Способ цифрового измерения мгновенной частоты медленно меняющихся процессов

 

ii) 450И2 спи е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сани Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 02.02.73 (21) 1878410/18-10 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Оп .бликовано 15.11,74. Бюллетень № 42 (51) М. Кл. G 01г 23/02

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.317.761 (088.8) Дата опубликования описания 02.12.75 (72) Автор изобретения

С. В. Жевнеров (71) Заявитель (54) СПОСОБ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННОЙ

ЧАСТОТЫ МЕДЛЕННО МЕНЯЮЩИХСЯ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к области электрических измерений и, в частности, предназначено для цифрового измерения мгновенной частоты процессов малой скорости как детерминированных, так и медленно меняющихся.

Изобретение может быть использовано при исследовании временных дрейфов усилителей постоянного тока, их возбуждения на инфранизких частотах, переходных процессов в цепях с большими значениями постоянной времени, а также в медицине при измерении частоты пульса, дыхания и других физиологических параметров.

Известен способ цифрового измерения мгновенной частоты медленно меняющихся процессов, при котором измерение мгновенной частоты процесса производится путем регистрации каждого интервала между соседними импульсами.

Способ предусматривает преобразование периода в напряжение постоянного тока, характер изменения которого с целью линеаризации шкалы (при реализации способа) корректируется с помощью диодно-резистивных цепей, обеспечивающих кусочно-линейную аппроксимацию гиперболической функции. Необходимость применения коррекции, выполненной по гиперболическому закону, обусловлена тем, что при измерении частоты имеет место обратная зависимость шкалы (убывает с увеличением частоты) и ее нелинейный характер.

Скорректированное напряжение преобразуют в интервал времени, значение которого об5 ратно пропорционально периоду входного сигнала и прямо пропорционально частоте входного сигнала.

Однако известный способ обладает значительной погрешностью измерения, обусловлен10 ной недостаточно высокой степенью точности воспроизведения гиперболической функции.

Другим недостатком является низкое быстродействие устройств, реализующих известный способ. Уменьшение быстродействия обуслов15 лено тем, что процесс измерения начинается только со второго импульса; первый импульс, поступивший на схему измерения, подготавливает ее к работе.

Реализация известного способа требует

20 сложной схемы, неудобной в настройке и эксплуатации, что обусловлено использованием аналогового функционального преобразователя, стабильных источников зарядного напряжения и т. д.

25 Для повышения быстродействия и точности измерений по предлагаемому способу интервал преобразования между двумя соседними импульсами запоминают, формируют импульсы, частота следования которых прямо проЗО порциональна запомненному напряжению, затем из импульсной последовательности с одинаковой частотой следования импульсов вы деляют два первых и измеряют временной интервал между ними.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ, и показаны формы сигналов, формируемых ее узлами.

Блок-схема содержит следующие основные функциональные узлы: управляемое устройство памяти 1, импульсный генератор 2 с линейной модуляционной характеристикой, старт-стопную схему (отмечена пунктирной линией), содержащую узлы 3 — 6, и генератор

7 опорной частоты.

Измерение частоты производят следующим образом. Импульсы измеряемой частоты процессов, преобразованные в электрические сигналы, поступают на вход управляемого устройства памяти 1, представляющего собой управляемый генератор пилообразного напряжения (стабилизатор тока с запоминающим конденсатором). Первый импульс запускает генератор, и запоминающий конденсатор начинает заряжаться по линейному закону до напряжения

Uc -= ET где U, — напряжение на запоминающем конденсаторе;

Т вЂ” период измеряемого процесса, т. е. временной интервал между предыдущим и последующим входными импульсами;

К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Второй импульс прекращает заряд конденсатора, и на нем устанавливается постоянное напряжение до прихода третьего импульса.

Это напряжение поступает на вход импульсного генератора 2 с линейной модуляционной характеристикой, и на выходе генератора в зависимости от напряжения на конденсаторе формируется импульсная последовательность с переменной частотой следования импульсов

fã — К,-UC — --К,К т„, (2) где f,— частота импульсного генератора;

К> — коэффициент пропорциональности.

Сформированная импульсная последовательность поступает на вход старт-стопной схемы, где в узле 3 из этой последовательности выделяются импульсы с одинаковой частотой следования, а в узлах 4, 5 — первый и второй импульсы соответственно. Узел 6 формирует импульс, длительность которого равна

5 временному интервалу между импульсами, выделенными узлами 4, 5 и равна периоду Тг между импульсами, выделенными узлом 3.

Таким образом

1 1

f„К,КТ.

Из формулы (3) очевидно, что между периодом импульсного генератора и периодом измеряемого процесса возникает обратно про15 порциональная зависимость.

Измерение периода Т, îñóùåñòâëÿþò, например, счетным методом. Для этого на вход узла 6 подают опорные импульсы с генератора 7 с частотой

f on.ã — — /макс.г К1 где f«, r — частота опорного генератора;

franc. r максимально возможная частота измеряемого процесса.

25 В промежуток времени Т, импульсы с опорного генератора 7 проходят через узел 6, выполняющий функции ключа, на выход устройства и на счетчик, осуществляющий измерение периода T по числу импульсов опорного гене30 ратора 7.

Предложенный способ позволяет повысить быстродействие и точность измерения. При этом точность зависит лишь от линейности модуляционной характеристики управляемого

35 генератора.

Предмет изобретения

Способ цифрового измерения мгновенной

40 частоты медленно меняющихся процессов путем преобразования интервала между двумя соседними импульсами и формирования гиперболической функции, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точ45 ности измерений, интервал преобразования в напряжение запоминают, формируют импульы, частота следования которых прямо пропорциональна запомненному напряжению, затем из участка с одинаковой частотой следо50 вания импульсов выделяют два первых и измеряют временной интервал между ними.

450112

1(орректор О. Тюрина

Редактор С. Хейфиц

Заказ 2565!13 Изд. ¹ 1397 Тираж 673 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Рву|нская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель В. Степанов

Техред О. Гуменюк

1 !

ИК