Цифровой измеритель динамических температурно-частотных характеристик кварцевых резонаторов Советский патент 1982 года по МПК G01R29/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в разработках цифровых измерительных комплексов, предназначенных для измерения статических и динамических параметров кварцевых резонаторов .

Известно устройство автоматической регистрации температурно-частотных характеристик кварцевых резонаторов, содержащее задатчик температуры, канал стабилизации температуры кварцевый автогенератор, два смесителя, два генератора опорной частоты, фильтр, умножитель частоты, линейный преобразователь частоты, регистратор 1.

Известное устройство обладает-недостаточной точностью.

Наиболее близким по своей технической сущности к изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные формирователь импульсов, блок управления, преобразователь период-код, первый блок оперативной памяти и регистратор, последовательно соединенные блок опроса и второй блок оперативной памяти, а также счетчик импульсов, делитель , частоты, элемент И, триггер и дополнительный преобразователь периодкод, первый вход усилителя частоты подключен к первому выходу блока управления, первый вход счетчика им пульсов подключен к первому входу преобразователя период -код и второму входу первого блок.а оперативной па:мяти, третий вход которого подключен к второму выходу блока опроса, тре10тий выход последнего соединен с вторым входом регистратора, третий вход последнего подключен к первому выходу второго блока оперативной памяти второй выход блока управления соедиt5нен с вторым входом второго блока оперативной памяти, а выход формирователя импульсов соединен с вторым входом делителя частоты, ВЕССОД счетчика импульсов -подключен к первому

20 входу элемента И и к второму входу блока управления, орой -вход эле-.. мента И соединен.с первым вьаходом блока управления, выход элемента И соединен с входом триггера, выход кото25рого подключен к входу дополнитель,ного преобразователя период-код, выход последнего соединен с вторым входом блока оперативной памяти Г 2. Однако известное устройство обла30дает низкой точностью при восстаио1злении динамических том11с;рлтурчочпстотных характеристик ( ДГЧХ ), так как точки измерения по оси лремсни располагаются равномерно.

Целью изобретения является noHbiujeние точности измерения

Эта цель достигается тем, что в цифровой измеритель динамических температурно-частотных характеристик кварцевых резонаторов, содержащий п.оследовательр{о соединенные формирователь импульсов, блок управления преобразователь период-код, первый блок оперативной памяти и регистратор, последовательно соединенные блок опроса и второй блок оперативной памяти, а также счетчик, импульсов и делитель частоты, первый вход которого подключен к первому выходу блока управления, первый вход счетчика импульсов подключен к первому входу преобразователя период-код и второму входу первого блока оперативной памяти,третий вход которого подключен к второму выходу блока опроса, третий выход последнего соединен с вторым входом регистратора, третий вход которого подключен к первому выходу второго блока оперативной памяти, второй выход блока управления соединен с вторым входом второго блока оперативной памяти, а рыход формирователя импульсов соединен с вторым входом делителя частоты введены последовательно соединенные преобразовательный блок, задатчик температуры и автогенератор, последовательно соединенные дешифратор, кo 1 IУтaтop, селектор импульсов и счетчик текущего времени, первый выход которого подключен к первому входу формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом автогенератора, при этом второй вход счетчика текущего времени подключен к второму выходу блока управления, второй выход счетчика, текущего времени соединен с третьим входом второго блока оперативной памяти, третий выход блока управления подключен к входу преобразовательного блока, выход делителя частоты соединен с вторым входом коммутатора, выход которого подключен к второму входу счетчика импульсов, выход последнего соединен с входом дешифратора, второ вход селектора импульсов соединен с выходом формирователя импульсов, а выход селектора импульсов подключе к второму входу преобразователя период-код и к четвертому входу второго блока оперативной памяти.

На фиг. 1 показана функциональная схема измерителя; на фиг. 2 - временные диаграммы функции изменения температуры и динамических температурне-частотных характеристик (ДТЧХ

Цифровой изморитол, ДТЧХ содержит задат.нки . температуры, аитогенератор 2, гф€ образовптел нып блок 3, предназначен1и,1Г для управления температурой по оирсделоиному : акону

С термокамера с температурой, регулируемой напряжением), GJJOK 4 управления, формирователь 5 импульсов, делитель б частоты, коммутатор 7 счетчик 8 текущего времени, блок 9

оперативной памяти, селектор 10, преобразователь 1.1 период-код, счетчик 12 импульсов, дешифратор 13, блок 14 опроса, блок 15 оперативной памяти, регистратор 16.

е Работа цифрового измерителя в режиме измерения заключается в следующем.

В исходном состоянии делитель 6, счетчик 8, блок 9, преобразователь 11, счетчик 12 и блок 15 обнулены и закрыты для информационных, сигналов по входам, связанным с выходами блока 4 управления. На выходе блока 3 имеется начальное напряжение Е , которому соответствует начальная тем- пература в задатчике lt°. Импульсы исследуемой частоты с выхода формирователя 5 поступают непрерывно на вход блок.а 4 управления и на закрытые входы делителя 6 и селектора 10.

0 в определенный момент времени, с

привязкой к фронту информационного . импульса, блок 4 управления открывает делитель 6, счетчик 8, блок 9, преобразователь 11 период-код, счет5о чик 12 и запускает блок 3, на выходе которого начинает изменяться напряжение по предварительно установленному закону. Изменение напряжения вызывает изменение температуры (фиг.2)

0 в результате чего изменяется частота кварцевого резонатора (фиг. 2),

Делитель 6 частоты непрерывно делит частоту f , причем выходы, соответствующие различным коэффициентам

5 деления, подключены к второму входу коммутатора 7.

Функция изменения частоты кварцевого резонатора какв статическом, так и в динамическом режимах обычно имеет сложный характер ( особенно в динамике)(фиг. 2), причем с высокой точностью необходимо контролировать характерные экстремальные точки ( на фиг. 2 точки 17 и 18) , а также некоторые особые точки ( на фиг. 2

5 точка 19). Остальные участки восстанавливаются достаточно точно при большой дискретности точек измерения. Очевидно, что для высокоточного восстановления всей функции ДТЧХ

0 можно контролировать частоту колебаний с постоянным шагом измерения, обеспечивающим требуемую точность на наиболее важных участках. Однако .при этом необходимо использовать мно5 гоячеечные блоки памяти, что не является обоснованным и требует повьпиенных аппаратурных затрат.

Для уменьшения числа ячеек памяти при сохранении точности функция установления частоты, характер которой обычно известен и необходимо лишь с рысо.кой точностью восстанавливать ее, разбивается на участки с различными коэффициентами дискретизации (на фиг. 2 участки I , II, III, W,V, VI ), Выбираются коэффициенты деления делителя 6 (на фиг. 2 коэффициенты п 2., п ,),

В начале измерительного цикла коммутатор 7 подключает к входам счетчиf a. 12 и селектора 10 выход делителя с коэффициентом м . Положительным импульсом частоты IF/n открывается селектор 10, при этом на его выходе появляется ближайший после открытия импульс длительностью, равной периоду исследуемой частоты, который преобразуется в код преобразователем 11. Код импульса с выхода преобразователя 11 переписывается в блок 15.По окончании импульса частоты f/n, селектор 10 закрывается. С появлением следующего положительного импульса частоты f/n, селектор 10 открывается и процесс преобразования - записи ближайшего после момента открытия селектора 10 импульса повторится.

Импульсы частоты f/n считаются счетчиком 12. Дешифратор 13 выдает импульс переключения коммутатора в случае появления на выходах счетчика 12 кодов определенных чисел, равных числам точек измерений на информационных участках. Например, на участке 1 измерения (фиг. 2) число информационных точек равно четырем. С появлением на выходе счетчика 12 кода числа четыре дешифратор срабатывает и переключает коммутатор 7, который в свою очередь подключает к первому входу счетчика 12 выход делителя, соответствующий коэффициенту И После этого процесс преобразования записи периодов исследуемой частоты повторяется до переключения коммутатора 7 и т.д.

В начальный момент измерений запускается счетчик 8 текущего времени, функция которого заключается в формировании шкалы времени. На выходе счетчика 8 всегда имеется код текущего времени, который фиксируется следующим образом. После открытия селектора 10 передним фронтом импульса, поступающего на преобразователь 11 период-код, код текущего времени переписывается в блок 9 оперативной памяти. Процесс записи кодов текущего времени продолжается до определенного момента времени, установленного предварительно, по истече- НИИ которого формирователь 5 закрывается по первому входу сигналом с выхода счетчика 8 текущего времени. Процесс измерения закончен.

Таким образом, в результате измерения в блоках 9 и 15 оперативной памяти оказались записанными коды текущего времени и соответствующие им коды информационных периодов на всем участке функции изменения частоты.

В режиме считывания блок 14 опроса опрашивает с определенной цикличностью блоки 9 и 15, информация с выходов которых фиксируется регистратором 16. Формируется игкала текущего времени и соответствующая функция изменения частоты - динамическая температурно-частотная характеристика кварцевого резонатора ( фиг. 2).

Предлагаемый цифровой измеритель может найти применение на предприятиях-изготовителях кварцевых резонаторов, а также на входном контроле предприятий-потребителей, поскольку статические и динамические тёмпературно-частотные характеристики резонаторов являются важными метрологическими показателями.

Существенное повышение точности измерения ДТЧХ при заданных аппаратурных затратах ( или уменьшение ап паратурных затрат при заданной точностиу на наиболее важных участках, достигнутое в результате неравномерного распределения информационных точек, выгодно отличает предлагаемый измеритель от известных.

Формула изобретения

Цифровой измеритель динамических 0 температурно-частотных характеристик кварцевых резонаторов, содержащий последовательно соединенные формирователь импульсов, блок управления, преобразователь период-код, первый 5 блок оперативной памяти и регистратор, последовательно соединенные блок опроса и второй блок оперативной памяти, а также счетчик импульсов и делитель частоты, первый вход которого подключен к первому выходу блока управления, первый вход счетчика импульсов подключен к первому входу преобразователя период-код и второму входу первого блока оперативной памяти, третий вход которого подключен к второму выходу блока оп. роса, третий выход последнего соединен с вторым входом регистратора, третий вход которого подключен к первому выходу второго блока оперативной памяти, второй выход блока управления соединен с вторым входом второго блока оперативной памяти, а выход формирователя импульсов соединен с вторым входом делителя частоты, отличающийся тем,