Измерительный преобразователь девиации частоты

 

Изобретение может быть использовано .в информационно-измерительных системах в качестве высокоточного измерительного преобразователя частоты в аналоговый .сигнал. Преобразователь содержит усилитель-ограничитель 1 входного напряжения, упрарляющий триггер 2, измерительный триггер 3, кварцевый генератор 4, де.- литель 5 частоты, счетчики 6 и 7 элементы 8-16 И, элементы 17,18 и 19 ИЛИ, дифференцирующие цепи 20-23, источник 24 опорного напряжения, нормирующее устройство 25, вычитающее устройство 26 и фильтрующий усилитель 27 постоянной составляющей. Введение элемента 19 ИЛИ, элементов 13-16 И, дифференцирующих цепей 22, 23 и их функциональные связи с элементами преобразователя позволяют расширить его функциональные возможности за счет индикации выхода измеряемой частоты за пределы диапазона измерений. 1 ил. to

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

1511 4 С 01 R 23/06 (21) 3766782/24-21 (22) 17.07.84 (46) 23.02.86. Бюл. 1Ф 7 (71) Смоленский филиал Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института и Витебский завод электроизмерительных приборов им. 60-.летия .Великого Октября (72) М.Б.Лейтман, Р,И.Агрест, А.И.Дибер, К.А.Миндлина и Н.П.Тверитин (53) 621. 317(088.8) (56) .Авторское свидетельство СССР

У 834565., кл. G 01 R 23/06, 1980.

Авторское свидетельство СССР

Р 355719, кл. G 01 R 23/06, 1971. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДЕВИАЦИИ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение может быть использовано в информационно-измеритель„„Я0„„121 42 ных системах в качестве высокоточного измерительного преобразователя частоты в аналоговый сигнал. Преобразователь содержит усилитель-ограничитель 1 входного напряжения, управляющий триггер 2,.измерительный триггер 3, кварцевый генератор 4, делитель 5 частоты, счетчики 6 и ?. элементы 8- 16 И, элементы 17,18 и

19 KIH, дифференцирующие цепи 20-23, источник 24 опорного напряжения, нормирующее устройство 25, вычитающее устройство 26 и фильтрующий усилитель 27 постоянной составляющей.

Введение элемента 19 ИЛИ, элементов

Р

13-16 И, дифференцирующих цепей 22, 23 и их функциональные связи с элементами преобразователя позволяют расширить его функциональные возможности за счет индикации выхода измеряемой частоты за пределы диана- Я

Ьг зона измерений. 1 ил.

1213429 2

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах в качестве высокоточного измерительного преобразователя частоты в аналоговый сигнал.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет индикации устройством выхода измеряемой частоты за пределы диапазона измерения.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит усилитель-ограничитель 1 входного напряжения, управляющий триггер 2, измерительный триггер 3, кварцевый генератор

4, делитель 5 частоты„ счетчики

6 и 7, элементы И 8-16 (с первого по девятый соответственно), элементы ИЛИ 17-19 (с первого по третий соответственно), дифференцирующие цепи 20-23 {с первой по четвертую соответственно, источник 24 опорного напряжения, нормирующее устройство 25, вычитающее устройство 26 и фильтрующий усилитель 27 постоянной составляющей. Входной сигнал подается на вход усилителяограничителя 1, выходной сигнал сни мается с выхода усилителя 27.

К вьиоду усилителя-ограничи геля подключены счетные входы управляющего триггера 2 и измерительного триггера 3. Выход кварцевого генератора 4 подключен к первым входам первых трех элементов И (8-10). рой вход элемента 8 соединен с единичным вьиодом измерительного триггера,,вход элемента 9 — с единичными, а вход элемента 10 — с нулевым. выходами управляющего триггера. К выходу элемента 8 подключен вход делителя 5 частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого 11 и пятого 12.элементов

И, вторые входы которых подключены соответственно к нулевому и единичному выходам управляющего триггера.

Вьиоды второго 9 и четвертого 11 элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ 17, а выходы третьего 10 и пятого 12 элементов

И соединены с входами второго элемен. та ИЛИ 18. Выход элемента ИЛИ 17 соецинен со счетным входом первого счетчика 6, а элемента ИЛИ 18 — со. 5

1О

35 счетным входом второго счетчика 7.

Установочные входы счетчиков под-. ключены к выходам первых двух дифференцирующих цепей 20 и 21, входы которых соединены соответственно с единичным и нулевым выходами триггера 2. К выходам счетчиков 6 и

7 подключены дифференцирующие цепи 22 и 23, выходы которых соединены с первыми входами шестого 13 и седьмого 14 элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с нулевым и единичным выходами управляющего триггера 2. Кроме того, выходы счетчиков 6 и 7 соединены соответственно с первыми входами восьмого 15 и девятого 16 элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к выходам второй

2l и первой 20 дифференцирующих цепей. Выходы элементов И 13-16 подключены к входам третьего элемента

ИЛИ 19, выход которого соединен с нулевым установочным входом измерительного триггера 3. Выходы триггера 3 соединены с управляющими входами нормирующего устройства 25, питающий вход которого соединен с первым выходом источника 24 опорного напряжения. Выход нормирующего устройства 25 и второй выход источника 24 опорноro напряжения подается на два входа вычитающего устройства 26, к выходу которого подключен фильтрующий усилитель 27 постоянной составляющей.На выходе последнего образуется выходной аналоговый сигнал.

Устройство работает следующим образом.

Входное напряжение U д„, частота которого У„= 1/Т„измеряется,. поступает на усилитель-ограничитель

l и далее на счетные входы триггеров 2 и 3, Триггер 3 при поступлении каждого очередного импульса усилителя-ограничителя 1, т.е. в начале каждого периода входного напряжения U „, устанавливается в единичное положение. Триггер 2 работает в счетном режиме, поэтому на его выходах образуются симметричные прямоугольные импульсы (типа меандр ), длительность которых в точности равна периоду Т„ напря-. жения U „. Во .время первого перио- да U „ положительный потенциал действует на выходе Q триггера 2, а во время второго периода — на выходе.

Q.. Во время первого периода открыты элементы И 9, 12 и 14. Через элемент И 9 и элемент ИЛИ 17 импульсы высокой частоты с выхода кварцевого генератора 4 поступают на счетный вход счетчика 6, добавляясь к начальному числу Й,, предварительно записанному в счетчик

6 выходным импульсом дифференцирующей цепи 20, образующимся в момент переключения триггера 2 в единичное положение. Заполнение счетчика 6 импульсами кварцевого генератора 4 происходит в течение всего первого периода 0> Переключение измерительного триггера 3 в единичное положение открывает элемент И 8. Проходящие через него импульсы кварцевого генератора

4 поступают на делитель 5 частоты.:

Выходные импульсы последнего через открытый элемент И 12 и элемент

ИЛИ 18 поступают на счетный вход счетчика 7, продолжая заполнение последнего..В момент переполнения .счетчика происходит установка всех его триггеров в нулевое положение и на выходе дифференцирующей цепи 23 образуется импульс, который через открытую схему 14 совпадения и элемент ИЛИ 19 поступает на нулевой установочный вход измерительного триггера 3, переключая его в нулевое положение. При этом закрывается элемент И 8 и поступление импульсов на входы делителя 5 частоты и счетчика 17 прекращаются. В нулевом положении триггер 3 и счетчик.7 остаются вплоть до начала нового, второго периода U „ .

В результате, после окончания первого периодà Uл„ в счетчике 6 оказывается некоторое число N

Й! = !4„р + Тл кг где Т вЂ” длительность периода х напряжения 0 „; часто т а импул ьсо в к варцевого генератора.

В начале второго периода 0 л происходит переключение триггера 2 в нулевое состояние, что приводит к открыванию элементов И 10, ll и 13 и закрыванию элементов И 9, 12 и 14. Одновременно с этим вновь в единичное состояние переключается триггер 3, открывая элемент

И 8. Импульс, образующийся на вы12 3429

5 !

О!

20

55 ходе дифференцирующей цепи 2) при ,переключении триггера 2 в нулевое состояние, устанавливает начальное число Й„р,г в счетчик 7. Импульсы кварцевого генератора 4 через элементы И 10 и ИЛИ !8 проходят на счетный вход счетчика 7, добавляясь к Й„ . Заполнение счетчика продолжается вплоть до окончания периода 0> В результате в счетчике 7 после окончания периода оказывается число Й,, определяемое формулой (1) .

Открывание элементов И 8 и 11 приводит к тому, что на счетный вход счетчика 6 во втором периоде

U „ поступают импульсы с выхода делителя 5 частоты, продолжая заполнение счетчика. В момент его переполнения все триггеры счетчика переключаются в нулевое положение и на выходе дифференцирующей цепи 23 образуется импульс, проходящий через открытый элемент И 14 и элемент ИЛИ 19 на нулевой установочный вход измерительного триггера 3, устанавливая последний в нулевое положение. Элемент И 8 при этом закрывается и поступление импульсов

I на входы делитепя 5 частоты и счетчика 6 прекращается. В нулевом сосt тоянии счетчик 6 и триггер 3 остают ся вплоть до начала следующего периода Usx В дальнейшем описанный алгоритм работы повторяется.

Таким образом, на вьгходе триггера 3 в течение каждого периода

U „ формируется импульс длительностью tH определяемой периодом входного напряжения. Импульсы с вы— ходов триггера 3 поступают на управ" ляющие входы нормирующего устройства 25, в котором им придается стабильная амплитуда 0, задаваемая источником 24 опорного напряжения. Импульсная последовательность, возникающая на выходе нормирующего устройства 25, поступает на один из входов вычитающего устройства

26, на второй вход которого прдается напряжение с второго выхода источника 24. Выходное напряжение вычитающего устройства 26 поступает на вход фильтрующего усилителя 27 постоянной составляющей, на вьгходе которого образуется выходной аналоговый сигнал.

В случае, если частота t напря .жения U „меньше некоторой минималь

1213429 ной частоты 1„„,, находящейся за мин < пределами заданного диапазона изменения f аналоговый сигнал на выходе устройства должен оставаться равным нулю или некоторому неизменному минимальному значению при изменении У» Ф„„,ц, в заданных пределах.

При f 1„щн, переполнение счетчика 6 происходит уже. в первом периоде 08„ и к началу второго периода

:старший разряд счетчика оказывается в нулевом положении, открывая схему И 15. Образующийся на выходе дифференцирующей цепи 21 в момент пере " ключения триггера 2 в нулевое положение,. т.е. в самом начале второго .периода U „, импульс проходит через ,: открытый элемент И 15, элемент

ИЛИ 19 и устанавливает измерительный триггер 3 в нулевое положение.

Следовательно, переключение триггера

3 в единичное положение во время этого периода не происходит. В нулевом положении триггер 3 остается вплоть. до окончания второго периода.

В момент его окончания переполненным оказывается счетчик 7, открывающий элемент И 16. Образующийся на выходе дифференцирующей цепи 20 при следующем переключении триггера

2, т.е. в самом начале слелующего периода Uх„, импульс проходит через элементы Й 16, ИЛИ 19, вновь устанавливая триггер 3 в нужное положение. Таким образом, и в следующем периоде 0 „ триггер 3 остается в нулевом положении, т.е. при гх переключения триггера 3 в.единичное положение не происходит и на выходе устройства оказывается нулевой или не меняющийся минимальный сигнал при всех изменениях частоты f в заданных пределах, когда ее зна чение остается меньше Г,. Когда мин .частота f ïðåâîñõîäèò некоторое максим льное знач е Г„.хс1 в этом режиме счетчик 6 не успевает переполняться во время второго, а счетчик 7 во время первого периода U „ „ импульсы на выходах дифференцирующих цепей 22 и 23 не образуются и переключения триггера 3 в нулевое положение не происходит. Следовательно,на вход вычитающего устройства 26 с выхода нормирующего устройства 25 поступает не последовагельность импульсов, а неизменное напряжение, равное выходному напряжению U источника опорного напряжения, и на выходе усилителя 27 устанавливается максимально возможный аналоговый сигнал, не меняющийся при всех изменениях частоты когда ее значение остается оольше гм

10 Начальное число И@,„, записываемое в соответствующий счетчик s начале данного периода U „, выбирается таким образом, чтобы при минимальной частоте входного сигна15 ла

И, =f „„„; т„= 1/, = т„,„, (2) 30 и — М fÄ e T„ импульсов. Во время этого периода

0,х заполнение счетчика 6 происпосле окончания первого периода

U для счетчика 6 (второго перио20 да U „для счетчика 7) в счетчике оказалось бы число Й, равное

N — = N + Ò f =11 + 1-N к нац макк»r плакс o где N» „— максимальное число, комахc торое может быть записа25 но в счетчике er o переполнением;

N — некоторое число, соответствующее возможной мгновенной нестабильности периода Тх;

{й, fÄ =6T«; ЬТ„„- мгновенная нестабильность Тх.

В случае дноичного счетчика 1макс = 2 — 1, где п — число разрядов счетчика и соответствует

Э ециницам но всех разрядах. Тогда для любого промежуточного значе«1 ния часто гы после окончания периода будет в соответствующем счетчике

40 число, определяемое (1) . Находя из (2) зчачекие N = N +1-М на Ч Макс о

Тма„, f „(3) и подставляя в .(1), получим макс 1о 1 макс хг+ х хг (4)

45 макс о кхг 1» где ь Т» = T. — T „— отклонение измеряемого периода от максимально возможногоо.

Поскольку переполнение счетчика соотнетстнует числу Йм „+1, для пере— полнения счетчика G во время второго периода U „(счетчика 5 во время первого периода U „) необходимо подать согласно (4)

12 I 3429

f0 рого и третьего элементов И соединены соответственно с единичным и нулевым выходами управляющего триггера, подключенный к выходу первого элемента И делитель частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соот.— ветственно соединены с нулевым и

20 единичным выходами управляющего триггера, два элемента ИЛИ, два счетчика, счетные входы которых соединены с выходами элементов ИЛИ, причем входы первого элемента ИЛИ соедине25 ны с выходами второго и четвертого элементов И, а входы второго элемента ИЛИ вЂ” с выходами третьего и пятого элементов И, первую и вторую дифференцирующие цепи, входы

30 которых соединены соответственно с единичным и нулевым выходами управляющего триггера, источник опорного напряжения, нормирующее устройство, управляющие входы которого

35 соединены с вы ода и измерит льного триггера, питающий вход — с первым выходом источника опорного напряжения, а выход — с первым входом вычитающего устройства, второй

40 вход которого соединен с вторым выходом источника опорного напряжения, а выход — с входом выходного фильтра постоянной составляющей, отличающийся тем, что, 45 с целью РасшиРения функциональных возможностей, в него дополнительно введены третий элемент ИЛИ, шестой, седьмой, восьмой и девятый элементы И, выходы которых соединены.с входами третьего элемента

ИЛИ, выход которого подключен к нулевому установочному входу измерительного триггера, .третья и четвертая дифференцирующие цепи, входы

55.

; которых подключены к выходам соответственно первого и второго счетИзмерительный преобразователь девиации частоты, содержащий усилительходит выходными импульсами делителя 5 частоты, причем частота заполняющих импульсов равна где К вЂ” целое число, равное коэффициенту деления делителя частоты 5 °

Тогда от момента начала заполнения счетчика б этими импульсами, т.е. от момента начала второго периода 0 „ до переполнения счетчика ,потребуется промежуток времени t„, равный =Х Т - 3 о -кг ЬТх "n

Х H+ Т и э 44 f g х "ь,+

А кг ь,+ кг

В течение этого промежутка времени измерительный триггер 3 находится в единичном состоянии, а после его окончания переключается в нулевое °

Следовательно, длительность положительного импульса на единичном выходе триггера 3 во время второго периода 0 „ равно t . Точно такой же будет длительность выходного импульса триггера 3 и во время первого периода, когда выходными импульсами делителя 5 частоты заполняется счетчик 7. Таким образом, во время каждого периода 0 „ на выходе триггера

3 формируется прямоугольный импульс длительностью t>, определяемой выражением (6), и, следовательно, частота этих импульсов равна f

В нормирующем устройстве 25 выходным импульсам триггера 3 придается стабильная амплитуда 0, задаваемая источником 24 опорйого напряжения. Постоянная составляющая 0 получаемой импульсной последовательности с помощью вычитающего устройства 26 и источника опорного напряжения, вырабатывающего стабильное напряжение, смещается в начало координат и определяется выражением

=0 K +Т )hf

t4о

CPt а 44 макс кг

По сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает индикацию выхода измеряемой частоты за пределы измеряемого диапазона частот.

Формула изобретения ограничитель входного напряжения, выход которого подключен к входу управляющего триггера, измерительный триггер, кварцевый генератор, выход которого соединен с первыми входами первых трех элементов И, второй вход первого из которых соединен с единичным выходом измерительного триггера, а вторые входы вточиков, а их выходы соединены соответственно с первыми входами шестого и седьмого элементов И, вторые

1213429

Составитель В.Новоселов

Редактор Т.Кугрышева Техред М.Пароцай Корректор Е.Сирохман

Заказ 778/55 Тираж 730

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 входы которых соединены соответственно с нулевым и единичным выходами управляющего триггера, первые входы восьмого и девятого элементов И соединены с выходами соответственно первого и второго счетчиков, а вторые их входы — с выкодами соответственно второй и первой дифференцирующих цепей, соединенных также с установочными входами второго и первого счетчиков соответственно, причем очетньй вход измерительного триггера подключен к выходу усилителя-ограничителя.