Дифференциальный измерительный преобразователь

Авторы патента:

Хозинский Вячеслав Владимирович (RU)

Верещагин Александр Иванович (RU)

H03K5/19 - контроль характеристик серий импульсов (индикация амплитуды G01R 19/00; индикация частоты G01R 23/00; измерение характеристик отдельных импульсов G01R 29/02)

G01R23/10 - путем преобразования частоты в последовательность импульсов и их подсчета

Владельцы патента RU 2699255:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям с частотной формой выходных сигналов. Техническим результатом является обеспечение проверки работоспособности частотозадающих элементов и всего измерительного преобразователя по значению выходной частоты. Устройство содержит два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, формирователь сигналов разностной частоты, генератор опорной частоты, блок управления, формирователь временного интервала, элемент квантования, счетчик числа импульсов, устройство сравнения кода, блок нормирования частоты. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям с частотной формой выходных сигналов.

Известен измерительный преобразователь (см. патент №2432671, опубликованный в БИ №30 27.10.2011 г.), содержащий два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и поэтому взято в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является отсутствие отдельных систем контроля работоспособности в составе дифференциального измерительного преобразователя, позволяющих проводить диагностику частотозадающих элементов на основе пьезорезонансных датчиков.

Решаемой технической задачей является расширение функциональных возможностей дифференциального измерительного преобразователя за счет введения системы диагностики с функцией допускового контроля частоты для проверки работоспособности до его использования.

Достигаемым техническим результатом заявляемого дифференциального измерительного преобразователя является применение системы диагностики с функцией допускового контроля частоты, при помощи которой осуществляется проверка работоспособности частотозадающих элементов и всего измерительного преобразователя по значению выходной частоты.

Для достижения технического результата в дифференциальном измерительном преобразователе, содержащем два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты, новым является то, что дополнительно введены генератор опорной частоты, блок управления и последовательно соединенные формирователь временного интервала, элемент квантования, счетчик числа импульсов и устройство сравнения кода, выход которого является первым выходом устройства, группа входов которого является первой группой входов устройства сравнения кода, а вторая группа входов устройства сравнения кода соединена с группой выходов счетчика числа импульсов, при этом второй вход элемента квантования соединен с выходом генератора опорной частоты, первый вход формирователя временного интервала соединен с выходом блока управления, вход которого является пусковым входом устройства, а второй вход формирователя временного интервала соединен с выходом формирователя сигналов разностной частоты непосредственно или через блок нормирования частоты и является вторым выходом устройства.

Применение в составе дифференциального измерительного преобразователя системы диагностики, состоящей из блока нормирования частоты, блок управления, формирователя временного интервала, генератора опорной частоты, элемента квантования, счетчика числа импульсов, устройства сравнения кода позволяет определять соответствие частоты на выходе блока нормирования частоты или непосредственно с выхода формирователя сигналов разностной частоты заданному допусковому диапазону частот, свидетельствующему о работоспособности узлов дифференциального измерительного преобразователя: генераторов с частотозадающими элементами, формирователя сигналов разностной частоты, что расширяет функциональные возможности заявляемого устройства.

На фигуре 1 изображена функциональная схема дифференциального измерительного преобразователя.

Дифференциальный измерительный преобразователь содержит два генератора частотных сигналов 1 и 2 с частотозадающими элементами 3 и 4, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты 5, генератор опорной частоты 6, блок управления 7 и последовательно соединенные формирователь временного интервала 8, элемент квантования 9, счетчик числа импульсов 10 и устройство сравнения кода 11, выход которого является первым выходом устройства, группа входов которого является первой группой входов устройства сравнения кода 11, а вторая группа входов устройства сравнения кода 11 соединена с группой выходов счетчика числа импульсов 10, при этом второй вход элемента квантования 9 соединен с выходом генератора опорной частоты 6, первый вход формирователя временного интервала 8 соединен с выходом блока управления 7, вход которого является пусковым входом устройства, а второй вход формирователя временного интервала 8 соединен с выходом формирователя сигналов разностной частоты 5 непосредственно или через блок нормирования частоты 12 и является вторым выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. С выходов генераторов 1, 2 (см. фигуру 1) на входы формирователя сигналов разностной частоты 5 подаются периодические сигналы прямоугольной формы. Резонансные частоты пьезорезонансных датчиков на основе частотозадающих элементов 3, 4 и, соответственно, частоты с выходов генераторов 1, 2, зависят от значения преобразуемой (измеряемой) величины. Принцип работы формирователя сигналов разностной частоты 5 аналогичен прототипу.

Частота на выходе формирователя сигналов разностной частоты 5 определяется выражением

где х - измеряемый параметр на входе частотозадающих элементов 3, 4;

ƒ₀ - начальная разность частот при х=0;

k - коэффициент преобразования измерительного преобразователя.

Частота с выхода формирователя сигналов разностной частоты 5 подается на вход блока нормирования частоты 12, при помощи которого разность частот приводится к нормированному значению

где k_H - коэффициент передачи (подстройки) блока нормирования частоты.

Далее частотный сигнал с выхода блока номирования частоты 12 подается на первый вход формирователя временного интервала 8, а на второй вход которого с выхода блока управления 7 поступает стартовый сигнал, который формируется подачей сигнала на его пусковой вход '"Пуск'".

Если технологический разброс резонансных частот частотозадающих элементов 3, 4 пьезорезансных датчиков небольшой и при этом обеспечивается стабильность значения начальной разности частот ƒ₀, то блок нормирования частоты 12 может не применяться и при этом частотный сигнал с выхода формирователя сигналов разностной частоты 5 подается непосредственно на первый вход формирователя временного интервала 12.

На выходе формирователя временного интервала 8 формируется прямоугольный импульс длительностью Т_И, равной периоду частоты F_H(x) при x=0. Далее, сформированный временной интервал Т_И при помощи элемента квантования 9 заполняется прямоугольными импульсами, поступающими с выхода генератора опорной частоты 6. Количество импульсов во временном интервале Т_И определяется по формуле

где Т_ГОЧ - период сигнала с выхода генератора опорной частоты.

Таким образом, при подсчете числа импульсов по (1) происходит преобразование частоты в код и при этом происходит округление до меньшего целочисленного значения кода.

При помощи счетчика числа импульсов 10 производится подсчет числа импульсов в пачке и на его группе выходов N_ВЫХ устанавливается двоичный код, соответствующий числу N_И.

Двоичный код с группы выходов N_ВЫХ счетчика числа импульсов 10 подается на группу входов устройства сравнения кода 11, где производится сравнение с двоичным кодом, установленным на группе других входов N_УСТ.

При равенстве двоичных чисел N_УСТ=N_И на выходе устройства сравнения кода и соответственно, на втором выходе устройства Uвых, формируется логический сигнал высокого уровня (лог. "1").

При несоответствии (неравенстве) кодов N_УСТ и N_И можно сделать вывод, что начальная частота F_H(x) при x=0 находится за пределами установленного допуска и на выходе устройства сравнения кода 11 устанавливается логический сигнал низкого уровня (лог. "0"). Начальная частота F_H(x) может измениться, например, при выходе из строя одного или обоих частотозадаюших элементов 3, 4 или из-за нестабильности работы генераторов 1, 2.

При N_И>N_УСТ может происходить переполнение счетчика числа импульсов 10 и, при этом, на его выходе Uп формируется логический сигнал высокого уровня, который также учитывается при сравнении двоичных кодов чисел N_И, N_УСТ.

Допусковый диапазон частот определяется значениями частот на входе формирователя временного интервала 8, которые в результате преобразования по (1) укладываются в одно целочисленное значение двоичного кода N_И, и при этом обеспечивается его равенство с заданным двоичным кодом N_УСТ.

Граничные значения F_доп__min, F_доп__max допускового диапазона частот можно определить при расчете по двум соседним значениям соответствующих двоичных кодов, например (N_УСТ-1) и N_УСТ

где F_ГОЧ - частота с выхода генератора опорной частоты 6.

Из (2), (3) видно, что величина частот F_доп__min, F_доп__max допускового диапазона зависит от значения выбранного двоичного кода N_УСТ и для каждого конкретного применения задается значением N_УСТ и выбором значения частоты F_ГОЧ с выхода генератора опорной частоты 6.

С увеличением значения двоичного кода N_УСТ, задаваемого на группе входов устройства сравнения, происходит уменьшение допускового диапазона частот .

Если в составе отказоустойчивой измерительной системы имеется несколько дублирующих дифференциальных измерительных преобразователей, то по анализу логических сигналов со второго выхода U_вых каждого из дифференциальных измерительных преобразователей можно выбрать работоспособный измерительный канал перед началом применения.

Работоспособность предлагаемого технического решения экспериментально проверена и подтверждена испытаниями действующих макетов дифференциального измерительного преобразователя.

Дифференциальный измерительный преобразователь, содержащий два генератора частотных сигналов с частотозадающими элементами, выходы которых соединены со входами формирователя сигналов разностной частоты, отличающийся тем, что дополнительно введены генератор опорной частоты, блок управления и последовательно соединенные формирователь временного интервала, элемент квантования, счетчик числа импульсов и устройство сравнения кода, выход которого является первым выходом устройства, группа входов которого является первой группой входов устройства сравнения кода, а вторая группа входов устройства сравнения кода соединена с группой выходов счетчика числа импульсов, при этом второй вход элемента квантования соединен с выходом генератора опорной частоты, первый вход формирователя временного интервала соединен с выходом блока управления, вход которого является пусковым входом устройства, а второй вход формирователя временного интервала соединен с выходом формирователя сигналов разностной частоты непосредственно или через блок нормирования частоты и является вторым выходом устройства.

Похожие патенты:

Формирователь меток времени // 2665283

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике. Технический результат заключается в увеличении информационной емкости кода номера меток времени.

Устройство оценки параметров нестационарного канала связи // 2663471

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для формирования импульсной характеристики нестационарного канала связи. Технический результат заключается в снижении погрешности оценки импульсной характеристики нестационарного канала связи.

Устройство для контроля временных рассогласований импульсных последовательностей // 2363093

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых автоматических системах. .

Селектор импульсной последовательности // 2317640

Изобретение относится к радиотехнике и импульсной технике для селекции и измерения параметров регулярных и случайных импульсных последовательностей. .

Рециркуляционный накопитель пачки взаимно когерентных радиоимпульсов // 2314638

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в локации в качестве обнаружителя пачки взаимно когерентных радиоимпульсов. .

Селектор импульсной последовательности // 2309533

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах анализа импульсов для выделения импульсов с заданными параметрами по длительности, амплитуде и периоду.

Селектор импульсов // 2309532

Управляемый формирователь импульсов // 2257003

Изобретение относится к импульсной цифровой технике, предназначено для формирования выходных импульсов с требуемой длительностью по каждому из трех событий (по фронту сигнала на первом управляющем входе, по нулевому уровню сигнала от замыкающей кнопки с подавлением дребезга при единичном сигнале на первом управляющем входе, при обнаружении пропуска импульса или “зависания” (прекращения изменения) сигнала на импульсном входе при разрешении единичными сигналами на первом и втором управляющих входах), и может быть использовано, например, в качестве формирователя импульсов системного сброса (RESET (RST)) устройства программного управления (УПУ) с энергонезависимым оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) обслуживаемой или необслуживаемой микроконтроллерной или микропроцессорной системы (М-системы) обработки информации и управления с поддержкой режима аппаратного сторожевого таймера для перезапуска УПУ при “зависании” прикладной программы М-системы, проектируемой с учетом следующих основных принципов [1]: программного управления, магистрального обмена информацией, модульного построения и наращивания вычислительной мощности.

Устройство для формирования импульсов // 2256288

Изобретение относится к импульсной цифровой технике, предназначено для формирования выходных импульсов с требуемой длительностью по каждому из трех событий (при включении питания, по сигналу от замыкающей кнопки с подавлением дребезга, при обнаружении пропуска или “зависания” (прекращения изменения) импульсов входного импульсного сигнала, при разрешении обнаружения) и может быть использовано, например, в качестве устройства для формирования импульсов системного сброса (RESET (RST)) микроконтроллерной или микропроцессорной системы (М-системы) обработки информации и управления с функцией аппаратного сторожевого таймера для перезапуска прикладной программы при “зависании” М-системы, проектируемой с учетом следующих основных принципов [1]: программного управления, магистрального обмена информацией, модульного построения и наращивания вычислительной мощности.

Устройство для формирования импульсов // 2248089

Изобретение относится к импульсной цифровой технике для формирования импульсов требуемой длительности по каждому из трех событий: при включении питания, по сигналу замыкающей кнопки с подавлением дребезга, при обнаружении пропуска или прекращения изменения входных импульсов при разрешении обнаружения.

Прецизионный цифровой частотомер // 2679930

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в радиотехнике, электротехнике, метрологии и других отраслях промышленности для прецизионного измерения частоты синусоидальных сигналов, отклонений частоты и фазы от номинального значения, временных интервалов, а также для получения статистических параметров, характеризующих стабильность частоты за различные периоды времени.

Частотомер // 2673240

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к средствам оценивания статистических характеристик обнаружения радиосигналов, и может быть использовано для измерения частоты появления сигналов радиоэлектронных средств, а также проведения экспериментальных исследований.

Способ измерения несущей частоты амплитудо-модулированного сигнала // 2647986

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения несущей частоты амплитудо-модулированного сигнала. Для измерения несущей частоты радиоимпульса формируются два временных интервала.

Способ испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к электромагнитному полю // 2640376

Изобретение относится к электрическим испытаниям транспортных средств. В способе испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к внешнему электромагнитному полю испытываемое электрооборудование устанавливают в бортовую сеть транспортного средства и подвергают воздействию внешнего излучения с заданными параметрами.

Способ измерения частоты // 2638972

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения частоты периодических сигналов. Способ измерения частоты заключается в том, что задают уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации.

Способ измерения отношения частот // 2589351

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения отношения частот периодических сигналов. Способ заключается в том, что формируют из целого числа периодов частоты первого сигнала первый измерительный интервал времени, получая первый код, в течение которого подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая третий код, одновременно с этим формируют из целого числа периодов частоты второго сигнала измерительный интервал времени, получая второй код, в течение которого подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая четвертый код, при этом отношение частот первого и второго сигналов получают путем умножения первого кода на четвертый код, второго кода на третий код и делением первого произведения кодов на второе произведение кодов.

Асинхронный панорамный радиоприемник // 2521702

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Асинхронный панорамный радиоприемник содержит последовательно соединенные антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, первый асинхронный детектор, первый видеоусилитель, дифференцирующую цепь и вертикально-отклоняющие пластины первого осциллографа, горизонтально-отклоняющие пластины которого соединены с выходом блока формирования частотной развертки, последовательно подключенные к выходу гетеродина фазовращатель на 90°, второй асинхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, второй видеоусилитель и горизонтально-отклоняющие пластины второго осциллографа, последовательно подключенные к выходу дифференцирующей цепи формирователь импульса, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого видеоусилителя, и вертикально-отклоняющие пластины второго осциллографа, при этом управляющие входы входной цепи, усилителя высокой частоты, гетеродина и блока формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока управления.

Цифровой измеритель частоты // 2517783

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения, предназначено для измерения частоты следования импульсных сигналов. Цифровой измеритель частоты включает блок логический, блок реверсивного счета, блок логический формирования временного интервала измерения, блок определения временного интервала, счетчик периодов интервала измерения, автомат управления точностью измерения частоты, буфер количества импульсов, буфер начальной установки блока реверсивного счета, буфер временного интервала, буфер минимального временного интервала, буфер нормирующего коэффициента, буфер периода дискретизации, шинный интерфейс, генератор импульсов эталонной частоты.

Устройство для измерения частоты сетевого напряжения при несинусоидальных помехах // 2517759

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит входное устройство, кварцевый генератор, формирующее устройство, делитель частоты, управляющее устройство, временной селектор, счетчик, дешифратор.

Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному излучению грозового разряда // 2514316

Изобретение относится к электрическим испытаниям электрооборудования на восприимчивость к электромагнитному воздействию. Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному воздействию, в котором испытуемую систему управления в составе транспортного средства подвергают импульсному воздействию электромагнитного излучения с помощью генератора грозового разряда.