Устройство для измерения разности частот

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ по авт.св. 974290, о т л и ч a ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены двуполярный управляеьый формирователь-ограничитель и суммирующий усилитель, включенный между выходом управляемого формирователя-ограничителя напряжения и первым выводом разделительного конденсатора , ко второму входу суммирующего усилителя подключен выход двуполярного управляемого формирователя-ограничителя , первый и второй входа которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выделения импульсов разностной частоты, a управляющий вход - с выходом преобразователя длительности . периода в напряжение. (Л cz

СОЮЗ СОВЕТСНИХ И Л

РЕСПУЬЛИН

ОВ 61) SU

3 ) С 01 К 23/00

ГОСУДАРСТЭЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЬГПФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОБУСНОМУ СВИДЕТИПЬСТВМ (61) 974290 (21) 3588973/24=21 (22) 06.05.83 (46) 30.12.84.Бюл. М 48 (72) О.Н.Мельников, А.А.Бедерсон и И.А.Калганова (71) Опытное производственно-техническое предприятие "Уралчерметавтоматика11. (53) 621.317.7 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

В 974290, кл. G Ol R 23/00, 02.03.79. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ..ИЗЖРЕНИЯ

РАЗНОСТИ ЧАСТОТ по авт.св..Ф 974290, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены двуполярный управляемый формирователь-ограничитель и суммирующий усилитель, включенный между выходом. управляемого формирователя-ограничителя напряжения и пер. вым выводом разделительного конденсатора, ко второму входу суммирующего усилителя подключен выход двуполярного управляемого формирователя-ограничителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выделения импульсов разностной частоты, а управляющий вход — с выходом преобразователя длительности . периода в напряжение.

1132249

Изобретение относится к электро- . измерительной технике и может быть использовано в качестве измерителя относительной разности частот или измерителя относительной разности скоростей, например, вращения различных механизмов, снабженных частотными датчиками; преобразующими скорость в пропорциональную частоту следования импульсов. 10

По основному авт. св. У 974290 известно устройство для измерения разности частот, содержащее входные формирователи импульсов, блок выделения импульсов разностной частоты, 15 выходы которого соединены с входами формирователей импульсов тока разностной частоты, разделительный конденсатор, фильтр, соединенный с измерителем тока, например с опера- 20 ционным усилителем со стрелочным прибором,.преобразователь разности фаз в скважность, блок выбора большей частоты, преобразователь длительности периода в напряжение, уп- 25 равляемый формирователь-ограничитель напряжения, причем входы преобразо— вателя разности фаз в скважность подключены соответственно к выходам двух входныХ формирователей импуль- З0 сов и к входам блока выделения имI пульсов р аз нос тной час то ты, а выход подключен к входу управляемого 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 формиро- 40 вателей импульсов, второй выход раз— делительного конденсатора соединен с входом фильтра и с выходами формирователей импульсов тока разностной частоты fl). Недостатком известного устройства является низкое быстродействие из- за недостаточной компенсации пульсаций разностной частоты в выходном сигнале. Пульсации разностной частоты приводят к появлению динамической ошибки, для уменьшения которой требуется увеличить постоянную времени фильтра, что снижает быстродействие устройства.

Целью изобретения является повышение . быстродействия устройства за счет компенсации пульсаций разностной частоты в выходном сигнале.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены двуполярный управляемый формировательограничитель и суммирующий усилитель, включенный между выходом управляемого формирователя-ограничителя напряжения и первым выводом разделительного конденсата.ра, ко второму входу суммирующего усилителя подключен выход двуполярного управляемого формирователя-ограничителя, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока выделения импульсов разностной частоты, а управляющий вход — с выходом преобразователя длительности периода в напряжение, На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения разности частот; на фиг. 2 — один из примеров конкретной Реализации двуполярного управляемого формирователя-ограничителя; на фиг.3 — графики напряжений, поясняющие работу уст— ройства.

I устроиство содержит входные ф р рователи 1 и 2 импульсов, блок 3 выделения импульсов разностной частоты,формирователи 4 и 5 импульсов разностной частоты, преобразователь 6 разности фаз в скважность, блок 7 выбора большей частоты, преобразователь 8 длительности периода в напряжение, управляемый формирователь-ог раничитель 9 напряжения, разделительный конденсатор 10, фильтр 11., изме,ритель тока 12,. например операционный усилитель со стрелочным прибором, двуполярный управляемый формирователь-ограничитель 13 и суммирующий усилитель 14.

Выходы входных формирователей

1 и 2 импульсов подключены к соответствующим входам блока 3 выделения импульсов разностной частоты, преобразователя 6 разности фаз в скважность и блока 7 выбора большей частоты, выходы блока 3 выделения импульсов разностной частоты соединены с соответствующими входами формирователей 4 и 5 импульсов разностной частоты и с первым и вторым

-входами двуполярного управляемого формирователя-ограничителя 13, уп3 11322 равляющий вход которого подключен к выходу преобразователя 8 длительности периода в напряжение, а выход — к второму входу суммирующего усилителя 14, первый вход последнего соединен с выходом управляемого формирователя-ограничителя 9 напряжения, первый вход которого подключен к выходу преобразователя 6 разности фаз в скважность, а второй 10 управляющий) вход — к выходу преобразователя 8 длительности периода в напряжение, вход последнего соединен с выходом блока 7 выбора большей частоты, выходы формировате- 1 лей 4 и 5 импульсов разностной частоты подключены через фильтр 11 к входу измерителя тока 12, а также через разделительный конденсатор 10к выходу суммирующего усилителя 14, ZO выход измерителя тока 12 является .. выходом устройства. Измеритель тока 12 представляет собой операционный усилитель 15, охваченный отрицательной обратной связью (резис- 25 тор 16), выход операционного усилителя 15 является выходом измерителя тока 12 и соединен со стрелочным прибором 17.

Двуполярный формирователь-ограничитель 13 (фиг.2) может быть построен на ключах 18 и 19; усилителе 20, инверторе 21, резисторах 22-26.

Преобразователь 6 разности фаз в скважность может быть выполнен в виде RS-триггера, запускаемого по входам импульсами с входных формирователей.

Блок 3 выделения импульсов разностной частоты может быть выпол- 4О нен по известным схемам, выделяющим импульс большей частоты, пришедший повторно в периоде меньшей частоты.

Формирователи 4 и 5 ймпульсов 4> разностной частоты могут быть выполнены в виде генераторов стабильного

1 тока на операционных усилителях.

Преобразователь длительности пе риода в напряжение может быть выпол- gp нен по любой известной схеме интегрозапоминающего устройства, где входной ток задается постоянным, а время . интегрирования задается равным или пропорциональным длительности перио- у да большей частоты.

Блок 7 выбора большей частоты может быть выполнен например, в ви49 4 де RS-триггера, на входы которого подаются импульсы разностной часто" ты, и выходы управляют ключами, на информационные входы которых поданы входные частоты f< и Е соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Образованные формирователями

1 и 2 последовательности импульсов входных частот (фиг 3 ) 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. Импульсы разностной частоты с выхода блока 3 поступают на входы формирователей 4 или 5 импульсов тока разностной частоты и на

5 входыдвуполярного формирователя-огра- фичителя 13. На выходе формирователей 4 или 5 формируются импульсы тока. ." разностной частоты (фиг.ЗБ и поступают через фильтр 11 на вход измерителя тока 12, создавая в нем среднее значение тока, пропорционально относительной разности частот

Tz г т

Р 2 где Т вЂ” период разностной часто0 ты;

Т вЂ” длительность периода пре2 образования.

Последовательность импульсов с выхода блока 7 выбора большей частоты поступает на вход преобразователя 8 длительности периода в напря.— жение, формирующего постоянное напряжение, пропорциональное длительности периода большей из двух частот. Это напряжение поступает на управляющие входы управляемого формирователяд ограничителя 9 и двуполярного формирователя-ограничителя 13. На другой вход управляемого формирователя-ограничителя 9 поступает с преобразователя 6 импульсная последовательность, скважность которой определяется разностью фаз импульсов входных частот. На выходе управляемого формирователя-ограничителя 9 формируется последовательность импульсов переменной скважности с амплитудой (перепадоя), равной удвоенному выходному напряжению преобразователя 8. На выходе управляемого двуполярного формирователя-ограничителя 13 формируют1132249 с амплитудой U (фнг.39) несущие заряд + — — на переднем фр он т е им2 пульса и — — — :на заднем фронте

2 импульса.

При этом эти заряды сдвинуты на

Т2 !1Т2 угол (Р = + jJ . 4- Относи2

10 1 тельно импульса q который, в свою очередь, сдвинут йа угол 1 2 относительно заряда q, причем

Э

Iq,I -!ЯЛ - q

Суммарная относительная пульсация раэностной частоты определяется геометрической суммой векторов

° «у ф Э

Ч 12 + Я Я

20 . 2 2 и равна получаем

35

Пульсации разностной частоты в выходном сигнале определяются неидентичностью формы импульсов, подаваемых через разделительный (дозирующий} конденсатор и с формирователя импульсов тока раэностной частоты. Причем для малой разности частот (Т2 (Т 1 амплитуда пульсации первои гармоники разностной частоты

45 определяется в основном сдвигом

Il центров тяжести . этих импульсов.

ll

Напряжение на входе фильтра 11 (фиг. 3)) образуется импульсами тока разностной частоты Тд (фиг.36), несущими заряд q и импульсами

g 1 напряжения, подаваемого через разделительный конденсатор с выхода суммирующего усилителя 14 (фиг.З ).

На входах усилителя суммируются импульсы переменной скважности амплитуды 2U, несущие на.каждом фронте заряд q и импульсами напряжения, ся импульсы напряжения разностной частоты с амплитудой, равной выходному напряжению преобразователя 8, т.е. равной половине амплитуды импульсов переменной скважности формирователяограничителя 9. Импульсы с выходов формирователя-ограничителя 9 и двуполярного формирователя-ограничителя 13 поступают на входы суммирующего усилителя 14, на выходе которо- го формируется суммарное напряжение (фиг.З . Этот сигнал, поступающий через разделительный:конденсатор 10. на вход.Фильтра. 11, не несет среднего значения тока из-за наличия разделительного конденсатора, но его гармонические составляющие противофазны гармоническим составляющим сигнала формирователя 5, несущего среднее значение тока {фиг.38).

Соответствующим выбором выходного напряжения преобразователя 8 длительности периода в напряжение, т.е,. подбором масштаба в соответствии с выражением

q =. 211С = т,т2, обеспечивается равенство зарядов, передаваемых через разделительный конденсатор 10 импульсами с выхода суммирующего усилнтеля 14, и импульсов тока раэностной частоты с формирователями 5, т.е. обеспечи-вается почти полная компенсация пульг саций разностной частоты в выходном сигнале. 1

Ч,610 фг &в c(p2 с г

Учитывая, что 0< «1, и разлагая

91А ЧФ q+=

Ч

Q Р ч ч, р т, на фиг.За йоказана форма сигнала на входе измерителя тока.

Таким образом, пульсации,разностной частоты в предлагаемом устройст. т„ ве в — =. раэ меньше, чем в

2 прототипе. а1 Tp

Например, при = 0,01 1 100 Т, пульсации разностной частоты в 60 раз меньше, чем в прототипе.

Существенное уменьшение пульсаций позволяет уменьшить постоянные времени звеньев фильтра, что непосредственно приводит к уменьшению запаздывания в канале измерения разностной частоты, т.е. к увеличению быстродействия устройства.

Двуполярный формирователь-ограничитель 13 (фиг.2) работает следующим образом,, При отсутствии импульаов разностной частоты {fр Ер = "лог 0",.) кюпоч 18 разомкнут, ключ 19 замкнут.

Напряжение в точке А и на инвертируюб

7 !132249 8 щем и неинвертирующем входах ключ 18 замыкается и напряжение на усилителя 20 равно 0 sx j2, . выходе усилителя 20 становится равпри этом напряжение. на выходе U»,„=0. ным Цв,„= Пв„°

При появлении импульса разностной Таккм образом, предложенное устчастоты f» ключ 19 размыкается, и 5 ройство обладает большим быстродейстнапряжение на выходе усилителя вием за счет уменьшения пульсаций

20 U <»„ = U<> . При появлении им- ; разностной частоты в вйходном сигпульса разностной частоты f ., нале.

Рй!

132249

1 I 32249 ,а

ВНИИПИ Заказ 9787/39 . Тираж 710 - Подписное

Филиал ШШ "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4