Частотомер

 

ОП И<АНИЕ

ИЗОВРЕТЕ Н ИЯ

К . АВТОРСКОМУ: СВИДЕТЕЛЬСТВУ (! 3) l 004909

Сеез Советски к

Сещтапистмческик — Реб убййи (61) Дополнительное к авт. саид-ву ( (22)Заявлено 27.10.81 (21) 8351459/18-21 (51)N. Кл.

Гевуааустееай кввпат и аткрытий с присоединением заявки М

6 О1 и 23/00 (23)ПриорнтетОнубли ковано 1 5. 03. 83. Бюллетень М 1 0 (53) УДК 621.317..7(088.8) Дата опубликования описания 17.03.83 " » ав .

-.тю (72) Авторы изобретения

В.А. Медников: и А.Н. Порынов

Куйбышевский, ордена Трудового Красного Зн . институт им. акад. С.П. Королева

< а.виа ционйый (7 l ) Заявитель (54) ЧАСТОТОМЕР

Изобретение относится к измерительной технике, предназначенно для измерения частоты следования импульсов., и может быть использовано при исследовании деформации лопаток авиационных.двигателей в эксплуатацион-, 5 ных режимах, а также-для измерения частоты процессов малой скорости, в частностм в медицине, в кардиологической аппаратуре для контроля за. сердечной деятельностью человека.

Йзвестен измеритель частоты сле- дования электрических импульсов, содержащий преобразователь, реализующий обратную функцию и состоящий из времязвдающей цепи, разрядного ключа, РС"цепей с коммутирующими элементами, выполненными на диодах, устройство выборки и хранения, вы". полненное на дополнительном диоде, выполняющем роль ключа, запоминающем конденсаторе и формировате-. ле на полевом. транзисторе, преобра2 зователь напряжение-время и счетчик импульс,ов 1.1 1.

Однако известный измеритель сло- . жен при настройке, имеет низкую точность измерения из-за температурной нестабильности диодов, коммутируют . щих времязадающие Й1-цепи, кроме того, измеритель имеет также низкую надежность из-за наличия в нем блока выборки и хранения (дополнительного диода, запоминающего конденсатора и формирователя на полевом транзисторе ).

Наиболее. близким к предложенному частотомеру является частотный демодулятор-преобразователь частоты в напряжение постоянного тока, содержащий два одновибратора,элемент ИЛИ-НЕ, генератор импульсов, аппроксимирующих гиперболическую функцию, включающий электронный ключ разряда, времязадающие резисторы и.конденсатор, коммутирующий вентиль, выполненный на диоде, электронный ключ заряда, 1004909

3 устройство- выборки и хранения, состоящее из транзисторного повторителя напряжения, схемы фиксации и запоминающегб конденсатора, причем вход первого одновибратора соединен с входной шиной, а выход " с входом второго одновибратора, с управляющими входами генератора импульсов,устройства выборки и хранения.и с первым входом элемента ИЛИ-HE второй to вход которого подключен к выходу второго одновибратора, а выход элемента ИЛИ-НЕ подключен к входу генера" тора гиперболических функций, выход которого соединен с входом устрой- . |5 ства выборки и хранения, выход .которого соединен с выходом устройства Г2 (.

Недостатком известного устройства является низкая надежность, 26 обусловленная сложностью последне" го из-за наличия в нем устройства вы борки-хранения, транзисторного .по. вторителя напряжения, схемы фиксации и запоминающего конденсатора.

Устройство обладает сложностью. настройки при серийном производстве, вызванной необходимостью отбора элементов в генераторе импульсов, аппрок-.. симирующих гиперболическую функцию, . коммутирующего вентиля.1,диода ) из"за различия параметров вольт- амперных характеристик выпускаемых промышленностью экземпляров этого элемента.

Присутствие во времязадающей цепи генератора импульсов, аппроксимирующих гиперболическую функцию, .коммутирующего диода (элемента с нелинейной вольт-амперной характеристикой, зависящей от температуры) приводит к большой температурной нестабильности устройства, вследствие которого последнее облад:;ет значительной погреш-. ностью измерения частоты в диапазоне.рабочих температур, равной для : кремниевых диодов по предварительным подсчетам 4-53.

Если учесть, что прямое напряжение диода, например КД 512 А, изменяется в диапазоне рабочих температур f.60 С, о от 0,4 в до 1 B то погрешность, определяемая как Р "100Ф, где U прямое напряжение диода при минимальной температуре;

° 0, - прямое напряжение диода при максимальной температуре;.

U " зарядное .напряжение, 4 составляет у1 В-04 В

12 В

1003 =

5Ф

Германиевые диоды примененные в коммутирующих вентилях, имеют большие токи утечки при повышенной температуре. Таким образом, известное устройство обладает большой температурной нестабильностью.

Цель изобретения " повышение точности измерения частоты и повышение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в частотомере, содержащем два одновибратора, источник опорного напряжения, конденсатор, ключ разряда и ключ заряда, вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, управляющий вход ключа заряда соединен с выходом первого одновибратора, а выход ключа заряда подключен к первому выводу конденсатора и выходу ключа разряда, вход которого подключен к второму выводу конденсатора, введены два триггера, блок дифференцирования, дополнительный ключ разряда, дополнительнйй источник опорного напряжения, первый вход первого триггера подключен к шине запуска устройства, второй вход первого триггера соединен с входной шиной устройства и с первым входом второго триггера, выход первого триггера подключен к входу первого одновибратора и к первому входу второго одновибратора, выход первого одновибратора соединен с входом блока дифференцирования, выход которого подключен к второму входу второго триггера, выход которого соединен с управляющим входом ключа разряда и с вторым входом второго од-, новибратора,выход которого подключен к управляющему входу дополнительного ключа разряда, вход которого соединен с- выходом дополнительного ис-. точника опорного напряжения и с вхо.дом ключа разряда, а выход дополнительного ключа разряда подключен к выходу ключа разряда и к выходной шине -устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема частотомера; на фиг. 2 — временные диаграммы работы частотомера.

Частотомер содержит первый источник 1 и дополнительный источник 2 опорного напряжения, формирователь 3 импульсов, аппроксимирующих гиперболическую функцию, с входящим в него ключом 4 заряда и экспоненциальным

5 1004909 преобразователем 5, состоящим из кон- формирователь 3 импульсов, аппроксиденсатора 6 ключа 7 разряда и до- мирующих гиперболическую Функцию, раполнительного ключа 8 разряда, пер- бота которого реализуется следующим вый .и второй триггеры 9 и 10, первый образом. и второи одновибраторы 11 и 12, 5 На время действия на управляющем блок 13 дифференцирования, входную входе ключа 4 импульса нулевого урови выходную шины 14 и 15, шину 16 за- ня напряжения, ключ 4 замыкается с момента времени 42 до момента 4, Частотомер работает следующим об- в результате 6 разом. l6 е чего конденсатор экспоненциального преобразователя 5 заВ исходном состоянии на выходах ряжается до напряжения (фиг. 2 з) первого и второго триггеров 9 и 10

t 0 = 00п1-ЦОЛ21 () а также на выходе первого одновибра- где „„- величина опорного напряжеО тора 11 присутствуют высокие уровни ния источника l; напряжения (соответствующие уровню )5 0 логической "1" а оп - величина опорного напряжелогической ), а на выходе второ- ния источника 2. го одновиб ато а 12р р низкий уро- Положительный импульс с выхода вень напряжения (соответствующий блока 13 со соответствующий положительуровню логического "0"). Импульсы, ному перепаду напряжения импульса частота следования которых подлежит 2о первого одновибратора 11 íà ее вхоизмерению, поступают на .входную ши- де (Фиг. 2,е ), поступает в момент .ну (Фиг. 1 и 2 g ), времени 1З на второй вход второго

Запуск частотомера в работу про- триггера 10 и взводит его. На выхоизводится сигналом "Пуск" (фиг.2 6 ) де второго триггера 10 с момента поступающим с шины 16 запуска íà zs образуется напряжение высокого уровпервый вход первого триггера 9 в ня (Фиг. 2, ж), которое, поступая на момент времени „. При этом первый управляющий вход ключа 7, замыкает триггер 9 изменяет напряжение на сво- последний. При этом конденсатор 6 в ем выходе с высокого уровня на низ- момент времени 1з.отсоединяется клюкии (логический "0" ). С приходЬм íà 3О чом 4 от источников опорного напрявторой вход первого триггера 9 и на жения и разряжается с момента времепервый вход второго триггера 10 в мо- ни + до момента вре

3 ремени 4 через ремент времени 12 с входной шины 14 пер- зисторы, входящие в состав ключа 7 вого импульса импульсной последова- разряда и дополнительного ключа 8 тельности, первыи триггер 9 взводит- разряда, с напряжения 0 по экспоненл ие на его выходе высоко- циальному закону, аппроксимирующему

3S

ro уровня напряжения (фиг. 2, в), а,гиперболический закон изменения навторой триггер 10 - сбрасывается, отчего высокии уровень напряжения на пряжения Ч =К в э е... 1

его выходе сменяется на низкйй

1 (фиг. 2 ж) . Положительный перепад на" 40 где К коэффициейт пропорциональноспряжения, поступая с выхода первого ти, в первом временном интертриггера 9 в момент времени на

2 вале 04:1=, -<з, входы первого и второго одновибрато- ч 0 -о ), ров 11 и 12, запускает последние, в С ОП1 ОП2/ результате чего на выходе первого о -45 д новибратора 11 формируется импульс низкого уровня, напряжения (уровня лоЖХ гического "0" ) с момента времени 1 до момента времени 4 (Фиг. 2,г), а на выходе второго одновибратора 12

Формируется импульс высокого уровня. напряженИя (уровня логической "1") с момента времени 42 до момента К (Фиг. 2,д ).

С выхода первого одновибратора. ll. импульс низкого уровня напряжения поступает на вход блока 13 и на управляющий вход ключа 4, запуская

50 а выходное напряжвние всего устройства (на выходной шине 15 )

01- чс+ 000 2 (3) где С6 — величина емкости конденсатора 6;

5S

R H Rg величины сопрот ив пений резисторов соответ -. пенно клю( ча 7 и дополнительного ключа 8;

7 100490 .Т с - интервал времени задержки начала формирования напряжения 0-1 формируемый первым одновибратором 11 с целью расширения диапазона аппрок- 5 симации (временного интервала 1; ьТ Т „-Т;„, (4) в котором осуществляется наилучшее приближение экспоненциальной функции 10 к гиперболе (т.е. приближение с наименьшей погрешностью аппроксимации ); где Т; - период минимальной частоты, подлежащей измерению;

Т - период максимальной частоты 15

max 1 подлежащей измерению.

Величину интервала ь целесообразно выбирать иэ соотйошения

1 (s)

26

Зс * +" 4паХ

По окончании действия импульса на управляющем входе дополнительного ключа 8 с момента времени 1, последний размыкается, отключая резистор дополнительного ключа 8 от время

2S задающей цепи (от разряжающегося конденсатора 6 ), вследствие чего с момента t конденсатор 6 разряжается по экспоненциальному закону, аппроксимирующему гиперболический во в ором впеменном интервале hid-4g-+g

9 8 размыкает его. Тот же низкий уровень напряжения, поступая с выхода второго триггера 10, на второй вход (вход сброса) второго одновибратора 12, прерывает генерацию. импульса с его выхода (т.е. принудительно устанавливает низкий уровень напряжения на его выходе независимо от стадии формирования выходного напряжения этого одновибратора). Дополнительный ключ 8 размыкается в момент времени срыва генерации второго одновибратора 12 под действием низкого уровня напряжения (уровня логического "0"), поступившего на его управляющий вход с выхода второго одновибратора 12. При этом цепи разряда конденсатора 6 с момента прихода очередного импульса являются разорванными (отключенными от потенциального вывода последнего).

Напряжение на конденсаторе 6, а также напряжение 0 на выходной шине 15

ВЫ устройства остается неизменным (rioстоянным) с момента tg и в течение всего последующего времени до нового цикла измерений (Фи г. 2, з, UBb lx ).

Таким образом, с момента времени

t< поступления на входную шину 14 устройства второго импульса импульсной последовательности, на выходной шине 15 устройства устанавливается напряжение 0 „,пропорциональное час-. рфоп1 оп2) Ф; *- -1-СЙ, „2 (Ь) 3S

Номинальные величины емкости кон- в денсатора 6, первого и второго ре зисторов ключа 7 и дополнительного ключа 8, величи ",1 опорных напряжений

M

Предлагаемый частотомер отличается от известного большей надежностью, .так как в нем отсутствует устройство выборки и хранения, В предлагаемом устройстве эту функцию выполняет конденсатор экспоненциального преобразователя, входящего в формирователь импульсов, аппроксимирующих гиперболическую функцию.

Устройство характеризуется простотой настройки, так как не имеет ad времяэадающих цепях экспоненциального преобразователя диода, Предлагаемое устройство обладает высокой. точностью измерения, эа счет отсутствия в его.времязадающих цепях диода .1;элемента, вольт-амперная характеристика которого зависит от температуры), присутствие которого в прототипе приводит к температурной нестабильности последнего,,а спедоваИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

l Авторское свидетельство СССР

И 532823, кл. G 01 R 23/00, 1975

2. Авторское свидетельство CCCP

N . 764122, кл. H 03 К 13/02, 1980 (прототип) ° формула изобретения

Частотомер, содержащий два одновибратора, источник опорного напряжения, конденсатор, ключ разряда и ключ за45

9 . I 004909 10 тельно, и к погрешности измерения, ряда, вход которого подключен к выхосоставляющей в прототипе только от ду источника опорного напряжения, упвлияния диода у < 54. равляющий вход ключа заряда соединен

В отличие от прототипа, изготовле- с выходом первого одновибратора, а вы". ние которого невозможно в интеграль- ход ключа заряда. подключен к первому ном исполнении из-за наличия в соста- выводу конденсатора и к выходу ключа ве времязадающей цепи его формирова- разряда, .вход которого подключен к теля импульсов, аппроксимирующих ги- второму выводу конденсатора, о тперболическую функцию, коммутирую- л и ч а ю шийся тем, что, с це" щего диода, требующего отбора при се-lo лью повышения точности и повышения рийном производстве, в силу неодно" надежности, в него введены два тригзначности вольт-амперной характерис- гера, блок дифференцирования, допол-, тики каждого изготовляемого промыш- нительный ключ разряда, дополнитель. ленностью образца этого элемента, ный источник опорного напряжения., перпредлагаемое устройство позволяет ре- g вый вход первого триггера подключен ализацию в интегральном исполнении, к шине запуска устройства, второй так как в составе его времязадающей . sxop первого триггера соединен с цепи НеТ элементов имеющих после входной шиной Ус ройства и с первым технологического процесса неоднознач- входом втоРого триггера, выход перные характеристики. вого триггера подключен к входу перВысокая точность измерения частоты Boro одновибратора и .к первому вхопредлагаемым устройством обеспечива" ду второго одновибратора, выход перется тем, что предлагаемое устройство вого одновибратора соединен с входом реализует в последнем (во втором) ап- блока дифференцирования, выход котопроксимирующем временном интервале у Рого подключен к второму входу вто(gt = t - t ) аппроксимацию гипер- Рого триггера, выход Которого соеди2 болическо зависимости экспоненциаль- "ен с управляющим входом ключа разной зависимостью с постоянным слагае- Ряда и с вторым входом второго одномым аппроксимирующей экспоненты, бла- вибратора выход: которого подключен годаря введению в предлагаемое уст- K Управляющему входу дополнительно.Роиство второго источйика опорного "о ключа разряда, вход. которого соЗФ напряжения. Кроме того, приближение к e4 «« < выходом дополнительного исгиперболической функции экспоненци- точника опорного напряжения и с вхоальной функции достигается лучшее дом ключа разряда, а выход дополни.(более точное, с меньшей погрешнос- тельно"î ключа разряда подключен к тью аппрокс мации), если приближаемая35 выходу ключа Разряда и к выходной экспоненциальная функция имеет посто- шине устройства. янное слагаемое.

1004909

1004909

ff бг

/17

ЬФ

Ю

У (Ю

Ьи Ю

Составитель Н. Каплин

Редактор Н. Воловик Техреду:Ж. Кастелевич Корректор.И, Ш лла

Заказ 1875/57 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делан изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Рачшская наб» 8. 4/

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4