Устройство для цифрового измерения частоты медленно меняющихся процессов

 

Союз Советсиик

Социалистических

Рвслублии

О П И С А Н И Е ()930144

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИД1! ТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. синд-ву (22) Заявлено 26. 09. 79 (21) 2824120/18-21 (51) М. Кл. с присоединением заявки М>G 01 11 23/02

1ЬаударстакавИ квинтет

CCCP аа делал нэобретвннй н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23 ° 05.82. Би>ллетень М 19

Дата опубликования описания 25.05.82 (53) УЛК 621. ,317(088.8) .

j

В.А. Медников и А.Н. Оорынов -: -. -.. >,, l

>,> -а

l с: т

Куйбышевский ордена Трудового Красного намейе, „ ;- ;.-.".:. авиационный институт ии. акад. С.П. Королева" ..." (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ

МЕДЛЕННО МЕНЯЮЩИХСЯ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к электрйческим измерениям и предназначено для цифрового измерения -частоты про цессов малой скорости.

Известно устройство, содер>хащее преобразователь временного интервала в напря>хение, формирователь гиперболической функции и старт-стопную схему управления (1). ,Недостатком этого устройства является низкая надежность, обусловленная использованием в нем механических реле.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устроиство для цифрового измерения часы

15 тоты медленно меняющихся процессов, содержащее Функциональный преобразо- " ватель временного интервала в напряжение с входящим в него триггером, генератором пилообразного напряжения, 20 состоящим из генератора тока, эталонной емкости, цепи разряда эталонной емкости, и кипп-реле разрлда, f выполняющего роль формирователя импульсов, формирователь гиперболической функции, состоящий из импульсно" го генератора, электронного ключа и старт-стопной схемы, включающей в себя триггеры, электронные ключи и диоды, и генератор опорной частоты j2).

Однако известное устройство не позволяет измерять мгновенную частоту для каждого периода исследуемого процесса {контроль произоводитсл через период), в результате чего теряется половина измеряемой информации.

Указанный недостаток сужает возможные области использования измерителя.

Кроме того, известному устройству присуща сложность конструкции, связанная со сложностью схемного решения вхоцящей в формирователь гиперболической функции устройства стартстопной схемы, состоящей из большого количества электронных ключей и триг930144 геров, что приводит такие и к низкой надежности устройства.

Цель изобретения †.упрощение конструкции и повышение быстродействия.

Эта цель достигается тем, что устройство длл цифрового измерения частоты медленно меняющихся процессов, содержащее входной Формирователь, выход которого соединен с входом запуска генератора пилообразного 10 напряжения и с первым входом первого триггера, выход которого соединен с установочным входом второго триггера, управляемый генератор, ключ, входы которого соединены соответст- 1S венно с выходом второго триггера и импульсным генератором опорной частоты, введены пиковый детектор и дифференцирующал цепь, причем выход генератора пилообразного напряжения через пиковый детектор соединен с входом управляемого генератора, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, а выход второго триггера через дифференцирующую цепь - с вторым входом первого триггера и входом сброса пикового детектора.

На фиг, 1 представлена структурнал схема устройства; на Фиг. 2временные диаграммы; на фиг. 3 приведен пример выполнения пикового детектора; на фиг. 4 - выполнение управляемого генератора с линейной модуляционной характеристикой; на фиг. 5 — временные диаграммы, пояс,няющие работу управляемого генерато. ра.

Устройство содержит входной фор мирователь 1, генератор 2 пилообразного напряжения, пиковый детектор 3, управляемый генератор 4, первый и второй триггеры 5 и 6, ключ 7, импульсный генератор 8 опорной частоты, дифференцирующую цепь 9.

Генератор 2 пилообразного напряжения состоит из генератора тока, эталонной (запоминающей) емкости С и цепи разряда эталонной емкости.

Устройство работает следуюшим образом.

Импульсная последовательность измеряемой частоты преобразуется входным формирователем 1 (фиг. 2с1) в короткие прямоугольные импульсы, передний фронт которых соответствует во времени экстремальным значениям каждого периода исследуемого процесса (фиг. 2,6), ф

Первый импульс с выхода формирователя 1 поступает на вход триггера 5, взводя триггер, а также поступает на управляющий вход цепи разряда генератора пилообразного напряжения 2, воздействуя на последнюю, что приводит к быстрой разрядке через нее эталонной емкости Сэт в момент

После окончания действия импульса на цепь разряда с момента и эталонная емкость начинает заряжаться по линейному закону от генератора постоянного тока как показано на фиг. 2 8.

Пиковый детектор 3 в одном из возможных вариантов исполнения выполнен, например, из последовательно соединенных эмиттерного повторителя, аналогового запоминающего устройства и устройства сброса напряжения (фиг. 3).

Напряжение эталонной емкости, поступая через. эмиттерный повторитель на вход аналогового запоминающего устройства, отслеживается последним на его выходе, являющимся выходом пикового детектора 3 (фиг. 5,4), .с которого поступает на вход управляемо-. го генератора 4 с линейной модуляционной характеристикой, формирующего импульсы, частота следования которых (Фиг. 2,8) меняется в зависимости от управляющего напряжения пикового детектора (фиг. 2,>).

Один из возможных вариантов реализации управляемого импульсного генератора с линейной модуляционной характеристикой приведен на фиг ° 4 с диаграммами напряжений на фиг. 5.

Управляемый генератор 4 состоит из резистора 10, операционного усилителя 11 с цепью обратной связи, состоящей из параллельно включенных конденсатора 12 и двухполюсника 13 с S-обратной характеристикой (разрядного ключа), дифференцирующей цепи, содержащей конденсатор 14 и трансформатор 15, и диода 1á, подключенного ко вторичной о мотке трансформатора 15. Возможно подключение первичной обмотки трансформатора .15 последовательно с двухполюсником 13 с

S-образной характеристикой.

Ток заряда конденсатора 12 в цепи обратной связи операционного усилителя пропорционален величине управляющего напряжения, поступающего с выхода пикового детектора на вход управляемого генератора 4, и равен -оку, протекаемому через резистор О.

S 9301

Напряжение на выходе операционного усилителя 11 (фиг. 4) управляемого генератора 4, равное напряжению на конденсаторе 12, изменяется по пилообразному закону .(фиг. 5,5) с 5 крутизной, пропорциональной величине входного напряжения, и достигает напряжения 0 порога срабатывания двухполюсника с S-образной характеристикой, после чего двухполюсник пробивается. Конденсатор 12 разряжается.

Выходное напряжение операционного

-усилителя 11 резко падает. Этот перепад напряжения через дифференцирующую цепочку 14-15 и диод 16 в виде положительного импульса передается на выход импульсного генератора (фиг. 5,e) °

С выхода управляемого генератора

4 последовательность импульсов по- 2î ступает на счетный вход второго триггера 6, который находится в исходном состоянии (выходное напряжение триггера 6 соответствует уровню логической единицы), под действием посту- 25 пающего на его вход установки в единичное (исходное) состояние нулевого уровня напряжения с выхода первого триггера 5. При этом выходные импульсы генератора 4, поступающие на счет- 5в ный вход триггера 6, не могут изменить его состояние Ао тех пор, пока напряжение на входе установки триггера 6 не станет равным уровню логической единицы.

В момент времени с, э,..., и т.д. выходное напряжение триггера 5 изменяется с нулевого уровня на уровень логической единицы. При этом триггер 6 получает возможность работать в счетном режиме (т.е. получает возможность изменять состояние уровней выходных напряжений при поступлении импульсов на счетный вход).

С приходом первого счетного импульса с выхода управляемого генератора 4 на счетный вход второго триггера 6 выходной уровень напряжения последнего изменяется на противоположный. Первый импульс генератора переводит второй триггер из состояния логической единицы в нуле" вое.

Второй импульс с выхода управляю55 щего генератора 4, воздействуя в момент времени t на счетный вход второго триггера 6, вновь перебрасывает его в противоположное (исходное

44 6 состояние). Импульс, сформированный на выходе триггера 6, дифференцируется дифференцирующей цепью 9, Выходной импульс дифференцирующей цепи положительной полярности в момент времени t поступает на вход установки нуля триггера 5 и сбрасывает триггер. При этом нулевой уровень напряжения с выхода первого триггера

5 (Фиг. 2,e), поступив на установоч-! ный вход (установки уровня логической единицы) второго триггера 6, пе" реводит его в состояние, нечувствительное к импульсам с выхода импульсного генератора 4. в

Сформированный таким образом в ин" тервале- времени t4- t импульс на выб ходе второго триггера 6 (рис. 2,y) поступает на второй вход (управляющий) электронного ключа 6, открывая его на время своего деиствия. Через открытый электронный ключ 7 (фиг.2,и) импульсы, поступающие на первый вход последнего с выхода генератора опорной частоты 8, проходят на выход электронного ключа до тех пор, пока он не закроется в момент времени по окончанию действия импульса с выхода триггера 6.

Таким образом, электронный ключ 7 открыт в промежуток времени t -t или на время, равное периоду следования импульсов на выходе управляемого генератора, работающего в стационарном режиме.

Число этих импульсов пропорционально измеряемой частоте процесса.

Напряжение на выходе аналогового запоминающего устройства17 (фиг.3) и на выходе пикового детектора 3 сбрасывается в момент времени t g через устройство 18 сброса путем воздействия на последнее положительного импульса с выхода дифференцирующей цепи 9 (фиг. 2,3), после действия которого напряжение на выходе аналоrosoro запоминающего устройства 17 и на выходе пикового детектора 3 вновь повторяет через эмиттерный повторитель 19 линейно изменяющееся напряжение с эталонной емкости Сэт генератора 2 пилообразного напряжения.

Используемые для цели измерения первый и второй выходные импульсы импульсного генератора 4, составляющие его.период Тг = t < - t, следуют позднее момента времени t > установления стационарного режима. Так как для измерения используется временной

930!44

Вход интервал следования импульсов, следующий за моментом времени t, то синхронизация скачков управляемого напряжения пикового детектора с выходными импульсами релаксационного генератора не требуется для работы данного импульсного генератора 4.

Предлагаемое устройство для цифрового измерения мгновенной частоты импульсной последовательности отличается от известного простотой схемного решения, кроме того, оно имеет более высокую надежность вследствие сокращения общего количества элементов.

Причем в предлагаемом устройстве в два раза по сравнению с известным увеличен об.ьвм информации об исследуемой последовательности импульсов (повышена надежность передачи информации в два раза), что .достигнуто благодаря возможности измерения предлагаемым устройством мгновенного значения частоты каждого периода без пропусков °

Выше названные отличительные признаки предлагаемого устройства, а также легкость реализации последнего

s интегральном исполнении значительно расширяют возможные области использования устройства, снижают его стои-мость, повышают технологичность. формула изобретения

Устройство для цифрового измерения частоты медленно меняющихся процессов, содержащее входной формирователь, выход которого соединен с входом запуска генератора пилообразного напряжения и с первым входом первого триггера, выход которого соединен с установочным входом второго триггера, управляемый генератор, ключ, входы которого" соединены соответственно с выходом второго триггера и импульсным генератором опорной частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены пиковый детектор и дифференцирующая цепь, причем выход генератора пилообразного напряжения через пиковый детектор соединен с входом управляемого генератора, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, а выход второго триггера через дифференцирующую цепь — с вторым входом первого триггера и входом сброса пикового детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !.. Утямышев Р.И. Радиоэлектронная аппаратура для исследования физиологических процессов. М., "Энергия", !

969, с. 275-297.

2. Авторское свидетельство СССР и 50!623, кл. G 01 R 23/02, !978.

930144

Составитель В. Новоселов

Редактор В. Лазаренко Техред Л, Пекарь КорректорЛ. Бокиан

Заказ 3459/57 йы ак(4

Ъ

Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ь филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4