Цифровой нелинейный измеритель средней частоты

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

<»>661389

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >AI" 61 ЛЯ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл 2 (22) Заявлеио0604.77 (21) 2473929/18-21 (01 R 23/10 с присоединением заявки ¹

Государствеииый комитет

СССР по деяам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 6 2 1. 3 17. . 761 (088. 8) Опубликовано0505.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 070579 (72) Автор изобретения

3, А, Бунж (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ НЕЛИНЕЙНЫИ ИЗМЕРИТЕЛЬ

СРЕДНЕЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к автсматике и вычислительной технике и,в част» ности, предназначено для использова-. ния в радиоизотопном приборостроении, например в схемах радиоизотопных плотномеров и толщиномеров, где измерения производятся обратной дискретной информации н средняя частота (й) входных импульсов имеет экспоненциаль->0 ную зависимость от измеряемого параметра х

n = A ° e (1) илип=А (1-e ) ° (2)

Известен измеритель скорости счета импульсов, который обеспечивает линейно-кусочную аппроксимацию экспоненциальной функциональной зависимости (1) или (2) (1), Этот измеритель имеет сложный переход с одной .гфадуировочной зависи-. мости на другую, так как требуется отдельно выставить точки перегиба и угловые коэффициенты для каждого участка аппроксимации. 25

Известен также измеритель средней частоты следования импульсов, содержащий последовательно соединенные элемент И, счетчик и триггер, к выходу

NoToporo M одновременно K одному .входов элемента И подключен второй элемент И, соединенный вторым входом с генератором стабильной частоты, а выход его соединен через второй счетчик с индикатором, и сумматор на один вход которого подаются исследуемые импульсы; к второму входу подключен дополнительный генератор импульсов, выход сумматора Соединен с одним из входов элемента И, который обеспечивает линеаризацию зависимости (1) при более простой градуировке (21.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является цифровой измеритель средней частоты, содержащий генератор стабильной частоты, выход которого соединен с первым входом пЕрв©го элемента И, второй вход которого соединен со вторым входом второго элемента И и выходом блока управления, подключенного к выходу счетчика времени измерения, выход первого элемента И соединен с входом предварительного счетчика времени измерения и через счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета соединен с входом основного счетчика, выход которого через триггер управления соединен с вторым входом счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета, при этом первый вход второго элеменбб1389 та И соединен с входом измерителя, а первый вход блока вычитания соединен с выходом предварительного счетчика времени измерения, второй вход которого через дополнительный счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета соединен с выходом второго элемента

И, а входы предустановки основного счетчика через переключатели предуста-. новки соединены с блоком управления, причем выход блока выч м ания подключен к входу счетчика времени измере- 10 ния, который обеспечивает линеаризацию зависимости (2) при более простой градуировке (3).

Однако эти измерители имеют ограниченный диапазон измерения измеряе- 15 мого параметра, в котором обеспечива.ется линеаризация градуировочной зависимости с заданной точностью.

Целью изобретения является расширение диапазона и увеличение точности измерения. При этом сохраняется простая градуировка, что обеспечивает легкий переход с одной градуировочной зависимости íà другую.

Поставленная цель достигается тем, 2 ь что в цифровой измеритель средней частоты, содержащий генератор стабильной частоты, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И и выходом блока управления, счетчик .. времени измерений, выход которого соединен со входом блока управления, выход первого элемента И соединен через предварительный счетчик времени 35 измерения с первым входом формирователя дополнительного сигнала и через счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета со входом основного счетчика, второй вход второго элемента И 40 является входом устройства, выход второго элемента И соединен со вторым входом формирователя дополнительного сигнала, выход которого соединен со входом счетчика времени измерения, 45 введены два блока коммутации, согласующий блок и блок памяти, причем выходы разрядов основного счетчика через согласующий блок соединены со входом блока памяти, выходы которого через первый блок коммутации поразрядно соединены со входами установки коэффициентов пересчета предварительного счетчика времени измерения и через второй блок коммутации со входами счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета.

Кроме того, при линеаризации градуировочной зависимости n = A а о" в качестве формирователя дополнительно- 60 го сигнала применен сумматор, а при линеаризации градуировочной зависимости n = A(1 — е ах) в качестве формирователя дополнительного сигнала при менен блок вычитания.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого цифрового нелинейного измерителя средней частоты., Измеритель содержит генератор стабильной частоты 1, выход которого соединен с первым входом первого элемента И 2, второй вход которого соединен с первым входом второго элемента И 3 и выходом блока управления 4, подключенного к выходу счетчика времени измерения 5, выход первого элемента И

2 соединен со входом предварительного счетчика времени измерения б и через счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета 7 соединен со входом основного счетчика 8, при этом второй вход второго элемента И 3 соединен со входом устройства, а выход соединен со вторым входом формирователя дополнительного сигнала 9, первый вход которого соединен с выходом предварительного счетчика-времени измерения, а выход соединен со входом счетчика времени измерения, выходы разрядов основного счетчика через согласующий блок 10 соединены со входом блока памяти 11, выходы которого через первый и второй блоки коммутации

12 и 13 соединены со входами установки коэффициента пересчета предварительного счетчика времени измерения и счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета.

Согласующий блок 10 может, например, содержать дешифратор, выходы которого через блоки коммутации соединены со входамй элемента ИЛИ, выход которого является выходом согласующего блока. Согласующий блок также мо" жет быть выполнен как счетчик с определенным коэффициентом пересчета, подключенный после определенного количества триггеров основного счетчФ<а

8, это возможно в том случае, когда переключение блока памяти 11 должно происходить после определенного одинакового количества импульсов сосчитанных в основном счетчике, В этом случае если это количество может быть выбрано равным 10 при двоично-десятичном коде или 2" при двоичном коде работы счетчика 8, то согласующий блок 10 подключается ко входу блока памяти и непосредственно к выходу определенного триггера счетчика 8, Измеритель работает следующим образом.

Перед началом цикла измерения все счетчики измерителя по цепи сброса устанавливаются в исходное состояние (цепь сброса на чертеже не показана).

В начале цикла измерения сигнал с выхода блока управления 4 открывает элементы И 2 и 3. Импульсы с генераторастабильной частоты 1 поступают через элемент И 2 и предварительный счетчик времени измерения б на первый вход формирователя дополнительного сигнала 9, на второй вход которого че(6) 60

5 . 661389 6 рез элемент H 3 подаются входные им- цикла осН0ВНоА счетчйк 8 один раз йепульсы измерителя, Одновременно им- реполнится и. в конце цикла измерения пульсы с выхода первого элемента и 2 в нем будет записан результат измеречерез счетчик с регулируемым коэффи- ния 1 циентом пересчета 7 подаются на основ- н=

И М6 (8) ной счетчик 8. Импульсы с Выхода фор- ) {Д.е à",B) мирователя дополнительного сигнала 9 5

Т средней частоты. который при соответствукщем вЫборе

eа" + B (3)

1 коэффициента пропорциональности подаются на счетчик времени измере- f ъ ( ния 5. k= (9) . Если входная импульсная последова)О

kT тельность измерителя имеет зависи- может быть получен в единицах измерямость (1) от измеряемого параметра, емого параметра. Результат измерения то в качестве формирователя дополни- измерителя имеет сложную функциональтельного сигнала применяется сумма- "-, ную зависимость (8) от измеряемого тор, который к входной импульсной по- параметра х, однако это монотонно следовательности с средней частотой растущая функция которая изменяется

15 (1) присуммирует сигнал с частотой от 0 при х = 0 до

N6 < < (10)

) и (4.)

К Ь А+В

Т

Ь 20 при х = оо и имеет точку перегиба при где f — частота íà выходе генератора значении измеряемого параметра стабильной частоты 1, КЬ вЂ” коэффициент пересчета предва- Х, - Еп-, рительного счетчика времени измере- 1а р ния 6. вокруг которой функция (8) мало отлиЕсли входная импульсная последова- чается от прямой. тельность измерителя имеет зависи- Для измерения в диапазоне изменемость (2) от измеряемого параметра, ния измеряемого параметра х от 0 до то в качестве формирователя дополни- х1 точку перегиба функций (8) выбира тельного сигнала применяется блок вы- ют при читания, который из сигнала с часто- х1 О, 5х<. (12) той f(K вычитает входную импульсную Для достижения этого необходимо последовательность, т,е. сигнал на при формировании дополнительного сигвыходе блока вычитания имеет среднющ нала величину В выбрать равной частоту (3), где А.е-ах, (13) т и установить следующее значение коэфЗ= — -А, {5) фициента пропорциональности

Ь Х1 ° 2В(А+ В) которая подается на счетчик времени 1 измерения 5., Если значения измеряемого.парамет- 40 23 A > ра х х, где х значение измеряемо- Ошибка линеаризации экспоненциальго параметра, прй котором через блок ной функциональной зависимости обратной связи 10 подается сигнал на; (1 блок памяти 11, который через уст- З = ) („ Х . (i5) ройства коммутации 12 и 13 изменяет 1A е-ах+ А„ру коэффициенты пересчета предваритель- Это сложная функция, которая изменого счетчика времени измерения 6 и няется от 0 при х = 0 через — 8 „,до счетчика с регулируемым коэффициен- 0 при х = х1 и через + 8 щдо 0 при том пересчета 7, то по истечении вре- х = х и далее 8.принимает отрицательмени измерения ное значение, которое увеличивается

М

-ах

5 по мере увеличения измеряемого параметра. Ае " 3

Если значение измеряемого параметзаполнится счетчик времени измерения ра х находится в пределах х а х а х4, сигнал с выхода блока управления где х4 значение измеряемого парамет4 закроет элементы И 2 и 3. При этом ра, при котором через согласующий

55 если объем основного счетчика 8 N8 блок 10 подается второй сигнал на выбрать равным числу импульсов, запи- блок памяти 11. Тогда по истечении сываемому в основном счетчике 8 .при Времени ) я нулевом значении измеряемого парамет- 7 = — Х2 г (16)

2 д -ах, ). (7) сигнал с выхода основного счетчика

k7{A.е-а +В), . 8 через согласующий блок 10 изменит состояние блока памяти 11. При этом где к7 - коэффициент пересчета счет- сигнал с выхода блока памяти 11 чечика 7, то за время измерительного 65 рез блок коммутации 12 изменит коэфбб

1389

0ши бк а ли не ари э аци и (с ) . 15

f85

k1k7<(A е-ах«В) 60

7 фициент пересчета предварительного ! счетчика времени измерения с К на

К@ и через блок коммутации 13 изменит когеррентный пересчет счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета

7 с к7 на к71в счетчике времени измерения 5 будет сосчитано число

=T {А е ах+В (17) после чего сигнал на выходе формирователя дополнительного сигнала изме ««рй«т,еля- с ll1 íà I12 е-ах + В1, (18) а общее время измерения

Ng-Ö, Ns

Т=T> +

A е ах В1 е-ахг+ц

Й 4 (е-Ох г е-ax) (А е ахг. В)(А.е-ах+В ) °

Результат измерения на этом участке при 3Ф2(х с х4 "5 " 5

М- +

k {А е-ахг+В) k {А, 7 7 (20)

5 А {е-ахг --е-ах ) .+

k,(A e ах s®(A ° e ах 3 ) имеет сложную функцию от измеряемого

" параметра х, однако это монотонно растущая функция, которая изменяется при изменении х от ((5 5

{> ){A e-+x«S) )(5 ) 5

Мх

+ до = k (A e ахг+В) k {A+a) 1К А е ахг

k {A e-ахг 8) и имеет точку перегиба при (A

Х =-(.n — (Ю

В 1

Значение функции (20) в точке перегиба

f N 5 { A е а "г -В1)

Х=Х - = 2 k><(A e-ox«

Вокруг точки перегиба функция (20) может быть аппроксимирована прямой и при соответствующем выборе коэффици- ента пропорциональности значение коэффициента пропорциональности (-Хг)231

° (2 Ь )

4 eахг -р

Для измерения при постоянном абсолютном значении ошибки линеаризации точку перегиба функции (20) выбираем

ХЗ-Х2 Х1 (27)

Для чего необходимо при формировании дополнительного сигнала величину В1 выбрать равной В1- А. е-ах, (2Ы

А {e-ax2«g-ах) б="х=x +ki - Х (29)

2 А.Е-ах+Я

1 при х = хг равна 0 и при увеличении х изменяется через-8 до 0 при х = х д. и даже через+ЬА1р до 0 при х = x4 и

20 далее принимает отрицательное значение, которое увеличивается по мере увеличения х, т.е. функциональная зависимость ошибки (29) в пределах х2 х g х4 аналогична функциональной зависимости ошибки (15) на первом участке„Прй значении х = х4 резуль.тат измерения (30)

А{е-ахг е-ах4)

=йхх +

4 = 2 к {А.е-ахг+В)(А.е-ах4+В )

Если значение измеряемого параметра х находится в пределах х4 с х х, что по истечении времени

- (З1)

35 Я5 И5 A(e axã е-ах+)

Т= +

2 А.е-ахг -В (A e ахг В}(А е-ах4+В1)сигнал с выхода основного счетчика

8 через согласующий блок 10 изменит

40 сос яние блока па яти 11, гнаг) с выхода которого через блок коммутации

12 изменит коэффициент пересчета предварительного счетчика времени измерения с К 1 íà К62 и через блок коммута45 ции 13 изменит коэффициент пересчета счетчика с регулируемым коэффициентом пересчета 7 с К71 на K72 . При этом результат измерения при. хс х < х будет и {e-ах4 е-ах)

50 " "х-Х4 "2 г (э2}

4 A е-ах+В ! 2 где коэффициент пропорциональности т M5(А е-a<2+a )

"72(й.е ах -В)(А е-а"4 S,)

Коэффициент пропорциональности для пЬлучения результата измерения в единицах измеряемого параметра (Хз-Х4) 23 !!g

А е-ах4-З2 (Ь4) где или

65 (зь) результат измерения может быть получен" s единицах измеряемого параметра.

Для этого получения результата измерения в единицах измеряемого параметре необходимо установить следующее

A х = — Еп—

В2

Я =А.е ахи

66138

Формула изобретения цифроной нелинейный измеритель средней частоты, содержащий генератор стабильной частоты, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соеди-. нен с первым входом второго элемента

И и выходом блока управления, счетчик времени измерения, выход которого соединен со входом блока управления, выход первого элемента И соединен через предварительный счетчик нременй измерения с первым входом формирователя дополнительного сигнала и через счетчик с регулируемым коэффициентом пересчета со входом основного счетчика, второй вход второго элемента И является входом устройства, выход второго элемента И соединен со вторым входом формирователя дополнительного сигнала, выход которого соединен со входом счетчика нремени измерения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона и увеличения точности измерения, в него введены дна блока коммутации, согласующий блок, блок памяти, причем выходы разрядов основного счетчика через согласующий блок соединены со входом блока памяти, выходы которого через первый блок коммутации поразрядно соединены со входами установки коэффициентов пересчета предварительного счетчика времени измерения и через второй блок коммутации со входами счетчика с регулируемьам коэффициентом пересчета. где

Ф

Источники информации, принятые но внимание при экспертизе

1. АвторскоЕ свидетельство СССР

Р 372708, кл, Н 03 К 25/04, 1971, 2. Авторское свидетельство СССР

М 472303, кл. (j 01 Я 23/00, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

532056, кл С 01 Я 23/00, 1975.

Для измерения при постоянном абсолютном значении ошибки линеаризации

Х6 =Х4+ К1. (ЗТ)

Ошибка линеаризации

Д(Е о"4 -Е ax)

S N +1<

4 2 А. -ох Х () 5 .е-Ох ФЗ которая полностью аналогична функции (29) .

Аналогично можно получать резуль тат измерения при х > х . Результат измерения на и-ом участке

Pj8-QXZ" e-aX)

М. = М Х ik 2 (® )

А.е»+3 и коэффициент пропорциональности для 15 получения результата в единицах измеряемого параметра

2ь+1-Х2и) 2Ьп (40)

tl

А е-Ох п -р 7

П 20

А .

x zn+g= — " т а 3„ (41)

3 A Р с " 2л 1 и " ° (42)

При постоянной абсолютной ошибке линеаризации

2п+ k zn (43)

Дальнейшая работа измерителя аналогична вышеописанной; т.е. при каж- 30 дом переключении блока памяти 11 происходит изменение коэффициентов пересчета счетчиков 6 и 7. Однако, учитывая то, что при каждом переключе- нии блока памяти происходит линеари-" я зация в достаточно широком диапазоне измеряемого параметра, практически будет достаточно 2-4 участков такой аппроксимации, Для линеаризации путем линейно- 41 кусочной аппроксимации потребовалось бы 17 участков аппроксимации, или каждый участок соответствует шести участкам линейно-кусочной аппроксимации.

Предлагаемый измеритель позволяет аппроксимировать экспоненциальную за-. висимость кусками сложной функциональной зависимости, чем упрощается устройство и градуировка устройства для получения той же онябки линеариэации или расширения диапазона измерения, 50 в котором можно достигнуть заданную г точносгь измерения.

Предлагаемый цифровой нелинейный измеритель средней частоты позволяет расширить диапазон и увеличить точ- 55 ность измерения и предназначен для применения, в частности, в толщиноме9 10 ре покрйтий, Ймеряющем медное покрытие на алюминиевой основе и вольфрамо-кобальтовое покрытие на медной или алюминиевой основе.

Предлагаемый измеритель найдет широкое применение и в других приборах, где требуется простая градуировка нли переход с одной градуироночной кривой ко второй при небольшом числе переключений, 661389

Составитель Л. Плетнева

Ре акто И. Т имова Тех е Л.Ал ова Ко екто В. Синицкая

Заказ 2439/43 Тираж 1089 Подписное

ЦНИИПИ Государствейного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква М-35 Ра ская наб. 4 5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4