Преобразователь частоты в напряжение

 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для снятия характеристик распределения частот повторения сигналов, и может быть использовано с частотными датчиками для автоматического измерения, индикации и регистрации различных физических величин, произвольно изменяющих свое значение в ходе технологического процесса или научного эксперимента. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Для этого в устройство, содержащее усилитель-ограничитель 1, дифференцирующий элемент 15, ключи 11, 12, и элемент 14 памяти, выполненный на конденсаторе, введены генератор 7 пилообразного напряжения, компаратор 8, триггеры 2, 4, 6, элементы и 3 и 9 и элементы 5 и 10 задержки. Введение этих блоков позволяет уменьшить динамическую составляющую погрешности преобразования за счет огранизации следящей системы. 2 ил.

t ai

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„15012

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Pue f

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4289489/24-24 (22) 27.07.87 (46) 15 ° 08.89. Бюл. N 30 (72) А.Н.Попов, Г.В.Бурденко и А.С,Сторожук (53) 68 1.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М- 519640, кл. С 01 R 23/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР !

1 748268, кл. G 01 К 23/00, 1978, (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для снятия характеристик распределения частот повторения сигналов и может быть использовано с частотными датчиками для автоматического измерения, (Л!) 4 Н 03 К 9/06, Н 03 Г! 1/60, Г 01 R 23/00

2 индикации и регистрации различных физических величин, произвольно изменя- ющих свое значение в ходе технологического процесса или научного эксперимента. Цель изобретения — повышение точности преобразования. Лля этого в устройство, содержащее усилитель-ограничитель 1, дифференцирующий элемент 15, ключи 11, 12 и элемент 14 памяти, выполненный на конденсаторе, введены генератор 7 пилообразного напряжения, компаратор 8, триггеры 2, 4, 6, элементы

И 3 и 9 и элементы 5 и 10 задержки.

Введение этих блоков позволяет уменьшить динамическую составляющую погрешности преобразования эа счет организации следящей системы. 2 ил.

3 1 з01263

Изобретение Отна< ит«я к и зл<«рительной т«хник<., «1> д><я знал«но для снятия xäðëxò<.ристик рапир измерения, индикации и регистрации различных физических величин, произвольно изменяющих свое значение в ходе технологического процесса или научного эксперимента.

На *иг.! представлена функциональная схема предложенного устройства, на фиг ° 2 — эпюры напряжений, соответ- 15 ствующие двум состояниям работы устройства.

Устройство (фиг.1) содержит усилитель-ограничитель 1 входного сигнала, триггер 2, элемент И 3, триг- 20 гер 4, элемент 5 задержки, триггер 6, генератор 7 пилообразного напряжения, компаратор 8, элемент И 9, элемент 10 задержки, ключи 11 и 12, дифференцирующий элемент 13, элемент 25

14 памяти, выполненный на конденсаторе, дифференцирующий элемент 15.

Устройство работает следующим образом.

На вход усилителя-ограничителя 1 30 (фиг.1) поступает синусоидальный сигнал от датчика (эпюра а, фиг.2). На выходе усилителя-ограничителя 1 формируется сигнал прямоугольной формы, после дифференцирования одного иэ фронтов которого дифференцирующим элементом 15 выбираются короткие импульсы (эпюра 0 ). Первым входным импульсом триггера 2 и 6 устанавливаются в состояние "О" (эпюры <> и 2 ) 40 причем триггер 6 — с некоторой задержкой на элементе 5 задержки. Состоянием "О" триггера 6 разрешается генерирование пилообразного напряжения генератором 7 крутизной, соответст- 45 вующей уровню напряжения, хранящемуся на элементе 14 памяти, представляющем собой запоминяюш< конденсатор. Так как в исходном состоянии напряжение на запоминающем конденсаторе 14 мало, напряжение на выходе генератора 7 будет увеличиваться медленно и до прихода второго входного импульса не успеет нарасти до уровня U заданного в качестве о опорного компаратору 8. Второй входной импульс приходит в то время, ког— да триггер 6 находится в состоянии

"О". <,<>стоянием "1" с инверсног<> Вь<хада триггера 6 (:>нюра 7 ) разрешается н1>Охаждение ВТОРОГ(> ВхОднОГО им пульса на единичный Вход триггера 4 через элемент И 3. Триггер 4 переводится н состояние "1" (эпюра g), обеспечивающее замыкание переключателя 12 и заряд запоминающего конденсатора 14. Одновременно с зарядом запоминающего конденсатора 14 увеличивается скорость нарастания выходного напряжения генератора. 7.

Этот процесс продолжается до тех пор, когда выходное напряжение генератора 7.возрастет до уровня напряжения а

В момент равенства напряжений компаратор 8 срабатывает (эпюра Е ) и через дифференциру«>щий элемент 13 переводит триггер 6 в состояние "1", а триггер 4 с задержкой на элементе

10 — в "О". Состоянием "1" триггера 6 генератор 7 обнуляется. Состояние

"О" триггера 4 обеспечивает запирание переключателя 12, на запоминающем конденсаторе 14 хранится накопленное напряжение.

В установившемся режиме период генератора 7 равен периоду входных сигналов ° Если по какой-либо причине (например, за счет увеличения частоты входных сигналов) период генератора 7 окажется больше периода входных сигналов, произойдет описанный процесс и на выходе триггера 4 вырабатывается импульс, длительность которого равна разности между длительностью генератора 7 и периодом

Входного сигнала, включится ключ 12 и обеспечит подзаряд запоминающего конденсатора на величину, пропорциональную разности периодов, Если по какой-либо причине (напри- мер, за счет уменьшения частоты входного сигнала) период генератора окажется меньше периода входного сигналя (фиг.2, зона В), к моменту прихода второго импульса (эпюра 3 ) триггер 6 успеет возвратиться в состояние "1" импульсом (эпюра e ) с выхода генератора 7, и второй импульс входного сигнала через эпемент И 3 не пройдет, так как на второй вход элемента 3И в это время поступает нулевое напряжение с инверсного выхода триггера 6. Триггер 4 остается в состоянии О" (эпюра ) ), разрешая своим инверсным напряжением (зпюра u ) 1501263

20 где I — ток заряда, С вЂ” емкость конденсатора, U — напряженнE p(> K0Topol o заряжается конденсатор, время заряда, равное периоду вх >дногс сигнала.

55

Так, для аряла кс нденсатора емкогт! ю 1 мкФ 1() " до нап(>яжения

1 В при скаля< nf>p.. эн и вк.>ючении сигпрохождс нис очередного выходного им— пульса генератора 7 через элемент

И 9 на единичный вход триггера 2 (эпюра a ). Этим импульсом триггер 2 устанавливается в состояние "1" (эпюра a ), разрежая разряд запоминающего конденсатора 14 через переключатель 11. Конденсатор 14 будет разряжаться до прихода очередного импульса (эпюра 1> ) входного сигнала, который возвращает в состояние 0 триггер 2 (эпюра A). Время разряда запоминающего конденсатора !4 равно разности между периодом входного 15 сигнала и периодом генератора 7, что позволяет обеспечить разряд запоминан>щего конденсатора 14 до нужной величины практически за один период входного сигнала.

При стабильной частоте входного сигнала в устройстве устанавливается динамическое равновесие, в результате которого на запоминающем кон, денсаторе 14 поддерживается напря- 25 жение, при котором период генератора 7 равен периоду входного сигнала, величина этого напряжения обратно пропорциональна периоду генератора 7 и входного сигнала, а следовательно, gp пропорциональна частоте входного сигнала.

При изменении частоты входного сигнала практически за время одного периода происходит подзаряд или раз35 ряд запоминающего конденсатора 14 до величины, пропорциональной частоте входного сигнала. Постоянйая времени и ток заряда (или разряда) должны выбираться так, чтобы за вре- 40 мя периода входного сигнала обеспечивался полный заряд конденсатора.

Связь тока и напряжения заряда с параметрами цепи определяется общеиз.вестным уравнением 45 нала с чагтотс>й 1()() 1 ц необходимо обеспечить ток

1() ф 1 P o

Z= ---,---=1() Л=-О i мЛ.

1() 10 г

1 еальная нег таГ>ильн< г.тл элементов цепей перезаряда мсжет привести к недорегулирс>ванию и увеличению на несколько процентов (пропорционально изменению номиналов элементов) врем< ни переходных процессов или к перерегулированию, связанному с возможностью появления колебаний неустойчивости и возбуждения в полном гоответствии с теорией устойчивости замкнутых следящих систем. Для исключения такс>й воэмс>жиог.ти в цепях перезаряда должны использоваться элементы с повышенной стабильностью или постоянная времени цепей перезаряда должна быть увеличена на величину возможной нестабильности элементов (несколько процентов) с тем расчетом, чтобы при наихудших гочгтаниях элементов не нарушалагь уг>с>йчивость.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

11реобразователь чагтоты в напряжение, содержащий усилитель-ограничитель, вход которого явпяется входной шиной, а выход соединен с входом первого дифференцирующего элемента, первый и второй ключи, выходы которых оГ>ъединены, и элемент памяти, выполненный на конденсаторе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования за счет уменьшения динамической составляк>щей погрешности преобразования, введены генератор пилообразного напряжения, компаратор, второй дифференцирующий элемент, два элемента задержки, два элемента

И, первый, второй и третий триггеры, прямые выходы которых соответственно подключены к входам первого и второго ключей и первому вх ду генератора пилообразного напряже ия, второй вход которого соединен с первой обкладкой конденсатора и подклк>чvн к выходу первого ключа, втс рая обкладка конденсатора соединена г шиной нулевого потенциала, инвергный выход первого триггера подключен к первому входу первого элемента 11, гторой вход которого объединен г вх дом устанс>вки

1 5012á 3

Составитель 8.1 ейнрихс

Техред Л.Олийнык

Корректор М.Васильева

Редактор М.Келемеш

Заказ 4890/55 Тираж 884 Подписное

ВНПИПИ Государе гненного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комби ат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 в 1 третьего триггера и подключен к выходу второго дифференцирующего элемента, вход которого подключен к выходу компаратора, вход которого подключен к выходу генератора пилооб\ разного напряжения, выход второго дифференцирующего элемента через первый элемент задержки подключен к входу установки в "0 первого триггера, вход установки в "1" которого соединен с выходом второго элемента

И, п рньи вход которого соединен с инверсным выходом третьего триггера, а второй вход объединен с входом установки в "0" второго триггера и подключен к выходу первого дифференцирующего элемента, выход которого через второй элемент задержки

11 н подключен к входу установки в 0 третьего триггера, выход первого элемента И соединен с входом установки в "1" второго триггера.