугой вход которого подключен к выходу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, а выход - к входу счетчика 7.

На эшфе 8 (фиг. 2) приведена временная зависимость входного стшнала и Umsin , на эпюре 9 - завис « мость от времени частоты ии { t ) выходного сигнала ИЧБ-, на эпюре 10 сшорный сигнал.

На эпюре 9-1 (фиг. 3) изображена временная зависимость выходного сигнала ИЧБ; на эпюре 11 - сигнал, формируемый задающем генератором; на 12 - выходной сигнал формирователя вр&менного интервала; на эпюре 13 - выи ходвые импульсы блока случайной задержки импульсов (ty, t - случайные времена задержки) , на эпюре 14 - выходной сигнал элетлента И. Эпюры 12-14 соответству1бт времени

i + 2 4, М. , где -t - сдвиг во времени опорного сигнала по эпюре 10 (фкг. 2). На эпюрах 12-1,..., 14-1 изображены временные зависимости тех же сигналов, что и на эпюрах 12- 14, одна ко в данном случае k qВ исходном состоянии на вход ИЧБ 1 постутшет o6pa6aTbmaQvioe напряжение

О Q-t , а к входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 подводится опорный сигнал UQP, - Siojn Sin и (t-t). Низкий потенциал, присутствующий на входе Управление посредством элемента И 6 отключает счетчик 7 от прочих узлов преобразователя. После этого счетчик 7 устанавливается в нулевое состояние.

Частота ш ( t ) выходного сигнала ИЧБ определяется формулой UJ( t ) ,

где т девиация частоты-,

К - крутизна модуляционной

характеристики ИЧБ.. Задающий генератор 3 вьфабатывает последовательность импульсов с периодом Т. Формирователь 2 запускается каждым выходным импульсом ЗГ и каждый раз фо{млирует , например, одиночный импульс с длительностью f , равной мгновенному периоду выходного сигнала ИЧБ. При to « Шр имеем.

--(-S;-HБяок 5 случайной задержки задержи вает импульсы, генерируемые ЗГ, на случайное время, лежащее в интервале (О,Т) причем указанное задержки подчиняется закону равнса ерной плотности с плотностью вероятности 1/Т.

При t Ю элемент И 6 деблокируется в счетчик подключается к элементу ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4. Если О i t то 0(jp О и элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 работает в режиме повторителя импульсов, формируемых формирователем 2. На вход элемента И 6 по каждому имкульсу, вырабатываемому ЗГ, поступает одиночный импульс с длительностью t и короткий импульс, задержанный на случайное емя блоком случайной задержки. Математическое ожидание m и дисперсия 6 наличия счетного импульса на выходе элемента И 6 вьфажаются формулами

и ((-П1)/.

В соответствии с этим математическое ожидание т количества импульсов, поступивших на вход счетчика 7 в течени интервала времени (О, t).

U),

i i i- lПри t J-t опорный сигнал меняет знак ( О) и элемент ИСКЛЮЧАЮ ЩЕЕ или 4 превращается в инвертор.

поэтому на вход элемента И 6 поступают импульсы с длительностью Т- Г . Математическое ожидание fn числа срабатываний счетчика 7 за интервал времени (t,)

,1,-(1.). flT . u)

В момент времени t t . сигнал

вновь становится положительным, Элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4 вновь Ю превращается в повторитель и на вход элемента И 6 по-прежнему поступают им- пупьсы с длительностью Т .

Математическое ожидание т количесч ва счетиых импульсов, выработанных эле- 5 ментом И 6, за время ( Л/52 , 2Л/Й ).

Итак, в результате обработки одного периода входного сигнала в счетчике 7 зафиксировано некоторое случайное количество импульсов с математическим 20 данием

F 01 тп,,,4----cos i,.

о

Величина Я/и Т выбрана кратной ем- кости счетчика 7, поэтому первое слага&мое в выражении для т,обращается в нуль.

в преобразователе численные значения величин 6Z и Т постоянны в не и меняются под воздействием дестабипиэи руюших факторов, поэтому указанная кра1 кость соблюдается с высокой точностью, а погрешность преобразования, которая могла бы быть вызвана нарушением3$

этой кратности, отсутствует. Это выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, для нормального функционирования которого кратной ««цсости счетчика должна быть величина зависящая от нестаро бильной центральной частоты ИЧП.

Следующие периоды входного сигнала обрабатываются преобразователем аналогичным образом. По истечении времени М 2 J/ потенциал управления обращается 5

в нуль и вход счетчика 7 блокируется. К этому моменту в СИ зафиксировано

N -T-n Ct7Si/

iT

uj;

импульсов, где - фазовый сдвиг между входным и опорным сигналами. Коэффициент вариации V результат преобразования

йНт)

€Ff)

I/

при больших V может

быть как угодно малым.

Формула изобретения

Фазочувствительвый преобразователь напряжение-код, содержащий задающий генератор, измерительный частотный бпок вход подключен к входной клем ме преобразователя и последовательно соединенные элемент И и счетчик импульсов, отличающийся т&л, что, с иепъю повышения точности, в него введеШ) ф(ыщ)ователь ременного интервала элемент ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ и блок случайной задержки, Щ)ичем выходы измерительного частотного блока и задакяцего генератора подключены к входам формщзователя временного интервала, выход которого подключен к левому входу элемента ИСЖЛЮЧАКШ1ЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к 1слемме опорв№0 сигнала, а выход - к первому входу элемента И, второй вход которого подключен к клеко се сигнала управления, а третий - к выходу блока случайной задержки, вход которого подключен к выходу задающего генератора.

Источники информации, прш{ятые во внимание при экспертизе.

1.Авторское свидетельство СССР

№ 409366. кл. Н 03 К 13/2О, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР № 636798 кл. Н 03 К 13/20, 1978.

14 lt-1

jy-i /4f-f .«

Фие.З t:;