Устройство для измерения малой относительной разности частот Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве измерителя относительной разности частот или измерения относительной разности скоростей, например, вращения различных механизмов, снабженных частотными датчиками, преобразующими скорость в пропорциональную частоту следования импульсов.

Известно большое число устройств, позволяющих обеспечить одновременно высокое быстродействие и высокую точность измерения разностной частоты и имеющих в числе основных узлов мост-преобразователь частоты следования импульсов в ток, в двух вершинах которого формируются напряжения, пропорциональные двум входным частотам, а в диагонали протекает ток, пропорциональный относительной разности частот 111.

Использование в устройстве мостапреобразователя частоты в ток, обусловленное построением структурных схем указанных устройств, приводит к появлению дополнительных погрешностей на измерении разности частот, а также накладывает дополнительное и существенное ограничение на частотный диапазон устройств. Разность токов утечки, пропорциональная входным частотам, протекает в измерительной диагонали моста, создавая

to тем самым дополнительную погрешность, относительная величина которой тем выше, чем ниже измеряемая относительная разность частот и чем ниже абсолютное значение входных частот.

15

Кроме того, наличие в мосте-преобразователе выпрямительных диодов вносит в него нелинейность, которая приводит к уменьшению точности

20 компенсации гармоник разностной час-, тоты и, следовательно, к появлению динамической ошибки с периодом разностной частоты. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором в измерительную цепь, образованную четырьмя диодами и двумя резисторами (мост-преобразователь частоты в ток) подаются импульсы разностной частоты а через раздел-отельный конденсатор импульсы входных частот, за исключением импульсов, совпадающих с разностными. Подача в измерительную цепь импульсов входных частот (среднее значение тока, передаваемого этими импульсами, тождественно равно нулю) обеспечивает компенсацию пульсаций разностной частоты и, следовательно, высокое быстродействие, а равенство нулю среднего тока этих импульсов - высокую точность измерения С 2 3. ..„ Недостаток этого устройства - сни жение точности измерения при измерении малой разности частот. При измерении малой разности частот регу-. лярно возникает перекрытие импульсов входных частот. Так как в данном уст ройстве подача на разделитегльный конденсатор перекрывающихся импульсов недопустима, входные импульсы одной и другой частоты поочередно блокируются, а вместо них подаются импульсы по каналам разностной часто ты. Неидентичность зарядов разнополярных импульсов, поступающих по каналам разностной частоты, приводит к появлению постоянной составляющей ошибки измерения, не.стремящейся к нулю при стремлении к нулю разностной частоты. Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей путем расширения частотного диапазона измерения повышения точности измерения при измерении разности частот. Поставленная цель достигается тем что устройство, содержащее Е ходные формирователи импульсов, блок выделе ния импульсов разностной частоты, ходы которого соединены с входами формирователей импульсов тока разностной частоты, разделительный конденсатор и фильтр, соединенный с измерителем тока, например с операционным усилителем со стрелочным прибором, дополнительно снабжено преобразователем разности фаз в скважность, блоком выбора большей частоты

преобразователем длительности периода в напряжение и управляемым формирователем-ограничителем напряжения,

вход которого поступает с преобразователя 6 импульсная последовательность, скважность которой определяетпричем входы преобразователя разности фаз в скважность подключены соответственно к . выходам двух входных формирователей импульсов и к входам блока выделения импульсов разностной частоты, а выход преобразователя подключен 1C входу формирователя-ограничителя напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя длительности периода в напряжение, вход которого соединен с выходом блока выбора большей частоты, входы которого соединены с выходами входных формирователей импульсов, выход формирователя-ограничителя напряжения, подключен к разделительному конденсатору, второй вывод которого соединен со входом фильтра и с выходами формирователей импульсов тока разностной частоты. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения малой относительной разности частот; на фиг.2 график, поясняющий работу устройства. Устройство содержит входные формирователи I и 2 импульсра, блок 3 выделения импульсов разностной частоты, формирователи 4 и 5 импульсов тока разностной частоты, длительность которых пропорциональна периоду большей частоты, преобразователь 6 разности фаз и скважность, блок 7 выбора большей частоты, преобразователь 8 длительности периода в напряжение, управляемый формировательограничитель 9 напряжения, разделительный конденсатор 10, фильтр 11 и измеритель тока 12, например, операционный усилитель со стрелочным прибором. Устройство работает следующим образом. Сформированные формирователями 1 и 2 последовательности импульсов входных частот поступают на входы блока 3 выделения импульсов разностНОЙ частоты, на входы преобразователя 6 разности фаз в скважность и на входы блока 7 выбора большей частоты. Преобразователь 8 длительности периода в напряжение формирует постоянное напряжение, пропорциональное длительности периода большей из двух частот. Это напряжение поступает на управляющий вход формирователяограничителя Э, на другой (рабочий) ся разностью фаз импульсов входных частот. На выходе формирователя-ограничителя 9 формируется также последовательность импульсов переменной скважности, но с амплитудой, пропорциональной (или равной) выходному напряжению преобразователя 8, Соответствующим выбором выходного напряжения преобразователя 8 длительности периода в напряжение, т.е. подбором масштаба обеспечивается почти полная компенсация гармонических составляющих разностной частоты. Импульсы разностной частоты, выделенные блоком 3 поступают на входы фо мирователей k и S импульсов тока ра .ностной частоты. Импульсы разностной частоты, сформированные формиро вателем (S}, поступая на вход филь ра Т1, создают в нем среднее значение тока, равное КТа , fa - fi - КЗ -tp о Тр - где - ток, задаваемый формирова.. телем тока t (5) ; | К - коэффициент пропорциональности, т.е. длительность импульса тока, выраженная количестве периодов больше частоты, например Тр - период разностной частоты (при ,) TF f:; г.-г. Кроме среднего значения тока, равного, как следует из выражения (1), относительной разности частот, в Фильтре протекают также гармонические составляющие разностной частоты, т.е. частоты uf, 2uf.. .n/af На вход фильтра через управляемый формирователь-ограничитель 9 и разделительный конденсатор 10 также поступает напряжение преобразователя 6 разности фаз в скважность.- . Амплитуда этого напряжения пропорцио нальна длительности периода большей частоты, т.е. обратно пропорциональна f (при f, f ). Этот сигнал из-за наличия разделительного конденсатора 10 не несет среднего значения тока, но его гармонические составляющие противофазны гармонически составляющим сигнала, несущего среднее значение тока в соответствии с выражением (1). Выходной сигнал фильтра 11 поступает на вход измерителя 12 тока, представленного на примере операцион 97 ным усилителем, соединенным с измерительным прибором и охваченным отрицательной обратной связью, выход которого является выходом устройства. Отличительной особенностью предлагаемого устройства от известных является то, что на входе фильтра 11 формируется только напряжение, пропорциональное разностной частоте (нет напряжений, пропорциональных входным частотам). Следовательно, токи утечки конденсаторов фильтра пропорциональны только разностной частоте и абсолютная ошибка измерения, вызванная токами утечки конденсаторов. уменьшается или при заданной точности измерения может быть расширен частотный диапазон в сторону низких частот за счет увеличения емкостей конденсаторов фильтра. Кроме того, отсутствие диодов в измерительной части схемы сущест- , венно повышает линейность устройства и, следовательно, точность компенсации гармонических составляющих разностной частоты во всем рабочем диапазоне частот, что такжеприводит к расширению диапазона измерения и к повышению точности устройства. Формула изобретения Устройство для измерения малой относительной разности частот, содержащее входные формирователи импульсов, блок выделения импульсов разностной частоты, выходы которого соединены с входами формирователей импульсов тока разностной частоты, разделительный конденсатор и фильтр, соединенный с измерителем тока, напри-, мер с операционным усилителем со стрелочным прибором, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оно дополнительно снабжено преобразователем разности фаз в скважность, блоком выбора большей частоты, преобразователем длительности периода в напряжение и управляемым формирователем-ограничителем напряжения, причем входы преобразователя разности фаз в скважность подключены соответственно к выходам двух входных форми-. рователей импульсов и к входам блока . выделения импульсов разностной частоты, а выход подключен к входу формирователя-ограничителя напряжения.

управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя длительности периода в напряжение, вход которого соединен с выходом блока выбора большей частоты, входы которого соединены с выходами входнь|х формирователей имИульсов, выход формирователяограничителя напряжения подключен к разделительному конденсатору, второй

вывод которого соединен с входом фильтра и с выходами формирова телей импульсов тока разностной частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 356580, кл.С 01 R 23/02, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 289365, кл. G 01 R 23/02, 1970.

а

nniLl

I I

Г

Фиг.г