Измерительный преобразователь малых девиаций частоты в аналоговый сигнал

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУВЛИН

4(51) G 01 R 23/06

ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3557196/24;21 (22) 25.02.83 (46) 07.02.85. Бюл. ¹ 5 (72) М.Б.Лейтман, P.È.Àãðåñò, А.И.Дибер, К.А.Миндлина и H.È.Òâåðèòèí (71) Витебский завод электроизмерит тельных приборов им. 60-летия Великого Октября (53) 621.317(1188.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

- 412553, кл.G 01 R 23/06, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 834565, кл.G О1 R 23/06, 1979. (54)157) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАЛЫХ ДЕВИАЦИЙ ЧАСТОТЫ В АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ, .содержащий усилительограничитель входного напряжения, подключенный к его выходу управляющий триггер, измерительный триггер, кварцевый генератор, делитель частоты, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены соответственно с единичными Выходами изме рительного и управляющего триггеров, а вторые входы — с выходом кварцевого генератора, выход первого элемен-, та И подключен к входу делителя частоты, а выход второго элемента И— к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, нормирующее устройство, управляющий вход которого соединен с единичным. выходом измерительного триггера, а питающий — с выходом источника опорного напряжения, второй выход которого, а также выход нормирующего устройства подключены к двум входам вычитающего

„„SU„„1138755 А устройства, выход последнего соединен с входом фильтра постоянной составляющей, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в него введены второй счетчик, третий, четвертый, пятый. шестой и,седьмой элементы И, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, первая и вторая дифференцирующие цепи, выходы которых через второй элемент ИЛИ подключены к единичному установочному входу измерительного триггера, нулевой установочный вход которого через третий элемент ИЛИ соединен с выходами первого и второго. счетчиков, устпновоч- Е ные входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с нулевым выходом измерительного триггера, второй вход третьего элемента И, первые входы пятого и шестого элементов И и вход первой дифференцирующей цепи

Мв соединены с нулевым, а второй вход ЯФР четвертого, первый вход седьмого QQ элементов И и вход второй дифференцирующей цепи - с единичными выходами управляющего триггера, счет ный С вход второго счетчика через четвертый элемент ИЛИ соединен с выходами шестого и седьмого элементов И, при этом второй вход шестого элемента

И подключен к выходу кварцевого гене- р ° ратора, а вторые входы пятого и,седьмого элементов И вЂ” к выходу делителя частоты, выход пятого элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ.

1 1138

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в измерительных преобразователях частоты.

Известно устройство для измерения частоты, содержащее ждущий мульти5 вибратор, длительность выходных импульсов которого стабилизируется кварцем, нормирующее устройство, источник опорного напряжения и фильтр1 постоянной составляющей (11.

Недостатком этого устройства является низкая точность в случае малого значения измеряемой девиации частоты.

Известно устройство, содержащее усилитель-ограничитель входного напряжения, управляющий триггер со счетным входом, измерительный триггер с разделительными входами, кварцевый

20 генератор, два элемента И, делитель частоты, элемент ИЛИ, счетчик со счетным входом., источник опорного напряжения, нормирующее устройство, вычитающее устройство и выходной фильтр постоянной составляющей.

В известном устройстве вход усилителя-ограничителя соединен с входной шиной, а его выход — с входом управляющего триггера со счетным входом. Выход кварцевого генератора

30 соединен с входами двух элементов И, единичный выход управляющего и единичный выход измерительного триггера подключены к другим входам элементов И. 35

Первый вход делителя частоты подключен к выходу второго элемента И, его выход соединен с выходом первого элемента И, с которым соединен также вход счетчика, выход которого 40 соединен с одним из входов измерительного триггера, второй вход которого соединен с нулевым выходом управляющего триггера. Вторые входы счетчика и делителя частоты соединены с нуле- 45 вым выходом измерительного триггера, единичный выход измерительного триггера соединен с управляющим входом нормирующего устройства, питающий вход которого соединен с источником 50 опорного напряжения, а выход нормирующего устройства соединен с одним из входов вычитающего устройства, второй вход которого соединен с йсточннком опорного напряжения, а вы- 55 ход — с фильтром постоянной составляющей, с выхода которого снимается выходной сигнал (2 1.

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, обусловленное тем, что подаваемые на фильтр постояннойсоставляющей импульсы имеют частоту вдвое меньшую частоты входного сигнала. Это же обстоятельство уменьшает и постоянную составляющую входного сигнала фильтра, снижает точность устройства.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности измерения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее усилитель-ограничитель входного напряжения, подключенный к его выходу управляющий триггер, измерительный триггер, кварцевый генератор, делитель частоты, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены соответственно с единичными выходами измерительного и управляющего триггеров,а вторые входы — с выходом кварцевого генератора, выход первого элемента

И подключен к входу делителя частоты, а выход второго элемента И вЂ” к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, нормирующее устройство, управляющий вход которого соединен с единичным входом измерительного триггера, а питающий — с .выходом источника опорного напряжения второй выход которого, а также выход нормирующего устройства подключены к двум входам вычитающего устройства, выход последнего соединен с входом фильтра постоянной составляющей, введены второй счетчик, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ, первая и вторая дифференцирующие цепи, выходы которых через второй элемент ИЛИ подключены к единичному установочному входу измерительного триггера, нулевой установочный вход которого через

1 третий элемент ИЛИ соединен с выходами первого и второго счетчиков, установочные входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с нулевым . выходом измерительного триггера, второй вход третьего элемента И, первые входы пятого и шестого элементов И и вход первой дифференцирующей цепи соединены с нулевым, а второй вход четвертого, первый вход седьмого

1138755 элементов И и вход второй дифференцирующей цепи — с единичными выходами управляющего триггера, счетный вход второго счетчика через четвертый элемент ИЛИ соединен с выходами шестого и седьмого элементов И, при этом второй вход шестого элемента И подключен к выходу кварцевого генератора, а вторые входы пятого и седьмого элементов И вЂ” к выходу делителя частоты, выход пятого элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ.

На фиг.l представлена структурная схема предлагаемого устройства; на 15 фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит усилительограничитель 1 входного напряжения, управляющий триггер 2, кварцевый ге- 20 нератор.3, первый счетчик 4, второй счетчик 5, делитель 6 частоты, измерительный триггер 7, элементы И

8 — 14, элементы ИЛИ !5 — 18, дифферен— цирующие цепи 19 и 20, нормирующее устройство 21, источник 22 опорного напряжения, вычитающее устройство 23, фильтр 24 постоянной составляющей.

К выходу усилителя †ограничите

1 входного напряжения подключен уп- равляющий триггер 2 с счетным входом.

Первые входы элементов И 8 и 9 соединены с единичными выходами измерительного 7 и управляющего триггеров

2, соответственно их вторые входы подключены к выходу кварцевого генератора 3. Выход элемента И 8 с входом делителя 6 частоты. Нулевой и единичный выходы триггера 2 соединены с входами дифференцирующих цепо- 40 .чек 19 и 20 соответственно, а выходы этих цепочек подключены к двум входам второго элемента ИЛИ 16, выход которого соединен с единичным установочным входом триггера 7. Нулевой выход триггера 2 соединен также с вторым входом третьего элемента И 10 и первыми входами пятого 12, шестого

13 элементов И, второй вход последнего подключен к выходу кварцевого генератора 3. Вторые входы элементов

И !2 и 14 подключены к выходу делителя 6 частоты. Первые входы третьего

10 и четвертого 11 элементов И соединены с нулевым выходом измерительного триггера 7, второй вход элемента

И 11 и первый вход седьмого элемента

И 14 подключены к единичному выходу триггера 2. Выход элемента И !4 соединен с одним из входов четвертого элемента ИЛИ 18, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента

И 13, а выход элемента ИЛИ 18 подключен к счетному входу второго счетчика 5. Установочный вход счетчика 5 подключен к выходу четвертого элемента И 11, а выход счетчика 5 соединен с одним из входов третьего элемента ИЛИ 17. Выход второго элемента

И 9 соединен с одним из входов первого элемента ИЛИ 15, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И 12, а выход — со счетным входом первого счетчика 4, установочный вход которого соединен с выходом третьего элемента И 10, а выход — с вторым входом третьего элемента ИЛИ

17, выход которого подключен к нулевому установочному входу измерительного триггера 7.

Единичный выход триггера 7 соединен с управляющим входом пормирующего устройства 21, второй вход которого (питающий ) соединен с выходом источ ника 22 опорного напряжения, а его выход — с входом вычитающего устройства 23, второй вход которого соединен с вторым выходом источника 22 опорного напряжения, выход вычитающего устройства 23 подключен к входу фильтра постоянной составляющей 24.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение 0, частота х которого измеряется, поступает на усилитель-ограничитель 1, далее на счетный вход триггера 2 (фиг.22) .

Во время первого периода U „открыты элементы И 9, ll, 14 через элемент И 9 и элемент ИЛИ 15 импульсы высокой частоты с выхода кварцевого генаратора 3 поступают на счетный вход счетчика 4, добавляясь к на- чальному числу М„ „, предварительно записанному в счетчик 4. Заполнение счетчика 4 импульсами кварцевого генератора 3 происходит в течение всего первого периода U (фиг.2.15 ).

Вх

В момент начала каждого периода

U s„, т.е. в момент каждого нового переключения триггера 2, при помощи дифференцирующих цепей 19 и 20 формируются короткие импульсы, которые через второй элемент ИЛИ 16 поступа- . ют на единичный установочный вход измерительного триггера 7, устанав1138755 ливая его в положение "1™ ° При этом открывается первый элемент И 8, и в на вход делителя 6 частоты начинают поступать импульсы кварцевого генератора 3. Во время первого периода

U „ импульсы делителя 6.частоты через открытый седьмой элемент И 14 и четвертый элемент ИЛИ 18 поступают на счетный вход второго счетчика 5, продолжая заполнять его до перевыпол1О нения. В момент переполнения счетчика 5 íà его выходе образуется импульс переполнения, который через третий элемент ИЛИ )7 поступает на нулевой установочный вход измерительного триггера 7, устанавливая его в нулевое состояние, При этом закрывается элемент И 8, поступление импульсов на вход делителя 6 частоты и счетчика

5 прекращается. Перепад напряжения, возникающий при переключении тригге-. ра s нулевое состояние, через чет— вертый элемент И 11 поступает на установочный вход счетчика 5, записывая в счетчик начальное число М„

В этом состоянии счетчик 5 остается вплоть до начала нового,второг0 периода U . .В результате после окончаВх ния первого периода UB„ в счетчике 4 оказывается некоторое число N 30

М,= й„.„+ T„ f„„, (1) где Т - длительность периода напрях

0 — частота импульсов кварцевокг го генератора 3. 35

В начале нового второго периода

U „ происходит переключение триггера

2 в нулевое состояние, что приводит к открыванию элементов И 10, 12, 13 и закрыванию элементов И 9, 11, 14. 40

Одновременно с этим вновь в единичное состояние переключается триггер

7, открывая элемент И 8. Импульсы кварцевого генератора 3 через шестой элемент И 13 и четвертый элемент 4s

ИПИ 18 проходят на счетный вход счетчика 5, заполняя его вплоть до окончания этого периода.UB„ .В .результате в счетчике 5 после окончания второго периода 0 „ оказывается число Й оп- N. ределяемое формулой (1) (фиг.2,18).

Открывание элементов И 8 и 12 приводит к тому, что через элемент

ИЛИ 15 на счетный вход счетчика 4 поступают импульсы с выхода делителя 5

6 частоты, продолжая заполнение счетчика 4. В момент его переполнения перепад напряжения, возникающий на выходе последнего триггера счетчикг

4, через элемент ИЛИ 1? переключает триггер 7 в нулевое состояние, эле— мент И 8 закрывается и поступление импульсов на счетчик 4 прекращается.

Возникающий при переключении триггера

7 перепад напряжения через третий элемент И 10 производит запись начального числа М„ ч в счетчик 4. В таком состоянии счетчик 4 остается вплоть до начала нового периода UB„.В даль- нейшем описанный алгоритм работы повторяется.

Таким образом, в течение каждого периода U „ на выходе триггера 7 .образуется прямоугольный импульс длительности t„, определяемой периодом входного напряжения. Импульсы триггера 7 поступают а вход нормирующего устройства 21, в котором им придается стабильная амплитуда 0, задаваемая источником 22 опорного напряжения. Импульсная последовательность, возникающая на выходе нормирующего устройства 21, поступает на один из входов вычитающего устройства 23, на второй вход которого подается выходное напряжение источника опорного напряжения 22. Выходное напряжение вычитающего устройства 23 поступает на вход фильтра 24 постоянной составляющей, на выходе которого образуется выходное напряжение 0 Вц„ схемы.

В качестве генератора 3 можно при менить схемы, не стабилизированные кварцем.

Благодаря введению дополнительных элементов и новых связей частота вы-.. ходных импульсов измерительного триггера 7 и -нормирующего устройства 21 увеличилась вдвое без изменения длительности импульсов по сравнению с известным устройством. Благодаря этому вдвое увеличивается частота первой гармоники выходного напряжения нормирующего устройства, подавляемой фильтром постоянной составляющей этого напряжения, выделяемой фильтром. Первое обстоятельство приводит к существенному (около четырех раз) повышению быстродействия устройства, а второе — к повышению точности выделения постоянной составляющей, что связано с увеличением входного сигнала фильтра.

1138755 дали следуюГц 0 0-10В

84>у

Испытания устройства щие результаты:

= 49-51 Гц, ЛГ„= 0-2 () ÄÄ =0-5 ыА far= 2 МГц К основная погрешность не превышает

О, 057..

ll38755

7 (Тиэм

24 (НЦ) Фиг. 2

Редактор С.Патрушева

Заказ 10682/35 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035,Москва,Ж-35,Раушская наб.,д.4/5

2 (у

15 (или,) f8 (или ) Составитель В.Новоселов

Техред С.Мигунова Корректор О. ТигоР

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4