Устройство для цифрового измерения мгновенной частоты медленно меняющихся процессов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 548881 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.01-75(2j) 2092569/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано25.01.77.Бюллетень ¹ 3 (45) Дата опубликования описания 18.05.77 (51) М.— К л.е

Q 01 Я 23/00

Государственный комитет

Саввтв Министров СССР по делам изооретений и открытий (53) У ДК 62 1. 3 1 7.

761(088.8) (72) Авторы изобретения ji. А. Ефремов, С. B. Жевнеров, A. T. Селезнев и М. И. Шевелев (71) Заявит ел ь (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ

МГНОВЕННОЙ ЧАСТОТЫ МЕДЛЕННО МЕНЯЮЩИХСЯ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к области электрических измерений и предназначено для измерения мгновенной частоты процессов малой скорости. К таким процессам относятся, в частности, временные дрейфы усилителей пос- 5 тоянного тока, переходные процессы в цепях с большими значениями постоянной времени, а также ряд физиологических параметров: частота пульса, дыхания и т. д. Предпочтительной областью эффективного использованияi() изобретения является медицина, где исследуемые процессы (физиологические параметры) обладают значительным периодом повторения.

Известны устройства аналогичного назначения, основанные на преобразовании интервала между двумя соседними импульсами, характеризиующими исследуемый процесс, в напряжение и формировании гиперболической 20 функции и содержащие преобразователь временного интервала в напряжение, формирователь гиперболической функции и старт-стопную схему управления Pl), Недостатком такого устройства является 25 значительная погрешность измерения, обусловленная недостаточно высокэй степенью точности воспроизведения гипербэлическэй функции. Зто связано с применением, етэда кусочно-линейной аппроксимации =- диэднэ-резистивных цепях, в результате чего не обеспечивается достаточная линейность шкиль измерения . Отмечается низкое быстродействие известного устройства, вызванное использованием механических реле, а также тем, что процесс измерения начинает=я тольКо co второго импульса, поступившего на схему измерения (первый имп льс осу ще" твляет подготовку ее к работе).

Схема устройства сложна в настрэйле, что обусловлено применением аналэгэвэгэ функциональногэ преобразователя . Устройство предполагает использование стабильных источников зарядного напряжения с высокими требованиями к «х температурной стабильности. Для перестройки диапазонов измерения необходимо производить смену времязадаюших емкостей, что в значительной степени снижает удобство эксплуатации измерителя.

543881

Перечисленные недостатки в совокупности ограничивают возможности использования известного устройства.

Несколько лучшие результаты в отношении быстродействия и точности измерений получе-5 ны в другом известном устройстве> также основанном на вышеназванном принципе и содержашем триггер, выход которого соединен с входом преобразователя "время — напряжение", одновибратор, генератор опорной частоты, ключи (2j .

Однако оно довольно сложно в настройке.

В частности, большие грудности возникают при нас тройке формирователя гиперболической функции для получения его линейной моду- 15 ляционной характеристики, обеспечения ее воспроизводимости. Серийное изготовление этого устройства связано с большой трудоемкостью. Кроме того, известное устройство не позволяет измерять мгновенную частоту 20 каждого периода исследуемого процесса (контроль производится через период), в результате чего имеет место потеря информации.

Указанный недостаток сужает возможные области использования измерителя. 25

Пель изобретения — повышение надежности передачи информации .

Для этого предлагаемое устройство, содержащее триггер, выход которого соединен с входом преобразователя "время-напряжение", 50 одновибратор, генератор опорной частоты, ключи, снабжено вторым аналогичным преобразователем "время-напряжение", вход которого подключен ко второму выходу триггера, выходы обоих преобразователей одновремен- З5 но соединены с входами соответствующих ключей и входами одновибратора, третий вход которого подключен к выходам ключей,. а выход одновибратора — к входу генератора опор. ной частоты, 40

На фиг. 1 изображена функциональная схема предложенного устройства для цифрового измерения мгновенной частоты медленно меняющихся процессов; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства. 45

Основными узлами устройства являются два идентичных преобразователя "время-напряжение" 1 и 2, каждый из которых выполнен в виде управляемых посредством общего для обоих преобразователей триггера 3, генератора 4- пилообразного напряжения и кипп-реле 5 (ввиду идентичности преобразователь 2 не раскрыт), формирователь 6 гиперболической функции, состоящий из двухвходовых аналоговых ключей 7, 8 и преобразователя "напряжение-время", выполненного на УпР л ем м по длительности одновибраторе 9, и генератора 10 опорной частоты.

В свою очередь, генератор 1 пилообразног го напряжения состоит из генератора тока 1 1 0 конденсатора 12 (эталонной запоминающей емкости) и цепи 13 разряда конденсатора

12 (эталонной емкости).

Устройство работает следующим образом.

На входную клемму устройства, соединенную с входом управляющего триггера 3, поступают импульсы (см. фиг. 2а), соответствующие экстремальным значениям каждого периода исследуемого процесса. Устройство позволяет производить измерение мгновенной частоты исследуемого процесса в каждый период, при этом преобразователи 1,2

"время-напряжение" работают в противофазе поочередно. В частности, в рассматриваемом случае от нечетных входных импульсов срабатывает преобразователь 1, от четных— преобразователь 2.

С приходом первого импульса в момент на вход управляющего триггера 3 пос1 ледний устанавливается в состояние, показанное на фиг, 2б, в, т. е. на его плечах а, б устанавливаются потенциалы, соответствующие логической единице и логическому нулю соответственно. Перепад напряжения с плеча триггера 3 запускаетгенератор

11 и кипп-реле 5 (см. фиг. 2г), в результате чего конденсатор 12 в момент t мгно1 венно разряжается через разрядную цепь

13 путем воздействия на последнюю короткого выходного импульса с кипп-реле 5, а затем с момента времени начинает заряжаться по линейному закону от генератора 11, как показано на фиг. 2е. С приходом следующего, второго по счету импульса в момент триггер 3 перебрасывается в противоположное состояние (см. фиг. 2а, б, в). При этом заряд конденсатора 12 прекращается, и на нем устанавливается постоянное напряжение где U — напряжение на конденсаторе 12,В;

Т вЂ” период исследуемого процесса, сек;

М вЂ” коэффициент пропорциональности .

Аналогично описанному выше, в момент времени происходит заряд от генератора

4 тока 11 эталонной емкости, предварительно разряженной через цепь разряда под действием импульса с выхода кипп-реле на преобразователе 2. Работа указанных узлов преобразователя 2 ясна из временных диаграмм, показанных на фиг. 2а, в, д, ж.

Формирователь 6 гиперболической функции раб отает следую щим о бра зом.

Перепадом напряжения с плеч триггера

3 попеременно открываются аналоговые ключи 7, 8 (см. фиг. 2з, и) и запускается одновибратор 9 (см. фиг. 2к).

Через открытые ключи напряжение с зарядившихся конденсаторов попеременно проходит на вход управляемого одновибратора

543881

9, который формирует импульсы, длительность которых зависит от величины напряжения на указанных емкостях (см. фиг. 2к).

Эта зависимость выражается соотношением 5

1 сэта(Б) К КТп где — длительность импульса на выходе

DB преобразователя "напряжение-время", форми10 руемого одновибратором 9; — коэффициент пропорциональности.

Таким образом, гиперболическая зависимость между периодом измеряемого процесса 1 и длительностью импульса 0, формируеоа 15 мого одновибратором 9, очевидна. Это свидетельство того, что каскад является формирователем гиперболической функции. Импульс с выхода одновибратора 9 поступает на вход генератора 4 опорной частоты и свогм перед 20 ним фронтом запускает его. Во время действия импульса одновибратора длительностью 0 генератор 10 вырабатывает последовательность импульсов постоянной частоты 1. ои (см. фиг. 2л). Число импульсов пропорцио- 25 нально длительности7 и, следовательно, прои порционально мгновенной частоте исследуемого процесса.

Устройство для измерения мгновенного значения частоты медленно меняющихся про- 30 цессов отличается простотой схемного решения удобством настройки и эксплуатации. В отличие от известного, предлагаемое устройство позволило обойтись без старт-стопной схемы, легко реализуется в интегральном 35 исполнении, что значительно повышает надежность устройства, снижает его стоимость, повышает технологичность и тем самым создает благоприятные условия серийного изготовления.

Возможность измерения мгновенного значения частоты каждого периода, без пропусков позволила повысить достоверность информации.

Формула изобретения

Устройство для цифрового измерения мгновенной частоты медленно меняюшихся процессов, содержашее триггер. выход которого соединен с входом преобразователя, время(/

Зf напряжение, одновибратор, генератор опорной частоты, ключи, отличаю шееся тем, что, с целью повышения надежности передачи информации, оно снабжено вторым аналогичным преобразователем " время-напряжение", вход которого подключен ко второму выходу триггера, выходы обоих преобразователей одновременно соединены с входами соответствуюшпх ключей и входами одновибратора, третий вход которого подключен к выходам ключей, а выход одновибратора— к входу генератора опорной частоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе;

1. Утямышгв Р, Vi., "Радиоэлектронная аппаратура для исследования физиологических процессов" издательство "Энергия". N., 1969 г. стр. 275/297.

2. Авторское свидетельство СССР

М 501623, М. кл. 5019 23/02,2.02.73 (прототип).

543 881

Триггер 5 преофа о3отель 1

Tpuzzep 3 преобразооааель2

КипП- реле о преоориаоапель 1

Капп — реле 5 преооразодатель

Зталоиная емкость преаоразооа пель 1

Эталонная phd кость преооразобщпель2

Я люч 7

Ключ 3

ОднМидратор 9

Vox

Фиг 2

Составитель П. Лягин

Редактор Е. Гончар Техред Н. Андрейчук Корректор R. Кеслер

Заказ 789/62 Тираж 1052 Подписное

1ЛНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул, Проектная, 4