Измеритель мгновенной частоты следования импульсов Советский патент 1982 года по МПК G01R23/06 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мгновенной частоты процессов малой скоростиИзвестен измеритель частоть аналогичного назначения, основанный на преобразовании интервала между двумя очередньгми импульсами, характеризующими исследуемый процесс, в напряжение, изменяющееся по закону, аппроксимирующему гиперболический, и содержащий преобразователь, реализующий зависимость, близкую к обратной, управляемый вентиль, преобразователь напряжение-время и счетчик импульсов с цифровой индикацией 1 Этот измеритель об)1адает низким быстродействием и малой надежностью. Погрешность измерения частоты этим измерителем значительна, что обусловлено недостаточно высокой степенью точности воспроизведения гиперболической функ ции, связанной с применением метода кусочнолинейной аппроксимации на диодно-резистивных цепях. Измерителю характерна низкая температурная стабильность от наличия коммутирующих диодов в блоке формирования обратной функции. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой измеритель частоты аналогичного назначения, также основанный на названном принципе, содержащий преобразователь, реализующий обратную функцию и состоящий из времязадающей цепи,разрядного ключа, RC-цепей с коммутирующими злементами, выполненными на диодах, устройство . выборки - хранения, включающее в себя формирователь на полевом транзисторе, запоминающий конденсатор, преобразователь напряжение - время и счетчик импульсов 2. Недостатком известного цифрового измерителя частоты является сложность настройки блока формирования обратной функции, вызванная строгим отбором по номиналам злементов его времязадающих цепей (резисторов и конденсаторов), а также отбором пр характеристикам коммутирующих их вентилей, так как от параметров последних зависит величина исходного, напряжения на времязадающих конденсаторах к моменту прихода первого импульса измеряемой частоты. К недостаткам устройства также относится его 1гизкая темпе395ратурная стабильность, определяемая коммутирующими вентиля рли. Цель изобретения - упрощение устройства и улучшение метрологических характеристик: расишрение диапазона измеряемых им частот; повышение точности измерения частоты, повышение быстродействия и надежности устройства, повышение его температурной стабильности. Цель достигается тем, что в измерителе мгно венной частоты следования импульсов, содержащем последовательно соединенные формирователь импульсов и блок выборки и хранения, формирователь импульсов выполнен в виде сумматора, входы которого соединены соответственно с зарядными конденсаторами RC-цепей, разрядные ключи которых соединены с входом устройства. На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого Ш1фрового измерителя мгновенной частоты следования импульсов; на фиг. 2 - диаграммы напряжений, поясняющие его работу. Измеритель мгновенной частоты следования импульсов содержит блок выборки и хранения 1, формирователь импульсов 2j в который вхо дят сумматор 3, первый экспоненциальный преобразователь., состоящий из зарядного резистора 4, входного сопротивления сумматора (Rgxi) по первому входу, зарядного конденсатора 5 с включенным параллельно ему разрядным ключем 6, второй экспоненциальньш преобразователь, состоящий из зарядного резистора 7, сопротивления сумматора (RBXJ) по второму входу, зарядного конденсатора 8 с включенным параллельно ему разрядным ключом 9, третий экспоненциальный преобразователь, состоящий из зарядного резистора 10 сопротивления сумматора (Ивхз) о третьему входу, зарядного конденсатора Не включенным параллельно ему разрядным ключом 12. Блок выборки и хранения содержит преоб разователь напряжете - время 13, счетчик 14 формирователь 15, диод 16, запоминающий конденсатор 17. 1 Измеритель работает «следующим образом. Поступающие на вход измерителя импульсы измеряемой частоты запускают формирователь импульсов 2, который формирует сумму экспонешшальных напряжений. Запускающий импульс измеряемой частоты поступает на управляющие входы преобразовате ля напряжение - время Гз и разрядных ключей 6, 9 и -12 (фиг. 2а). Последние, OTK{ iiваясь на время действия импульса (фиг. 26, временной интервал t j -tj), производят сброс напряжений ковденсаторов 5, 8 и 11 первого, агорого и третьего экспоненциальных преобразователей, которьте после действия импульса с момента tj начинают заряжаться от источника опорного «апряжения через соответствующие времязадающие цепи, сопротивления которых определяются величиной сопротивления соответствующего зарядного резистора и сопротивления соответствующего входа сумматора 3. При выполнении сумматора 3 в виде сумматора токов, выполненного, например, на операционном усилителе с цепью обратной связи на резисторе RQC и инверторе, напряжение на выходе сумматора 3 (фиг. 2в) пропорционально сумме входных токов, R случае же выполнения сумматора 3 в сумматора напряжений, 11апряжение на выходе сумматора в каждый момент времени определяется сумМой напряжений зарядных конденсаторов экспоненциальных преобразователей (фиг. 2 в). Номинальные величины сопротиплений зарядных резисторов, входных сопротивлений сумматора и емкостей зарядных конденсаторов входящих во все экспоненциальные преобразователи, а также количество экспоненциальных преобразователей рассчитаны из условий получения на выходе сумматора 3, а также и на выходе формирователя импульсов 2, напряжения Uj-j, изменяющегося во времени по закону, аппроксимирующему гиперболический с минимальной погрешностью. Напряжение U сформированное формирователем импульсов 2, через диод 16 передается на запоминающий кбнденсатор 17. С приходом следующего запускающего импульса измеряемой частоты весь процесс на зарядных конденсаторах 5, 8 и 11 экспоненциальных преобразователей пог вторяется, а напряжение на запоминающем конденсаторе 17 сохраняется, так как диод 16 заперт. Напряжение на выходе полевого транзистора 15, соответствующее периоду повторения входных импульсов (временной интервал t,-1з) поступает на вход преобразова. напряжение -время 13, на вьтходе формируются импульсы, длительности которых убывают пропорциоанльно входному напряжению. Эти импульсы формируются в момент прихода запускающих импульсов на вход измерителя и имеют малую длительность, обеспечивая высокую точность измерения при наличии саморазряда запоминающего конденсатора 17. С выхода преобразователя напряжение - время 13 импульсы поступают на пересчет и индика цию в счетчик, В противоположность известному устройству, в котором при формировании аппроксимирующей функции экспоненциальные преобразователи работают последовательно во времени и зависимо друг от друга с последовательным накоплением ошибки аппроксимации гиперболической функции кусочно-экспоненциальной, что ставит в известном устройстве очень жесткие требования к огбору по номиналам, а гакже к тем пературной стабильности элементов, особенно первых его экспоненциальных преобразователей предлагаемому устройству, присуща простота настройки вслй1ствие исключения при серийном изготовлении строгого отбора по номиналам элементов времязадающих цепей его экспоненциальных преобразователей, так как последние работают одновременно и независимо. Формула изобретения Измеритель мгновенной частоты следования импульсов, содержащий последовательно сое90 диненные формирователь импульсов и блок выборки и хранения, отличающийс я тем, что, с целью упрощейия устройства и улучшения метрологических характеристик, формирователь импульсов выполнен в виде сумматора, входы которого соединены соответственно с зарядными конденсаторам RC-цепей, разрядные ключи которых соединены с входом устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертте 1. Утямыщев Р. И. Радиоэлектронная аппаратура для электрофизкологических исследований. Энергия 1969. 2. Авторское свидетельство СССР N° 532823, кл. G 01 R 23/00, 1977.