Устройство для измерения отклонения частоты от заданного значения

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ОТ ЗАДАННОГО ЗНАЧЕНИЯ, содержащее последовательно соединенные формирователь импульсов и ждущий генератор импульсов эталонной длительности и амплитуды, а также последовательно соединенные интегратор и блок запоминания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измеряемых отклонений частоты, в него введены блок нелинейности и формирователь управляющих импульсов, причем выход ждущего генератора импульсов эталонной длительности и амплитуды соединен с первым входом интегратора, вход блока нелинейности подключен к выходу блока запоминания, а выход к второму входу интегратора, вход формирователя управляющих импульсов подключен к выходу формирователя импульсов, а выход - к второму входу блока запоминания, выход блока нели- § нейности является выходом устройсл ства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ м) (21 ) 3504990/18-21 (22) 26.10.82 (46) 30.03.84. Бюл. Р 12 (72) M.А.Булыгина и М.A.Эдлин (71) Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии пос тоянным током высокого напряжения (53) 621.317(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 522474, кл. G 01 R 23/06, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 549753, кл. G 01 R 23/00, 1969. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ОТКЛОНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ОТ ЗАДАННОГО

ЗНАЧЕНИЯ, содержащее последовательНо соединенные формирователь импульсов и ждущий генератор импульсов эталонной длительности и амплитуды, а также последовательно соединенные

„„SU„„1083123 А интегратор и бчок запоминания. о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыщения точности и расширения диапазона измеряемых отклонений частоты, в него введены блок нелинейности и формирователь управляющих импульсов, причем выход ждущего генератора импульсов эталонной длительности и амплитуды соединен с первым входом интегратора, вход блока нелинейности подключен к выходу блока запоминания, а выход— к второму входу интегратора, вход формирователя управляющих импульсов подключен к выходу формирователя импульсов, а выход — к второму входу блока запоминания, выход блока нели- Я нейности является выходом устройства.

1083123

Изобретение относится к измерительной технике и может. быть использовано как для целей регистрации, так и для целей регулирования частоты.

Известны устройства для измерения отклонения частоты, используемые в измерительной и импульсной технике.

К таким устройствам относится устройство для контроля частоты переменного .тока, содержащее формирователи. )0 интегратор. арифметический блок и измерительный блок С1 7.

Недостатком известных устройств является низкая точность измерения.

Наиболее близким по технической 15 сущности к предлагаемому является датчик частоты, содержащий последовательно соединенные формирователь импульсов и ждущий генератор импульсов эта-. лонной длительности, а также последовательно соединенные интегратор и блок запоминания и, кроме того, содержащий блок сравнения временных интервалов и усилитель мощности (27.

В .этом датчике на выходе блока сравнения формируется импульс, длительность которого пропорциональна приращению периода измеряемой частоты. Интегратор преобразует длительность этого импульса в сигнал постоянного тока. который запоминает-ЗО ся в блоке запоминания и далее выводится через усилитель мощности на выход датчика. Таким образом, выходной сигнал датчика пропорционален приращению периода измеряемой частоты.

Поскольку связь между приращением периода и приращением частоты нелинейна, то точность работы рассматриваемого устройства невелика. причем 40 она снижается с расширением диапазона измеряемых частот.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапазона измеряемых отклонений частоты. 45

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные формирователь импульсов и ждущий генератор импульсов эталонной длительности и 5п амплитуды. а также последовательно соединенные интегратор и блок запоминания. введены блок нелинейности и формирователь управляющих импульсов. причем выход ждущего генератора эталонной длительности и амплитуды соединен с первы л входом интегратора. вход блока нелинейности подключен к выходу блока запоминания, а выход - к второму входу интегратора, вход формирователя управляющих 6О импульсов подключен к выходу формирователя импульсов, а выход ; к второму входу блока запоминания. выход блока нелинейности является выходом устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2временные диаграммы работы устройства.

Устройство для измерения отклонения частоты от заданного значения содержит формирователь 1 импульсов, ждущий генератор 2 импульсов эталонной длительности и амплитуды, формирователь 3 управляющих импульсов. интегратор 4, блок 5 запоминания и блок б нелинейности.

Выход формирователя 1 импульсов соединен с входом ждущего генератора 2 и с входом формирователя 3 управляющих импульсов. Выход ждущего генератора 2 соединен с первым входом интегратора 4. Выход интегратора 4 соединен с первым входом блока 5 запоминания, второй вход которого соединен с выходом формирователя 3 управляющих импульсов. Выход блока 5 запоминания соединен с входом блока б нелинейности. Выход блока б нелинейности соединен с вторым входо л интегратора 4.

На временной диаграмме (фиг. 2) обозначены: сигнал на входе формирователя импульсов Ов, сигнал на выходе формирователя импульсов К,, сигнал на выходе генератора имйульсов эталонной длительности и амплитуды U>, сигнал на выходе формирователя управляющих иiлпульсов U3, сигнал на выходе интегратора сигнал на выходе блока запоминания

0, сигнал на выходе блока нелинейности.U, Устройство работает следующим образом.

Формирователь 1 импульсов преобразует входной сигнал (Uz> ) в последовательность прямоугольных импульсов (011, частота следования которых совпадает с частотой входного сигнала. Один раз в период фронтом этих импульсов запускается ждущий генератор 2 импульсов эталонной длительности и амплитуды, формирующий на своем выходе двухполярные прямоугольные импульсы (Uz) эталонной амплитуды (U и U 2 ), причем положительные имйульсы с амплитудой

Lt>< имеют эталонную длительность (Т ), не превышающую длительности периода наибольшей измеряемой частоты, а отрицательные импульсы с амплитудой Q>< имеют длительность (1-Т ), где Т вЂ” период измеряемой частоты.

Одновременно со ждущим генератором 2 выходными импульсами формирователя 1 импульсов запускается формирователь 3 управляющих. импульсов, длительность () выходных импульсов которого (0 ) на несколько порядков меньше длительности периода входного сигнала.

1083123 где Т вЂ” постоянная времени блока 4;

K5 — коэффициент передачи блока 5;

К вЂ” коэффициент передачи уст- . ройства, заданное значение частоты

0Ь вЂ” выходное напряжение блока б; З5

Выходное напряжение блока нелиней ности (иь) является выходным напряжением устройства (Овь „) . Это напряжение подается на второй вход интег.ратора 4. 40

В установившемся режиме работы устройства выходное напряжение ин= тегратора 4 изменяется периодически, т.е. приращение его выходного напря", жения за период Т равно нулю— 45

Т Т

0 И+ U dt=o

2, Ь

О О

50 где T - период измеряемой частоты.

Преобразуя это выражение и используя и используя диаграммы работы устройства (фиг. 2) получим

"вык = Ь = Х (о

К (О+ )Т

Таким образом. в данном устройст- 60 ве вычисляется точное значение отклонения частоты от заданного значения в

На первый и второй входы интегратора 4 подаются импульсы с. выхода ждущего генератора 2 и с выхода блока. б нелинейности соответственно. В интеграторе 4 эти сигналы суммируют ся, интегрируются и инвертируются.

Выходной сигнал интегратора 4(04) поступает на первый вход блока 5 за-.. поминания. Управляющие импульсы с выхода формирователя управляющих им» пульсов 3 поступают на второй вход 10 блока 5 запоминания. При наличии уй-. равляющих импульсов на втором входе блока 5 запоминания, в нем запоминается выходное напряжение интегратора 4. Это напряжение (и5) сохраняет-. 15 ся в блоке 5 запоминания в течение периода измеряемой частоты до поступления на второй вход блока 5 очеред-. ного управляющего импульса с форми- рователя управляющих импульсов 3.

Выходное напряжение блока 5 запоминания подается на.вход блока б нелинейности, который имеет следующую передаточную характеристику

Ти

4 5

06=„ffoТ и+к K

4 S 5

Для обеспечения измерения широкого диапазона отклонений частоты устройством при сохранении наибольшего быстродействия и устойчивости необходимо иметь следующее соотношение параметров его блоков

K5K6 fz

Т о — (3) где K и К вЂ” коэффициенты передачи

Ь

° блоков 5 и б

Т вЂ” постоянная BpeMeHH . блока 4.

Это условие обеспечивается тем,. " что введенный блок б нелинейности имеет передаточную характеристику (Ц которая может быть получена из соот-. ношения (3 l и выражения для коэффициента передачи блока нелинейности б "5

К =— аи (4) переходный процесс в устройстве будет апериодическим.

При нарушении соотношения (2) таким образом, что

К 2

5 Ф

> — < .Т4 Ео переходный, процесс будет колебательным, и если к,кь i2 Е.

Ф о то работа устройства станет неустойчивой.

Таким образом, в предлагаемом уст" ройствег благодаря линейной зависимости выходного напряжения от отклонения частоты удается более чем на порядок повысить точность и расширить диапазон измеренных отклонений частоты по сравнению с известными.

При практической реализации блока б нелинейности может быть использована кусочно-линейная аппроксимация характеристики (1 l. Например. он может быть выполнен на основе операционного усилителя, в цепи обратной связи которого включены нелинейные элементы (диоды ).

При нарушении соотношения (2) таким образом, что

К5K, Е (— т

1083123

Fg (Ььи)

Составитель A Êàìûøêîâ

Редактор О.Сопко Техред Л.Мартяшова Корректор Г. Решетняк

Заказ 1736/39 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4