Преобразователь частоты внапряжение

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.05.79 (21) 2759982/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

Н 03 К9/06

Гбщддрстееиный кемитет

СССР до делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325 (088.8) Опубликовано 07.04.81. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 17.04.81 (72) Автор изобретения

О. Э. Бокмельдер (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕ,ЛЬ ЧАСТОТЫ В НАПРЯЖЕНИЕ

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для обработки сигналов, поступающих от датчиков в виде частоты импульсов, например, от детекторов ионизирующих излучений радиоизотопных плотномеров, толщиномеров и т. д.

Известен преобразователь частоты импульсов в напряжение, содержащий нормализатор заряда и интегратор тока или фильтр (1). Его низкое быстродействие, ограничено постоянной времени интегратора или граничной частотой фильтра.

Известен. преобразователь частоты в напряжение, содержащий триггер, единичный выход которого соединен с управляющим входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу генератора линейно-изменяющегося напряжения, второй вход соединен с выходом аналогового запоминающего устройства и выходом генератора экспоненциального напряжения, а выход — .с входом сброса генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем первый вход сброса генератора зкспоненпиального напряжения через первый элемент задержки подключен к управляющему входу аналогового запоминающего устройства (2). Однако заивисимость выходного сигнала от времени задержки и от постоянной времени экспоненциально-изменяющегося напряжения ограничивает точность устройства.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

Достигается это тем, что в известный преобразователь частоты в напряжение, содержащий триггер, единичный выход которого соединен с управляющим входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу генератора линейно-изменяющегося напряжения, второй вход соединен с входом аналогового запоминающегося устройства и выходом генератора экспоненциального напряжения, а выход — с входом сброса генератора ли2о нейно-изменяющегося напряжения, причем первый вход сброса генератора экспоненциального напряжения через первый элемент задержки подключен к управляющему

819949 вход аналогового запоминающего устройства, введены источник опорного напряжения, второй компаратор, второй элемент задержки, элемент И, реверсивный счетчик и управляемый генератор импульсов, причем первый вход второго компаратора подключен к источнику опорного напряжения, второй вход — к выходу генератора экспоненциального напряжения, а выход — к входу установки вычитания реверсивного счетчика, второму входу сброса генератора экспоненциального напряжения, первому входу остановки управляемого генератора импульсов и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к первому входу запуска управляемого генератора импульсов и к первому входу запуска генератора экспоненциального напряжения, второй вход запуска которого соединен с нулевым выходом триггера, выход первого компаратора подключен к второму запускающему входу управляемого генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходы разрядов реверсивного счетчика соединены с входами элемента И, а выход элемента И подключен к входу установки сложения реверсивного счетчика, второму входу остановки управляемого генератора импульсов и управляющему входу аналогового запоминающего устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит триггер 1, элемент задержки 2, генератор экспоненциального напряжения (ГЭН) 3, генератор линейного напряжения (ГЛН) 4, источник опорного напряжения 5, реверсивный счетчик 6, элемент И 7, компараторы 8 и 9, элемент задержки 10, управляемый генератор импульсов 11, аналоговое запоминающее устройство 12.

Единичный выход триггера 1 соединен с управляющим входом ГЛН 4, а нулевой выход — с вторым входом запуска ГЭН 3. выход ГЛН 4 подключен к первому входу компаратора 8, второй вход которого соединен с входом запоминающего устройства

12, выходом ГЭН 3 и первым входом компаратора 9, а выход подключен к входу сброса ГЛН 4 и к первому запускающему входу управляемого генератора импульсов 11, второй запускающий вход которого соединен с выходом элемента задержки 10 и первым запускающим входом ГЭН 3, второй запускающий вход которого подключен к нулевому выходу триггера 1. Источник опорного напряжения 5 подключен к второму входу компаратора 9, выход которого соединен с входом элемента задержки 10, первым входом сброса ГЭН 3, входом установки вычитания реверсивного счетчика 6 и первым входом остановки управляемого генератора импульсов 11. Выход генератоUcp = КТ, где

5 о

l5

zo

55 ра 11 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 6, выходы разрядов которого подключены к входам элемента И 7.

Выход элемента И 7 подключен к управляющему входу аналогового запоминающего устройства 12, второму входу остановки управляемого генератора импульсов 11, входу установки сложения реверсивного счетчика,6 и через элемент задержки 2 — к второму входу сброса ГЭН 3, при этом счетный вход триггера 1 есть вход преобразователя, а выход аналогового запоминающего устройства 12 — его выход.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггер 1 находится в нулевом состоянии, напряжение на выходе ГЛН 4 равно нулю, а на выходе

ГЭН 3 максимально и равно U<. Реверсивный счетчик 6 установлен в режим спожения импульсов и выходы его разрядов находятся в единичном состоянии, которое передается на выход элемента И 7. Управляемый генератор импульсов 11 закрыт и импульсы на его выходе отсутствуют. Первый входной импульс переводит триггер 1 в единичное состояние и тем самым запускает ГЛН 4. Второй входной импульс возвращает триггер 1 в нулевое состояние и останавливает рост напряжения на выходе

ГЛН 4, при этом

Ucp -напряжение на выходе ГЛН 4 после прихода второго импульса; à — период измеряемой последовательности импульсов;

-крутизна ГЛН 4.

Положительный импульс напряжения, появившийся на нулевом выходе триггера 1, в момент прихода второго входного импульса запускает ГЭН 3. В момент, когда напряжение на выходе ГЭН 3 достигнет напряжения U l на выходе ГЛН 4, компаратор 8 выдаст импульс, который сбросит напряжение на выходе ГЛН 4 до нуля и запустит управляемый генератор импульсов

11. Реверсивный счетчик 6 начнет заполнятьая импульсами генератора 11, а на выходе элемента И 7 установится напряжение, соответствующее логическому нулю.

В момент, когда напряжение на выходе

ГЭН 3 достигнет значения опорного напряжения Е источника 5, компаратор 9 выдаст импульс, по которому напряжение на выходе ГЭН 3 начнет восстанавливаться до начального значения U o, остановит генератор импульсов 11 и переведет реверсивный счетчик 6 в режим вычитания импульсов.

Через промежуток времени t определяемый элементом задержки 10, на его выходе возникнет импульс, который повторно запустит ГЭН 3 и генератор импульсов 11.

819949

-t fe

1- вых (2) где 17 -начальное напряжение ГЭН 3; вых-напряжение на выходе преобразователя; промежуток времени между появлением импульса на выходе элемента задержки !О и моментом появления импульса на выходе элемента И 7;

Т -постоянная времени ГЭН.

Благодаря использованию реверсивного счетчика 6 и управляемого генератора импульсов 11 время t равно времени между приходом импульсов от компараторов 8 и 9 и может быть определено из формулы

40 (3) где Е - выходное напряжение источника опорного напряжения;

<ср -напряжение на выходе ГЛН 4 в момент прихода второго импульса.

Решая совместно уравнения 3 и 4, имеем

U»»,— — и с учетом формулы (1) получаем сР

1-1вых = 1 .г = 1 — 1, (4)

VoE U Å 50 где f — частота входной последовательноности импульсов.

Как видно из формулы (4), выходной сигнал преобразователя пропорционален частоте повторения входных импульсов и не зависит ни от постоянной времени ГЭН, ни

Время задержки сигнала элементом задержки 10 выбирается минимальным, но достаточным для полного восстановления начального напряжения ГЭН 3. В момент, когда реверсивный счетчик вернется в исходное состояние (на выходах разрядов логической единицы ) на выходе элеемента И 7 появится импульс, по которому аналоговое запоминающее устройство 12 запомнит и передаст на выход значение напряжения на выходе ГЭН 3, остановит генератор импульсов ll, переведет реверсивный счетчик 6 в режим сложения импульсов и через время t3, определяемое элементом задержки 2, переведет ГЭН 3 в режим восстановления начального напряжения Ua. Время задержки элемента задержки 2 выбирается минимальным, но достаточным для срабатывания аналогового запоминающего устройства 12.

После восстановления начального напряжения ГЭН 3 У0 преобразователь готов к новому измерению, а до получения его результата на выходе аналогового запоминающего устройства 12 поддерживается результат предыдущего измерения.

Из описания работы преобразователя следует, что напряжение на его выходе будет равно 25 от времени задержки, что позволяет, по сравнению с прототипом, повысить точность преобразования.

Таким образом, благодаря отличительным признакам изобретения достигается повышение точности преобразования.

Формула изобретения

Преобразователь частоты в напряжение, содержащий триггер, единичный выход которого соединен с управляющим входом генератора линейно-изменяющегося напряжения, первый компаратор, первый вход которого подключен к выходу генератора линейно-изменяющегося напряжения, второй вход соединен с входом аналогового запоминающего устройства и выходом генератора экспоненциального напряжения, а выход— с входом сброса генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем первый вход сброса генератора экспоненциального напряжения через первый элемент задержки подключен к управляющему входу аналогового запоминающего устройства, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены источник опорного напряжения, второй компаратор, второй элемент задержки, элемент И, реверсивный счетчик и управляемый генератор импульсов, причем первый вход второго компаратора подключен к источнику опорного напряжения, второй вход — к выходу генератора экспоненциального напряжения, а выход — к входу установки вычитания реверсивного счетчика, второму входу сброса генератора экспоненциального напряжения, первому входу остановки управляемого генератора импульсов и входу второго элемента задержки, выход которого подключен к первому входу запуска управляемого генератора импульсов и к первому вводу запуска генератора экспоненциального напряжения, второй вход запуска которого соединен с нулевым выходом триггера, выход первого компаратора подключен к второму запускающему входу управляемого генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходы разрядов реверсивного счетчика соединены с входами элемента И, а выход элемента И подключен к входу установки сложения реверсивного счетчика, второму входу остановки управляемого генератора импульсов и управляющему входу аналогового запоминающего устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР № 521528, кл. G 01 R 23/06, 08.05.75.

2. Авторское свидетельство СССР № 482884, кл. Н 03 К 9/06, 11.04.72 (прототип).

819949

1 г

Фиг. г о

0 в

Ф г

Uy е и и з

Редактор Е. Гончар

Заказ 1262/35

Составитель В. Дмитриев

Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ПДП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4