Цифровой периодомер для струнных датчиков

 

ЦИФРОВОЙ ПЕРИОДОМЕР ДЛЯ. СТРУННЫХ ДАТЧИКОВ, содержащий последовательно соединенные коммутатор, первый вход которого предназначен для подключения к выходу струнного датчика, усилитель-ограничитель, делитель частоты и схему управления, последовательно соединенные схему совпадения и счетчик, а также формирователь импульса возбуждения, включенньш между вторьм входом коммутатора и вторым выходом схемы управления , и кварцевый генератор, выход которого подключен к второму входу схемы совпадения, а второй .выход схемы управления соединен с третьим входом коммутатора и вторыми входами делителя частоты и счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен формирователем последовательности импульсов заполнения, включенным между первым выходом схемы управления и первым входомсхемы совпадения, вторые входы формирователя последовательности импульсов заполнения.и схемы управления соединены с выходом усилителя-ограничителя , а третий вход формирователя последовательности импульсов подключен к выходу кварцевого генератора. виод fD

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5 )4 G 01 Н 3 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А8ТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

- ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3646290/25-28 (22) 27.09.83 (46) 30.08.85. Бюл. № 32 (72) Д.И.Самсонов и Г.Г.Сахаров (71) Сибирский филиал Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института гидротехники им. Б.Е.Веденеева (53) 534.612.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 823892, кл. G 01 H 3/06, 1979 °

Ермолов P.Ñ ° Цифровые частотометры, Л., Энергия, 1970, с. 34-39. (54)(57) ЦИФРОВОЙ ПЕРИОДОМЕР ДЛЯ .

СТРУННЫХ ДАТЧИКОВ, содержащий последовательно соединенные коммутатор, первый вход которого предназначен для подключения к выходу струнного датчика, усилитель-ограничитель, делитель частоты и схему управления, последовательно соединенные схему совпадения и счетчик, а также форми„„SU„„1176179 А рователь импульса возбуждения, включенный между вторым входом коммутатора и вторым выходом схемы управления, и кварцевый генератор,.выход которого подключен к второму входу схемы совпадения, а второй .выход схемы управления соединен с третьим входом коммутатора и. вторыми входами делителя частоты и счетчика, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен формирователем последовательности импульсов заполнения, включенным между первым выходом схемы управления и первым входом. схемы совпадения, вторые входы формирователя последовательности импульсов заполнения и схемы управления соединены с выходом усилителя-ограничителя, а третий вход формирователя последовательности импульсов подключен к выходу кварцевого генератора.

1176179

Изобретение относится к виброизмерительной технике и может быть использовано в гидротехнике для измерения периода сигнала и преобразования его значения в код. 5

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На .чертеже представлена структурная схема цифрового периодомера.

Цифровой периодомер содержит последовательно соединенные коммутатор 1, усилитель-ограничитель 2, делитель 3 част6ты, схему 4 управления, формирователь 5 последовательности импульсов заполнения, 15 схему 6 совпадения и счетчик 7, а также формирователь 8 импульса возбуждения, включенный между вторым входом коммутатора 1 и вторым выходом схемы 4 управления, и кварцевый 20 генератор 9, выход которого подклю" чен к второму входу схемы б совпадения. Второй выход схемы 4 управления соединен с третьим входом коммутатора 1 и вторыми входами делите- 5 ля 3 частоты и счетчика 7. Выход усилителя-ограничителя 2 соединен с вторыми входами схемы 4 управления и формирователя 5 последовательности импульсов заполнения, а третий 30 . вход формирователя 5 подключен к выходу кварцевого генератора 9.

Устройство работает следующим образом. л

Как правило, измеряемый сигнал содержит некоторое количество малых по амплитуде (по сравнению с амплитудой измеряемого сигнала) .гармонических составляющих. Момент перехода через ноль напряжения на выходе 40 усилителя-ограничителя 2 при этом определяется уравнением

/ (Ц51 101 э "()1=0 где A(%) — медленно изменяющаяся амплитуда входного сигнала;

- частота измеряемого сигна-50 о па у — время; ц " амплитуда гармонической

j составляющей сигнала с частотой ul. и фазой Y . 55

Поскольку а (< А(), момент К-ro

1 перехода входного сигнала через ноль . 1 определяется с ошибкой, равной

Можно определить период входного сигнала, используя выражение

К

: : ы,. (t . - t., . .) 23I йСО

+ 1 о

6 где о ; — заранее выбранные постоянные коэффициенты;

rn — целые числа;

Т - период входного сигнала;

1о — измерительный интервал времени, содержащий п целых периодов входного сигнала,"

1; — текущий момент времени.

Полагая К достаточно малым, таким,что за К полупериодов А(1) не меняется, и, подставляя соответствую" щие значения ; и1 П,, получим к (d

Х О 1 1 +Ч.)

Я(,0) о К где A(0) и А() — амплитуды выход4 tnTI о ного сигнала A(C) в начале и в конце измерения.

Максимальное значение ошибки d4 равно

К

1-б

X >I7+g.

Лля Фиксированного rn величина

Ц +

А(О ) /Фгп7

A(0 з 1176 является постоянным коэффициентом.

Величина функции к . с(5 i u i jl + 9.

u) ) i=-О

f(ill. }= и> и

f (<3} з1п

3 (u);)<

20 устанавливается равным ",) р ;, нос

С=o к ле второй —,>» р,- и т.д, после

12 (К+1)-й команд разрешения нет. Команды разрешения располагаются по

f циклу так, чтобы ошибка квантования была минимальной. Это осуществляетпри различных значениях К, р ; опре- 10 деляет точность измерения периода.

При К=1, Ы,,= о 1=1

При К=3, а р= ррах=1, oL cC =-3 получаем

Sin т.е. ошибка в

2ю

"р з1п раз меньше, чем в предыдущем

2юр случае.

Конкретные значения щ, К, р(Вы- 25 бираются, исходя из требований, предъявляемых к устройству, в частности к быстродействию, помехозащищенности и исходя из характера возможных помех и их частотного спектра.

Устройство с различными весовыми коэффициентами d с к реализуется посредством использования формирователя 5 последовательности импульсов заполнения, который может быть

35 построен следующим образом.

Формирователь 5 состоит из первого (К+1) разрядного сдвигового регистра, вход которого является первым входом формирователя его тактовый вход подЭ

40 ключен к второму входу формирователя 5.

Первый выход этого регистра соединен с Ыр, второй с с 1,- третий с с 2,... (К+1) с d q установочными к входами второго > р,.-разрядного коль1=О цевого сдвигового регистра, установочный вход которого подключен к второму входу формирователя 5, такто-50 вый вход является третьим входом, а выход — выходом формирователя 5.

Перед началом работы на первом входе формирователя 5 сигнал разрешения отсутствует, первый и второй . 55 сдвиговые регистры, входящие в его состав, обнулены и на входе формирователя 5 при поступлении на его

179 4 третий вход (тактовый вход второго регистра) сигналов от кварцевого генератора 6 команд разрешения нет.

На первый вход формирователя 5 поступает сигнал разрешения. В момент. изменения сигнала на втором входе формирователя 5 (т.е. по переднему или заднему фронту сигнала с выхода усилителя-ограничителя 2) на первом выходе первого регистра появляется единица. Эта единица переписывается в р р разрядов второго регистра, а остальные разряды второго регистра остаются обнуленными.

Далее, при поступлении на тактовый вход второго регистра (третий вход формирователя 5) тактовых сигналов йа выходе этого регистра (выходе к формирователя 5) из 8-команд бу1=о дет рс команд разрешения.

В момент следующего изменения сигнала на втором входе формирователя 5 единица появляется и на втором выходе первого сдвигового регистра. Этот выход соединен с установочными входами второго регистра. В этот регистр записывается Ыр +с 1 единиц. На выходе формирователя 5 при поступлении íà его третий вход тактовых импульсов из

К команд будет. o(.o+ 4 команд

1=0 разрешения; При следующей cMhHe сигнала на втором входе, на выходе формирователя 5 будет Ыр+o(1+о и т.д., при (К+1)-й смене сигнала установитк к ся X. р(. команд разрешения из 2

1=0 1=0 команд, т.е. все.команды на выходе формирователя 5 будут командами разрешения. После снятия управляющего сигнала на первом входе формирователя происходит изменение содержимого цикла в обратном порядке. После первой смены сигнала с усилителяограничителя 2 количество команд разрешения на выходе формирователя к

1176179

Составитель В.Крапивин

Редактор В.Ковтун Техред Ж.Кастелевич KoppeKTopJI.Вескид

Заказ 5334/41 Тираж 534 Подписное

BHHK И Государственного комитета СССР пО делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ся оптимальным подключением установсчных входов второго регистра к соответствующим выходам первого регистра.

В начальный момент работы периодо-. мера схема 4. управления на втором выходе формирует сигнал запуска.

Под управлением этого сигнала коммутатор 1 подключает к входу устрой- 1р ства выход формирователя 8 импульса возбуждения, а вход усилителя-ограничителя 2 отключает. Одновременно этот сигнал производит сброс счетчика 7 и делителя 3 частоты. После 15 переключения коммутатора 1 запускается формирователь 8, который формирует импульс тока возбуждения датчика (не показан). Этот импульс тока возбуждает колебания струны, 20 которые преобразуются датчиком в

ЭДС ответа датчика. После окончания импульса вызова схема 4 управления снимает сигнал запуска. Коммутатор 1 отключает выход формирователя 8 и -25 подключает к входу устройства вход усилителя-ограничителя 2. Сигнал ответа датчика через коммутатор 1 поступает на вход усилителя-ограничителя 2, которым усиливается, и по- 3б ступает на вход делителя 3 частоты .и на вход синхронизации (второй

I вход) схемы 4 управления. Схема 4 управления формирует на первом выходе сигнал разрешения, поступающий на первый вход формирователя 5 последовательности импульсов заполнения, на второй вход которого поступает выходной сигнал с усилителя-ограничителя 2, и на .третий вход — выходной сигнал кварцевого генератора 9.

Под действием этих сигналов формирователь 5 последовательности вырабатывает сигналы, служащие сигналами разрешения, поступающими на вход схемы 6 совпадения, которая при совпадении сигнала разрешения, поступающего с выхода формирователя 5, и тактового импульса от кварцевого генератора 9 вырабатывает импульс, который подается на вход счетчика

7. Выходные импульсы схемы 6 сум мируются счетчиком 7. После поступления на вход делителя 3 частоты импульсов с выхода усилителя-ограничителя 2 (в — целых периодов входного сигнала) делитель 3 частоты вырабатывает сигнал, поступающий на вход схемы 4 управления, которая снимает сигнал на первом входе формирователя 5.. Формирователь 5 последовательности прекращает вырабатывать сигналы разрешения в соответствии с алгоритмом его работы.

Содержимое счетчика 7 сохраняется до прихода на его второй вход импульса сброса. Записываемый в счетчике 7 код соответствует периоду измеряемого сигнала и являет— ся выходной величиной устройства.