Функциональный цифровой преобразовательчастоты

 

ВС (A - » q =:,ю1 о и и с"к- Ф е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

300956

Сиоз Сопетслнл

Социал исти ческил

Республин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства М—

МПК Н 03k 3;02

G 01r 23!02

Заявлено 07.Ч11,1969 (Xo 1344437/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 07.1Ч.1971. Бюллетень ¹ 13

Комитет по делам изобретений и открытнй при Совете Министров

СССР

УДК 681.325:621.317..76 (088.8) 1

Дата опубликования описания 11.VI 1971

Автор изобретения

P. С. Ермолов

Заявитель

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области цифровой измерительной техники.

Известны «ас1отные и время-импульсные датчики, позволяющие принципиально измерять любую физическую величину.

Однако частотные датчики имеют нелинейную выходную характеристику, поэтому после измерения частоты необходимо так обрабатывать результат, чтобы была воспроизведена функция, обратная выходной характеристике датчика.

В сложных информационно-измерительных системах, работающих совместно с цифровой вычислительной машиной, такая операц|ия может быть выполнена вычислительной машиной.

Однако относительно простые системы не имеют вычислительной машины и в них нужно линеаризировать выходную характеристику датчика непосредственно в цифровом преобразователе.

Известен функциональный цифровой преобразователь частоты, содержащий устройство управления, генератор опорных частот, устройство автоматического выбора пределов измерения, схемы совпадения, реверсивный счетчик с устройствами выбора направления счета и выбора считывания.

Однако такой преобразователь не универсален и имеет большое время измерения.

11ель изобретения — повысить быстродействие и расширить функциональные возмож. ности преобразователя.

Для достижения этой цели преобразова5 тель содержит триггер, запоминающий регистр, счетчик участков аппроксимации, причем один из входов триггера подключен к выходу устройства управления, а выход триггера через схему сборки соединен с клапаном ге10 нератора огорных частот, выходы которого подключены ко входам схем совпадения. выходы одних из этих схем совпадения через схему сборки соединены со входом устройства управления, а вторые входы других схем совпадения включены иа входы устройства функций, выходы этих схем совпадения через последовательно соединенные вторую схему сборки и клапан подключены ко входу счетчика участков аппроксимации, вы20 ходы которого через соответствующие схемы сравнения и третью схему сборки соеди»сны со входом устройства выбора пределов »з.,.— рения, кроме того выход одной из этих схем сравнения подключен к устройству выбора направления счета реверсивного счет9 чика, выход устройства выбора»аиравления считывания соединен со входом запоминающего регистра, выход которого подключен ко входу устройства сравнения кодов, Зн вторым входом соединенного со счетчиком

300956 участков аппроксимации, а выходом — со вторым входом триггера.

Функциональная схема устройства представлена на чертеже.

Преобразователь содержит устройство управления 1, реверсивный счетчик результата 2 с устройствами выбора направления счета 8 и выбора направления считывания 4, устройство 5 автоматического выбора пределов, генератор б образцовой частоты, делитель 7 образцовой частоты, клапан 8, триггер 9 цикла коррекции, управляющий через собирательную схему 10 клапаном 8, элемент задержки 11, через которую осуществляется сброс устройства автоматического выбора пределов, запоминающий регистр 12, счетчик 18 участков аппроксимации, устройство 14 сравнения кодов, схемы сравнения 15 — 18. объединяемые по выходам собирательной схемой 19; схемы совпадения 20 — 24, объединяемые по выходам собирательной схемой 25, схемы совпадения

2б — 29, объединяемые по выходам схемой сборки 30 и клапан 81.

В осно ву работы устройства положено использование кусочно-линейной аппроксимации обратной функции частотного датчика.

При линейной выходной характеристик1 измеряемый параметр был бы связан с частотой линейной зависимостью у = а . + а,/ (1) где а О и а 1 — постоянные коэффициенты;

f,„. — текущее значение частоты;

y — измеряемый параметр.

При любой характеристике датчика результат измерения без линеаризации определяется выражением (1). Тогда нелинейность характеристики приводит к погрешности. Чтобы исключить эту погрешность, результат измерения необходимо скорректировать на величин разности между выражением (1) и реальной обратной функцией датчика. Можно показать, что поправка для любого вида обратных функций определяется выражением, а,— а„

1+ ", (a. — а„-) f +

oi o — (а, — а„) (f, f,), где а„-, а„— коэффициенты для /-ro участка аппроксимации;

fg — начальное значение частоты на выходе датчика.

Как видно из последнего выражения, поправка является линейной функцией измеряемой частоты датчика. Следовательно., в счетчик результата необходимо вводить импульсы некоторой образцовой частоты в течение времени, пропорционального измеренной частоте.

Пусть время введения поправки равно

Т,,=—

/ок где fo. — некоторая образцовая частота;

Уо, N, — показатели счетчика, соответствующие частотам fo и f,- соответственно. с1/о = Т, /o = — -= а,%;

5 Но

N,, Т, f — = аД, Тогда частота импульсов коррекции результата измерения íà i-м участке (f,.=f,- ) должна равняться

/ /

//,, а„— ао, а, — а„. а,, — а, а, 15 а, — а„ с /ол+ / /ол"

/с /"

Аналогичные выражения могут быть получены и в случае измерения временных интервалов.

Для данного способа организации функционального преобразования справедливы следующие ВыВоды:

1. Частоты корректирующих импульсов для соответствующего участка аппроксимации не зависят от абсолютного значения частоты на выходе датчика, а зависят лишь от точности аппроксимации или интервала аппроксимации

< gif

Qf — н девиации частоты

fo fo

35 2. Для всех частотных датчиков, характеризующихся одним видом нелинейности, независимо от абсолютного значения частоты на выходе, при одной и той же точности аппроксимации частоты корректирующих импульсов

40 для одноименных участков аппроксимации остаются неизменными.

3. Для функций с другим видом нелиней ности значения коэффициентов а,,- и а„. изменяются. Однако, изменяя образцовую час45 тоту f можно сохранить частоты корректи рующих и м пульсов по учаспкам ап проксима ции такими >ке, как и для любого другого вида. Это позволяет погтс>оить цифровоч

% функциональный прьобраз,/ атель частоты i!

50 временных интервалов для широкого ряда функций без существенного усло>кнения схемы прибора.

Преобразователь работает следу1ощим образом.

По команде «Запуск» производится общий сброс устройства в исходное состояние, и через определенное время, необходимое для сброса, начинается процесс измерения частоты или временного интервала, поступающих на

6О вход устройства управления 1 обычного цифрового частотомера. При измерении работают реверсивный счетчик 2 результата, генератор образцовых частот и образцовых интервалов времени, включающий генератор образцовой ь5 частоты, клапан 8, открываемый устройством

300956

25 у правления через собирательную схему 10 I! делитель частоты 7 и устройство 5 автоматического выбора пределов. При этом устройство 8 выбора направления счета устанавливается в положение «+».

По команде конца измерения, поступающей из устройства управления 1, начинается НрОцесс коррекциями результата измерения. При этом код результата считывается в запоминаю.ций регистр 12, устройство 5 выбора пределов через элемент задержки 11 сбрасывается в исходное состояние и переключается в еди нп гное состояние триггер 9. В результате через сборку 10 открывается клапан 8 и подготавливается к работе клапан 81.

Кроме того, в зависимости от вида линеаризуемой функции подготовлена к работе одна из схем 2б — 29. Импульсы одной из образцовых частот f„., — f„, через выбранную схему совпадения начинают поступать в счетчик 18 участков коррекции. Одновременно с этим импульсы корректирующей частоты f «I соответствующие первому участку аппроксимации, через схему совпадения 20 и схему 25 начинают поступать на счетчик результата через устройство управления 1 и устройство выбора направления счета 8, уста новленное в положение «+» или « — » в зависимости от соотношения коэффициентов а „. и а I. При а,i)a 1 поправка положительна и, следовательно, устройство 8 включается в положение «+»; при а„а i поправка отрицательна, чему должно соответствовать положение « — » устройства 8, и при а„=а I поправка равна нулю. Импульсы частоты поступают на вход счетчика результата 2 до тех пор, пока не появится команда на выходе устройства 14, сравнения кодов, если измеренное значечие частоты относится к первому участку аппроксимации. Импульс с выхода устройст|ва сравнения кодов:переключает триггер 9 в нулевое состояние. в результате чего закрывается клапан 8, и процесс коррекции заканчивается. Если измеренное значение частоты относится ко второму участку аппрокси мации, то импульсы частоты /„поступаюг на счетчик 2 до тех пор, пока в счетчике 18 участков аппроксимации не будет набрано число, соответствующее концу первого участка аппроксимации. В этот момент на выходе схемы сравнения 15, представляющей собой схему совпадения, появляется импульс, который поступает на вход устройства 1 автоматического выбора пределов.

В результате схема совпадения 20 закрывается и открывается схема совпадения 21, соответствующая корректирующей частоте f „ второго участка аппроксимации. Коррекция продолжается до тех пор, пока в счетчике 13 не будет набрано число, равное числу, хранимому в регистре 12. зо

4О

Прибор работает аналогично, если измеренное значение частоты относится к третьему или любому последующему участку аппроксимации. До тех пор, пока не изменяется соотношение между коэффициентами а„и а ь устройство 8 не переключается.

При изменении знака разности а „вЂ” а I устройство 8 должно переключиться (на схеме чертежа показано изменение знака этой разности, начиная с четвертого участка аппроксимации). При этом импульсом с выхода схемы сравнения 17 переключается устройство

8 счетчика результата 2.

Предложенный преобразователь частоты и временных интервалов является универсальным устройством, позволяющим отрабатывать широкий кпуг функций. При этом время корреиции, определяемое значением частоты /О„-, может быть значительно меньше времени измерения частоты и выбрано настолько малым, насколько допускает быстродействие счетчиков.

Предмет изобретения

Функциональный цифровой преобразователь частоты, содержащий устройство управления, генератор образцовых частот, устройство автоматического выбора пределов измереши, схемы совпадения, реверсивный счетчик с устройствами выбора направления счета и выбора направления считывания, отлича ои ийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей преобразователя, он содержит триггер, звлюминающий регистр, счетчики участков аппроксимации, причем один из входов триггера подключен к выходу устройства управ",åíèÿ, а выход триггера через схему сборки соединен с клапаном генератора образцоBI,Ix частот, выходы которого подключены,ко входам схем совпадения, выходы одних из этих схем совпадения через схему сборки соединены со входом устройства управления, а вторые входы других схем совпадеши включены на входы устройства задания функций, выходы этих схем совпадения через последовательно соединенные вторую схему сборки и клапан подкл|очены iKQ входу счетчика участков аппроксимации, выходы которого через соответствующие схемы сравнения и третью схему сборки соединены со входом устройства выбора пределов измерения. кроме того выход одной нз этих схем сравнения подключен к устройству выбора направления счега реверсивного счетчика, выход устройства выбора направления считывания соединен со входом запоминающего регистра, выход которого подключен ко входу устройства сравнения кодов, вторым входом соединенного со счетчиком х частков аппроксимации, а выходом — со ВТорым входом триггера.

300956

Вид нелиией косту

Лабуан +

Составитель Е. Семенова

Техред Л. Л. Евдонов Корректор Е. Н. Миронова

Редактор Л. А. Утехина

Тип. Харьк. фил. пред, «Патент»

Заказ i66/660 Изд, Arо 492 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открьтий при Совете Министров ССС>

Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5