Цифровой измеритель отношения низких частот Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и може быть использовано в частотных системах измерения и регулирования, в частности для измерения отношений оборотов, давлейий, расходов и др.

Известно устройство для измерения отношений частот, содержащее делитель частоты с установленным коэффициентом деления, соединенный с реверсивным счетчиком, накопительный счетчик с шиной сброса, компаратор чисел, одна группа входов которого соединена с выходом числовых разрядов реверсивного счетчика, а другая группа входов - с выходами числовых разрядов накопительного счетчика, выход компаратора соединен с шиной сброса накопитель ного-счетчика и с входом суммирования реверсивного счетчика, один вход устройства соединен с входом делителя частоты, другой вход - с

входом накопительного счетчика, а выход - с числовым разрядом реверсивного счетчика l.

Однако это устройство обладает большой инерционностью,что не позволяет применять его в тех случаях,. когда контролируемые или регулируемые параметры изменяются сравнительно быстро, а частоты датчиков являются низкими.

10

Известно также устройство для измерения отношения частот, содержащее последовательно соединенные первый частотный датчик и первый 5 преобразователь периода частоты в двоичный код, информационные . и управляющие выходы которого сое динены соответственно с информационными входами и входом управления

20 переписью первого регистра хранения кода, второй частотный датчик, блок образующих частот, выполненный в виде последовательно соединенных кварцевого генератора и делителя частоты, первый выход которого соединен с вторым входом первого устройства преобразования периода частоты в двоичный код, второй выход делителя частоты соединен с синхронизирующими входами блока.управления и ключа, управляю щий вход которого соединен с первы выходом блока управления, накопитель-Ю

ныи счетчик, счетный вход которого соединен с выходом ключа, а вход обнуления - с вторым выходом блока управления, информационные выходы накопительного счетчика подключены к информационным входам регистра хранения кода, вход управления Переписью которого соединен с третьим выходом блока управления. а информационные выходы регистра хра нения кода соединены с блоком индикации 2 J, Однако это устройство имеет невысокую точность при измерении отношений частот близких к единице, так как коэффициент пропорциональ.ности К-- трудно сделать достаточно большим, потому что верхний предел дОграничен быстродействием элемент ной базы, а нижний предел необходимой точностью при измерении частоты f. Кроме того, поскольку частоту можно менять только дискретно, в соответствии с номиналами кварцевых резонаторов, коэффициент пропорциональности невозможно сделат любым. Цель изобретения - повышение точности измерения. Эта цель достигается тем, что в цифровой измеритель отношения низких частот, содержащий последовательно соединенные первый частотный датчик и первый преобразователь периода частоты в двоичный код, информационные и управляющий выходы которого соединены соответственно с информационными входами и входом управления переписью первого регистра хранения кода, второй частотный датчик блок образцовых частот,выполненный в виде последовательно соединенных кварцевого генератора и делителя частоты, первый выход которого соединен с вторым входом первого устройства преобразования периода часто ты в двоичный код, второй выход де. теля частоты соединен с синхронизиления переписью которого соединен с третьим выходом блока управления, а информационные выходы регистра хранения кода соединены с блоком индикации, введены.двоичный накапливающий сумматор, коммутатор, второй регистр хранения кода и второй преобразователь периода частоты в двоичный код, первый вход которого соеди 74 рующими входами блока управления и ключа, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока управления, накопительный счетчик, счетный вход которого соединен с выходом ключа, а вход обнуления - с вторым выходом блока управления, информационные выходы накопительного счетчика подключены к информационным входам регистра хранения кода, вход управнен с выходом второго частотного датчика, при этом информационные и управляющий выходы второго преобразователя периода частоты в дзоичный код соединены соответственно с информационными входами и входом управления.переписью второго регистра хранения кода, второй вход второго преобразователя периода частоты в двоичный код подключен к первому выходу делителя частоты, причем информационные входы двоичного накапливающего сумматора соединены с вь1ходами коммутатора, вход управления которого соединен с четвертым выходом блока управления, первые входы коммутатора соединены с выходами первого регистра хранения кода, вторые входы коммутатора подключены к прямым выходам второго регистра хранения кода, инверсные выходы которого соединены с установочными входами двоичного накапливающего сумматора, вход управления записью установочного кода которого соединен с пятым выходом блока управления, второй вход которого соединен с выходом переполнения накапливающего, сумматора, вход суммирования которого подключен к второму выходу делителя частоты. На чертеже изображена схема цифрового измерителя отношения низких частот. Цифровой измеритель содержит преобразователь 1 периода частоты в двоичный код, частотный датчик 2, регистр 3 хранения кода, блок образцовых частот, включающий в себя кварцевый генератор 5 и дели тель 6 частоты, блок 7 управления, клюй 8,накопительный счетчик 9 регистр 10 хранения кода, блок 11 .индикации, коммутатор 12, двоичный накапливающий сумматор 13, регистр 1 хранения кода, преобразователь 15 периода частоты в двоич ный кед и частотный датчик 16. Измеритель работает следующим образом. Преобразователь 1 периода частоты в двоичный код циклично осуществляет преобразование периода ча тоты сигнала датчика 2 в пропорцио нальный периоду двоичный код. По завершению каждого цикла на информационных выходах преобразователя 1 имеется параллельный двоичный код, полученный путем подсчета числа импульсов образцовой частоты с первого выхода делителя 6 частоты в течение щ, периодов частоты f сигнала первого датчика 2, равный .);-:. управляющего Г ti% выхода преобоазрвателя 1 на вход управления переписью первого регистра 3 хранения кода поступает сигнал, по которому код на информа ционных выходах преобразователя 1 переписывается в первый регистр 3 хранения кода. Далее цикл повторяет Длительность цикла преобразования равна длительности 11, периодов частоты сигнала первого датчика число hi,выбирается из условия обесп чения точности преобразования при образцовой частоте f, которая в свою очередь определяется быстро действием элементной базы устройст Таким образом, в первом регистр 3 хранения кода информация обновляе ся с каждым циклом работы преобразо теля 1 периода частоты сигнала пер вого датчика 2 в двоичный код. Ана логично, но со своим циклом, равным длительности периодов частоты сигнала второго датчика 16, работае второй преобразователь 15 периода частоты в двоичный код, пропорциональный периоду частоты сигнала второго датчика, равный V .Vbjj fox С помощью двоичного накапливающего сумматора 13, коммутатора 12, блока 7 управления и считчика 9 с регистром 10 хранения коды пропорциональные периоду частоты соответственно первого и второго датчиков, преобразуются в код К, пропорциональный отношению частот, где М - коэффициент пропорциональности между действительным отношением частот и кодом этого отношения на выходе цифрового преобразователя. В начале каждого цикла преобразования ключ 8 закрыт, с выхода блока 7 управления на вход управления записью установочного кода двоичного накапливающего сумматора13 поступает сигнал, по которому в двоичный накапливающий сумматор. записывается инверсный код второго регистра хранения кода, сдвинутый на N разрядов.. Число N определяется необходимым коэффициентом пропорциональности между отношением 4-1Х частот сигналов датчиков т- и кодом - 2)1 - этого отношения, при этом записываемый в двоичный накапливающий сумматор 13 инверсный код с выхода второго регистра k хранения кода умножается на 2 1 Число N определяет разрядность двоичного накапливающего сумматора 13, которая равна N где N- разрядностьдвоичного накапливающего сумматора, N. - , разрядность второго преобразователя 15 периода частоты сигнала второго датчика в двоичный код. . Коэффициент пропорциональности, задаваемый путем сдвига инверсного кода второго регистра I хранения, является дискретным и равен 2. Чтобы задать какой-либо коэффициент пропорциональности, отличный от 2 на суммирующие входы двоичного накапливающего сумматора 13 че.рез коммутатор 12 подается прямой код второго регистра Н хранения кода, при этом с помощью коммутатора 12 и блока 7 управления осуществляется сдвиг прямого кода второго регистра 1 хранения кода на необходимое число разрядов, а сумматор 13 производит суммирование нужное число раз кода, поданного на его входы с каждым тактовым импульсом, поступающим на вход суммирования с второго выхода делителя 6 частоты. Таким образом, после предварительной установки двоичного накапливающего сумматора 13 и ряда суммирований прямого кода второго perHctpa И хранения кода в двоичном накапливающем сумматоре 13 будет записанё число L 2 . л где Кй - значение инверсного второго регистра Т хранения, то же прямого кода; означает на сколько сдвинут прямой код второго регистра It хранения кода в -i -м подготовительном такте; С- число подготовительных.тактов. Во время подготовительных тактов происходит обнуление накопител Woro счетчика 9 сигналом с выхода блока 7 управления. После всех подготовительных тактов через коммутатор 12, управляемый от блока 7управления, на информационные входы двоичного накапливающего сум матора 13 подается прямой код с регистра 3 хранения кода первого преобразователя 1 периода частоты в двоичный код, с выхода блока 7 управления поступает сигнал на открытие ключа 8 и с каждым импуль сом тактовой частоты, поступающей с второго выхода делителя 6 частот на вход суммирования двоичного нак ливающего сумматора 13 и через клю 8на счетный вход накопительного счетчика 9 в двоичном накапливающем сумматоре 13 происходит суммирование прямого кода с выхода первого регистра 3 хранения кода с ко дом уже записанным до этого в двои ном накапливающем сумматоре 13, в накопительном счетчике 9 произво дится подсчет тактовых импульсов. После того, как двоичный накапл вающий сумматор 13 переполнится, а это происходит, когда число, записанное в нем, равно или превышает 2, т.е. справедливо с точность до К следующее равенствоК +-KZ ij2.. , с выхода переполil, нения двоичного накапливающего сумматора 13 на второй вход блока 7 управления поступает сигнал, по которому блок 7 управления сигнало со своего первого выхода закрывает ключ 8, сигналом со своего третьег выхода переписывает содержимое накопительного счетчика 9 в регистр хранения кода, пропорционального с отношению частот датчиков, после чего с регистра 10 этот код поступает на блок 11 индикации. Далее цикл преобразования повторяется. Таким образом, в счетчике записан код .2. -KaSl K,i( -|(i4ii) fa, a/ 1-1 tax где. АЛ J (2. -S2./ коэффициент пропорциональностимежду истинным соотношением частот и кодом этого соотношения. Например, чтобы обеспечить коэффициент пропорциональности 1000 при. необходимо принять N 10, т.е. записать в двоичный накапливающий сумматор 13 по установочным входам инверсный код второго регистра 1 хранения кода, пропорционального периоду частоты второго датчика 16, умноженный на 102, принять ,И,4, т.е. добавить в двоичный X/1 накапливающий сумматор 13 прямой код второго регистра 10 хранения кода Пропорционального периоду частоты второго датчика, умноженный в первом случае на 8, во втором на 16. Поскольку преобразователи 1 и 15 периода частоты в двоичный код работают каждый со своим циклом, независимо от цикла работы двоичного накапливающего сумматора 13, f(nfl исключения возможности совпадения момента перезаписи кода в регистры 10 хранения кода с моментом суммирования в двоичном накапливающем сумматоре 13 фронты импульсов частоты fjj., по которым происходит суммирование, и сигналы переписи кода в первый и второй регистры хранения кода разнесены во времени. Предлагаемый цифровой измеритель отношения низких частот позволит повысить точность измерения отношения низких частот и обеспечить получение любого коэффициента пропорциональности между действительным отношением частот и кодом этого отношения. Формула изобретения Цифровой измеритель отношения низких частот, содержащий последовательно соединенные первый частотный датчик и первый преобразователь периода частоты в двоичный код, информационные и управляющий выходы которого соединены соответственно с информационными входами и входом управления переписью первого регист ра хранения кода, второй частотный датчик, блок образцовых частот, выполненный в виде последовательно соединённых кварцевого генератора и делителя частоты, первый выход которого соединен со вторым входом первого устройства преобразования периода частоты в двоичный код, вто рой выход делителя частоты соединен с синхронизирующими входами блока управления и ключа, управляющий вхо которого соединен с первым выходом блока управления, накопительный счетчик, счетный вход которого соединен с выходом ключа, а вход обнуления - с вторым выходом блока упра ления, информационные выходы накопи тельного счетчика подключены к информационным входам регистра хранен кода, вход управления переписью кот рого соединен с tpeTbMM выходом бло управления, а информационные выходы регистра хранения кода соединены с блоком индикации, отличаюс я тем, что, с целью.повыточности измерения, в него введены двоичный накапливающий сумм второй регистр хра тор, коммутатор. 710 нения кода и второй преобразователь периода частоты в двоичный код, первый вход которого соединен с выходом второго частотного датчика, при этом информационные и управляющий выходы второго преобразователя периода частоты в двоичный код соединены соответственно с информационными входами и входом управления переписью второго регистра хранения кода, второй вход второго преобразователя периода частоты в двоичный код подключен к первому выходу делителя частоты, причем информационные входы двоичного накапливающего сумматора соединены с выходами коммутатора, вход управления которого соединен с четвертым выходом блока управления, первые входы коммутатора соединены с выходами первого регистра хранения кода, вторые входы коммутатора подключены к прямым выходам второго регистра хранения кода, инверсные выходы которого соединены ciycTaновочными входами двоичного накапливающего сумматора, вход управления записью установочного кода которого соединен с пятым выходом блока управления, второй вход которого сое-, динен с выходом переполнения накапли-. веющего сумматора, вход суммирования которого подключен к второму выходу делителя частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 310188, кл. G 01 R 23/00, 23.03.70. 2.Авторское свидетельство СССР № 538306, кл. G 01 R 23/00, 30.09.75.

ю

«м

fe

Ю

.

у ч