Устройство для цифрового измерения мгновенной частоты

 

Изобретение служит для повьшения точности измерения мгновенной частоты. Устройство содержит генератор 1 пилообразного напряжения формирователь 2 гиперболической функции , генератор 3 опорной частоты, усилитель-формирователь 5, эмиттерный повторитель 6, пиковый детектор . 7, блок 8 сброса и дифференцнрукицую цепь 9. В устройство введены источник II опорного напряжения, компаратор 10 и магазин 12 конденсаторов В описании представлены примеры реализации магазина 12 конденсаторов, генератора 3 опорной частоты и генератора 1 пилообразного напряжения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ COBE.ТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 840758 (2l) 4178533/24-21 (22) 12,01.87 (46) 07 ° 08 ° 88. Бюл. Ф 29 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) В.А.Медников, А.Н.Порынов и А.И.Меркулов (53) 62).3)7 (O88.8) (56) Авторское свидетельство СССР

))) 619869, кл. G 01 R 23/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 840758, кл, G Ol R 23/00, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ, МГНОВЕННОЙ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение служит для повышеSU )I А2 (g)) y G 01 R 23/00 ния точности измерения мгновенной частоты. Устройство содержит генера тор 1 пилообразного напряжения, формирователь 2 гиперболической функции, генератор 3 опорной частоты, усилитель-формирователь 5, эмиттер ный повторитель 6, пиковый детектор

7, блок 8 сброса и дифференцирующу)б цепь 9. В устройство введены источ» . ник 11 опорного напряжения, компара тор 10 и магазин 12 конденсаторов.

В описании представлены примеры реализации магазина 12 конденсаторов, . генератора 3 опорной частоты и гене ратора 1 пилообразного напряжения, 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1415195

Изобретение относится к техййке цифрового измерения частоты и является усовершенствованием изобретения по авт.св. Р 840758.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измеряемых частот..

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для цифрового измерения мгновенной частоты, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства, на фиг.3функциональная схема генератора опорной,частоты, на фиг.4 - магазин кон- 15 денсаторов.

Устройство для цифрового иэмере»

1 ния мгновенной частоты содержит генератор 1 пилообразного напряжения, формирователь 2 гиперболической функции, 20 генератор 3 опорной частоты, счетчик

4 импульсов, усилитель-формирователь

5, эмиттерный повторитель 6, пиковый детектор 7, блок 8 сброса, дифференцирующую цепь 9, компаратор 10 источник 11 опорного напряжения, магазин 12 конденсаторов.

Генератор 1 пилообразного напряжения содержит эталонный конденсатор 13, I генератор 14 тока, цепь 15 разряда, 30 два ключа 16 и 17, логический инвертор 18, источник 19 компенсирующего напряжения.

Генератор 3 опорной частоты содержит счетчик 20 импульсов, коммутатор

2 1, генератор 22 импульсов, и делителей 23;1«23.п частоты импульсов, ключ 24 (фиг.3).

Магазин 12 конденсаторов содержит сдвигOBbIH е Н Т 25, Н То 26 40 логической единицы, управляемый блок

27 конденсаторов, блок 28 задержки, содержащий конденсатор 29 и резистор

30, Управляемый блок 27 конденсаторов состоит из конденсаторов 31.1- 45

31.1 и резисторов 32.1-32.1 и шины

33 нулевого потенциала.

Выход компаратора 10 соединен с первым входом магазина 12 конденсаторов, с дополнительным входом блока

8 сброса и с вторым входом генерато,50 ра 3 опорной частоты, третий вход которого соединен с выходом дифференцирующей цепи 9 и с первым входом блока 8 сброса, входом сброса счетчика 4, соединенного тактовым входом с выходом генератора 3 опорной частоты, выход источника II опорного напряжения соединен с первым входам компаратора 10, второй вход магазина

12 конденсаторов связан с выходом усилителя-формирователя 5 и первым входом формирователя 2 гиперболической функции, а ныход магазина 12 конденсаторов соединен с вторым вхо дом компаратора 10, выходом генератора 1 пилообразного напряжения и входом змиттерного повторителя б,ко торый через пиковый детектор 7 соединен с вторым входом формирователя .

2 гиперболической функции, выход ко торого соединен с входом генератора

3 опорной частоты и входом дифференцирующей цепи 9, параллельно конден сатору 13 генератора 1 пилообразного напряжения включен первый ключ 16, информационный вход которого соединен с выходом генератора 14 тока и выходом цепи 15 разряда, являющимся выходом генератора 1 пилообраз ного напряжения, а управляющий вход с входом инвертора 1.8 и входом цепи

15 разряда, янляющимся входом генератора 1 пилообразного напряжения, выход инвертора 18 соединен с управляющим входом второго ключе 17, включенного между выходом первого ключа 16 и выходом источника 19 компенсирующего напряжения, второй выход которого и второй ныход цепи 15 разряда соединены с шиной 33 нулевого потенциала.

В магазине 12 конденсаторов управляющие входы управляемого бло ка 27 конденсаторов соединены соответственно с выходами сдвигового ре» гистра 25, вход сдвига которого ян ляется первым входом магазина 12 конденсаторов, выходом которого являет ся выход управляемого блока 27 кон! денсаторов, соединенного вторым ны.".. ходом с шиной 33 нулевого потенциа ла, вьход генератора 26 логической единипы соединен с входом записи пос ледовательного кода сдвигового рет. гистра 25, вход записи параллельного кода которого соединен с выходом бло ка 28 задержки, вход которого соединен с разрядными входами сдвигоного регистра 25 и является нторым нхо дом магазина 12 конденсаторов.

Управляющий вход. ключа 24 являет» ся первым входом генератора 3 опор ной частоты, вторым входом которого является тактовый .вход счетчика 20 импульсов, соединенного выходами со ответственного с управляющими входа

4 срабатывает (t, фиг.2г) и его вы.. ходкое напряжейие U o»» поступая на первый вход магазина 12 конденсато ров и вторые входы блока 8 сброса и генератора 3 опорной частоты, приво дит к сдвигу выходного кода регистра

25 на единицу и занесению логической единицы в его младший разряд (фиг.4)>

lð при этом к выходной шине магазина

12, а следовательно, и к выходу бло ка 1 подсоединяется дополнительный конденсатор (Зl,п) соответствующим ключом. Суммарная емкость С „ кондеи»

15 саторов, подсоединенных к Выходу ге нератора I увеличивается, что приво» дит к соответствующему уменьшению напряжения на его выходе .

20 где С„, и С„25

„(n-1), V (и)

<еех

30 — C n - < 14 .и

l ми коммутатора 21, выход которого че рез ключ 24 соединен с выходом генератора 3 опорной частоты, третьим входом которого является вход сброса счетчика 20 импульсов, Выход. генератора 22 импульсов соединен с первым информационным входом коммутатора 21 остапьные и информационных входов которого соединены соответственно с выходами и делителей 23.1-23.п частоты, соединенных последовательно, а вход первого делителя 23.! час тоты соединен с выходом генератора

22 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Поступающая на вход усилителяформирователя 5 импульсная последовательность измеряемой частоты преобразуется им в короткие прямоугольные импульсы, передний фронт которых соответствует во времени экстремальным значениям каждого периода исследуемо

ro процесса (фиг.2, момент t,). Первый импульс с выхода усилителя-формирователя проходит на вход запуска одковибратора формирователя 2 и управляющий вход цепи 15 разряда конденсаторов блока 12, а также на вход ключа 16 и через инвертор 18 на вход ключа 17, при этом конденсаторы блока 12 и конденсатор 13 разряжаются в момент й1. В результате выходное напряжение генератора l. .спадает до нуля. По окончании дейст вия импульса с момента йуцепь 15 разряда и ключ 16 .размыкаются, а ключ 17 замыкается, при этом потенциал обкладок конденсатора 13 становится равным выходному напряжению источника 19.

В последующие моменты времени конденсатор 13 начинает заряжаться по линейному закону от генератора 14 (фиг.2в), а напряжение U „„ в момент времени t скачком изменится от нуля до напряжения U источника

19, По мере заряда конденсатора 13 выходное напряжение U генератора еь|х

1 будет также линейно возрастать.

Выходное напряжение генератора 1, поступая через эмиттерный повторитель 6 на вход пикового детектора 7, отслеживается последним на. его выходе. В момент достижения напряжением

О, генератора 1 величины, равной

1ЕЮХ величине напряжения источника 11.. ,опорного напряжения, компаратор 10

Ц4 (n) 04 (n 1) С I /Cat емкости конденсаторов, подсоединенных к выходу генератора 1, до,и после срабатывания компаратора 10 соот ветственно; напряжение на выходе генератора 1 до и пос ле срабатывания ком паратора.10 соответст венно.

Одновременно импульс с выхода

35 компаратора через блок 8 производит сброс пикового детектора 7 до напряжения U, (и), Тот же импульс, поступая на вто» рой вход генератора 3 опорной часто

40 ты, а следовательно, и тактовый вход счетчика 20 импульсов, увеличивает

его выходной код на единицу, что при водит к подсоединению коммутатором.

4 21 к входу ключа 24 очередного выйо да делителя 23.п частоты импульсов

1 генератора 22 импульсов (фиг,2 и}.

Увеличение суммарной емкости С;, подключенной к выходу генератора 1, Вр привРдит к уменьшению крутизны лк . нейного нарастания напряжения U > алых

Дополнительно подключенные емкости должны быть такими, чтобы изменение крутизны линейно нарастающего напря 5 жения соответствовало коэффициенту деления соответствующего делителя частоты импульсов:

15195

5 14 где К - коэффициент деления 23,n"ro делителя частоты импульсов.

С приходом следующего второго по счету импульса (в момент времени С

6) фиг.2) напряжение на выходе пикового детектора, равное напряжению, повто« ренному эмиттерным повторителем 6 на конденсаторах до их сброса, запо минается и определяется величиной частогы и открывает ключ 24, через который импульсы с выхода коммутато ра 21 поступают на выход генератора

3 опорной частоты, а следовательно, и на "четчик 4 импульсов, предварительнз сброшенный импульсом с выхода дифференцирующей цепи 9 °

Во время действия импульса фор10 мирователя 2 гиперболической функции длите. IbHocTblo С вырабатывается пос11с ) где U — напряжение на конденсаторах;

Т . - период исследуемого процесса;

К - коэффициент пропорциональности

С выхода усилителя-формирователя

5 этот импульс, поступающий такыре на вход запуска формирователя 2 гиперболической функции, запускает последний, при этом он формирует им" пульсы, длительность Ф которых зависит от величины напряженйя U запомненного пиковым детектором 7 с выхода генератора 1 и поступающего с выхода пикового детектора 7 на управляющий вход формирователя 2 гиперболической функции (фиг.2 е), Эта зависимость выражается соотношением

1 1

) с где K< - коэффициент пропорциональности

Отрицательным перепадом напряжения импульса с выхрда формирователя

2 гиперболической функции, поступающего на вход дифференцирующей. цепи 9, последняя формирует на выходе в мо» мент t отрицательный импульс (фиг.2 ж) . Напряжение на выходе никового детектора в момент te(фиг.2 д) сбрасывается через блок 8 сброса путем воздействия на последний отрица,. тельного импульса c выхода дифференцирующий цепи 9, после действия которого напряжение на выходе пикового детектора 7 вновь повторяет через эмиттерный повторитель 6 линейно изменяющееся напряжение с выхода генератора 1 пилообразного напряжения. 1

Импульс с выхода формирователя

2 гиперболической функции поступает на первый вход генератора 3 опорной

Формула изобретения

1. Устройство для цифрового изме рения мгновенной частоты по авт. св, 11 840758, о т л и ч а ю щ е е» с я тем, что, с целью повышения точ

40 .45

50 ледов ательность постоянной частоты

Е „(фиг. 2, 3), причем число импульсов пропорционально длительности Г и следовательно пропорционально мгновенной частоте исследуемого процесса, Подготовка магазина 12 конденса- . торов к каждому очередному циклу иэ» . мерения производится выходным импуль» сом формирователя 5 с помощью блока

28 задержки, благодаря которому на всех «ыходах регистра 25 устанавливаются уровни логических единиц в момент времени, отстоящий от начала действия импульса на время задержки, при э гом все конденсаторы 31,1-31.1 подсоединяются к цепи 15 разряда и разряжаются до нуля. По окончании действия импульса усилителя-формиро« вателя 5 выходные уровни регистра

25 устанавливаются в нулевые состоя ния, которые соответствуют отключенному состоянию конденсаторов.

Благодаря автоматическому подклю«. чению дополнительных конденсаторов

31,1-31.1 параллельно эталонному конденсатору: 13 генератора 1 пилообразно:.о напряжения в несколько раз расширяется динамический диапазон измерземых частот входных сигналов в зависимости от максимальной емкости ук,вязанных конденсаторов, кроме того, подключение предварительно разряженного эталонного конденсатора 13 в начале цикла измерений к ис-. точнику 19 компенсирует влияние вре мени подготовки устройства к новому циклу измерений, что увеличивает точно ть измерения, особенно для верхнего частотного диапазона изме рений.

14151 ности и расширения диапазона измеряемых частот, в него введены компаратор, источник опорного напряжения, магазин конденсаторов., счетчик, причем выход компаратора соединен с пер« вым входом магазина конденсаторов, с дополнительным входом блока сброса и с вторым входом генератора опорной частоты, третий вход которого 10 соединен с выходом дифференцирующей цепи и с входом сброса счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, выход источника опорного напряжения . 15 соединен с первым входом компаратора, второй вход магазина конденсаторов с выходом усилителя-формирователя, а выход магазина конденсаторов « с вторым входом компаратора и с выхо- 20 дом генератора пилообразного напряжения.

2. Устройство по и.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что магазин конденсаторов содержит сдвиговый регистр, генератор логической единицы, блок задержки и управляемый блок конденса торов, управляющие входы которого со» единеиы соответственно с выходами сдвигового регистра, вход сдвига 30 которого является первым входом мага зина конденсаторов, .выходом которого является выход управляемого блока конденсаторов, соединенного вторым выходом с шиной нулевого потенциала, выход генератора логической единицы соеднйен с входом записи последовательного кода сдвигового регистра, вход записи параллельного кода которого соединен с выходом блока задерж-40 ки, вход которого соединен с разряд ными входами сдвигового регистра и является вторым входом магазина кон денсаторов. 3. Устройство ло п.1, о т л и ч .а- 4б ю щ е е с я тем что генератор

95 8 ,опорной частоты содержит генератор импульсов, счетчк импульсов, коммутатор, и делителей частоты, ключ, управляющий вход которого является первым входом генератора опорной частоты, вторым входом которого является тактовый вход счетчика импульсов, соединенного выходами соответственно с управляющими входами коммутатора, выход которого через ключ соединен с выходом генератора опорной частоты, третьим входом которого является ,вход сброса счетчика импульсов, выход генератора импульсов соединен с первым информационным входом ком мутатора, остальные и информационных входов которого соединены соответ- . ственно с выходами и делителей час тоты,. соединенных последовательнО, а вход первого делителя частоты сое динен с выходом генератора импульсов.

4. Устройство по п.1, о т л и ч а» ю щ е е с я тем, что генератор пи-. лообразного напряжения содержит источник компенсирующего напряжения, логический инвертор, два ключа, эталонный конденсатор, генератор тока, цепь разряда и общую шину, причем первый выход источника компенсирующе го напряжения соединен через второй ключ с первой обкладкой эталонного . конденсатора и с первым ключом, выход которого соединен с выходами генератора тока, цепи разряда, .вто рой обкладкой эталонного конденсатора и является выходом генератора пило образного напряжения, входом которого являются объединенные входы цепи разряда, управляющий вход первого ключа и логического инвертора, выход которого соединен с управляющим вхо дом второго ключа, вторые выходы

I источника компенсирующего напряжения и цепи разряда соединены с общей ши ной.

141 5195! 415195

Составитель E.Èèíêèí

Редактор Н..Гунько .. .Техред А.Кравчук

Корректор Г.Решетник, .

Заказ 3872/44 Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4