Измеритель мгновенной частоты следования импульсов

 

(72) Авторы изобретеHHA

В. А. Медников и А. Н. Порынов (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ МГНОВЕННОЙ ЧАСТОТЫ СЛЕДОВАНИЯ

ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мгновенной частоты процессов малой скорости.

Известен измеритель частоты аналогичного назначения, основанный на преобразовании интервала между двумя очередными импульсами, характеризующими исследуемый процесс, в напряжение, изменяющееся по закону, аппроксимирующему гиперболический, и содержащий преобразователь, реализующий зависимость, близкую к обратной, управляемый вентиль; преобразователь напряжение-время и счетчик импульсов с цифровой индикацией {1).

Этот измеритель обладает низким быстродействием и малой надежностью. Погрешность измерения частоты этим измерителем значительна, что обусловлено недостаточно высокой степенью точности воспроизведения гиперболической функции, связанной с применением метода кусочнолинейной аппроксимации на диодно-резистивных то цепях. Измерителю характерна низкая температурная стабильность от наличия коммутирующих диодов в блоке формирования обратной функции.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой измеритель частоты аналогичного назначения, также осно- ванный на названном принципе, содержащий преобразователь, реализующий обратную функцию и состоящий иэ времязадающей цепи; разрядного ключа, RC-цепей с коммутирующими элементами, выполненными на диодах, устройство выборки — хранения, включающее в себя формирователь на полевом транзисторе, Ю запоминающий конденсатор, преобразователь напряжение — время и счетчик импульсов (2).

Недостатком известного цифрового измерителя частоты является сложность настройки блока формирования обратной функции, вызванная строгим отбором по номиналам элементов его времязадающнх цепей (резисторов и конденсаторов), а также отбором пр характеристикам коммутирующих их вентилей, так как от параметров последних зависит величина исходного, напряжения на времязадающнх. конденсаторах к моменту прихода flcpBolo импульса измеряемой частоты. К нсдостаткам устройства также относится его низкая темпе951170

3 ратурная стабильность, определяемая коммутирующими вентилями.

Цель изобретения — упрощение устройства и улучшение метрологических характеристик: расширение диапазона измеряемых им частот; повышение точности измерения частоты, повышение быстродействия и надежности устройства„повышение его температурной стабильности.

Цель достигается тем, что в измерителе мгновенной частоты следования импульсов, содержа- t0 щем последовательно соединенные формирователь импульсов и блок выборки и хранения, формирователь импульсов выполнен в виде сумматора, входы которого соединены соответственно с зарядными конденсаторами

RC-цепей, разрядные ключи которых соединены с входом устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого цифрового измерителя мгновенной частоты следования импульсов; на

20 фиг. 2 — диаграммы напряжений, поясняющие

его работу.

Измеритель мгновенной частоты следования импульсов содержит блок выборки и хранения

1, формирователь импульсов 2; в который вхо25 дят сумматор 3, первый экспоненциальный преобразователь, состоящий из зарядного резистора 4, входного сопротивления сумматора (йвх,) по первому входу, зарядного конденсатора 5 с включенным параллельно ему разрядным ключем 6, второй экспоненциальный преобразователь, состоящий из зарядного резистора 7, сопротивления сумматора (RBx2) по второму входу, зарядного конденсатора 8 с включенным параллельно ему разрядным ключом 9, третий экспоненциальный преобра- 35 зователь, состоящий из зарядного резистора 10, сопротивления сумматора (Явх3) по третьему входу, зарядного конденсатора 11 с включенным параллельно ему разрядным ключом

12. Блок выборки и хранения содержит преоб-40 разователь напряжение — время 13, счетчик 14, формирователь 15, диод 16, запоминающий конденсатор 17.

Измеритель работает следующим образом.

Поступающие на вход измерителя импульсы измеряемой частоты запускают формирователь импульсов 2, который формирует сумму экспоненциальных напряжений.

Запускающий импульс измеряемой частоты поступает на управляющие входы преобразовате-50 ля напряжение — время 13 и разрядных ключей 6, 9 и 12 (фиг. 2а). Последние, открываясь на время действия импульса (фиг. 2б, временной интервал t,. т,), производят сброс напряжений конденсаторов 5, 8 и 11 первого, «торого и третьего экспоненциальных преобразователей, которые после действия импульса с момента t, начинают заряжаться от источника опорногонапряжения через соответствующие времяэадающие цепи, сопротивления которых определяются величиной сопротивления соответствующего зарядного резистора и сопротивления соответствующего входа сумматора 3.

При выполнении сумматора 3 в виде сумматора токов, выполненного, например, на операционном усилителе с цепью обратной связи на резисторе Roc и инверторе, напряжение на выходе сумматора 3 (фиг. 2в) пропорционально сумме входных токов.

В случае же выполнения сумматора 3 в виде сумматора напряжений, ттапряжение на выходе сумматора в каждый момент времени определяется суммой напряжений зарядных конденсаторов экспоненциальных преобразователей (фиг. 2 в).

Номинальные величины сопротивлений зарядных резисторов, входных сопротивлений сумматора и емкостей зарядных конденсаторов, входящих во все экспоненциальные преобразователи, а также количество экспонснциальных преобразователей рассчитаны из условий получения на выходе сумматора 3, а также и на выходе формирователя импульсов 2, напряжения +, изменяющегося во времени по закону, аппроксимирующему гиперболический с минимальной погрешностью. Напряжение UQ сформированное формирователем импульсов 2, через диод 16 передается на запоминающий конденсатор 17. С приходом следующего запускающего импульса измеряемой частоты весь процесс на зарядных конденсаторах 5, 8 и 11 экспоненциальных преобразователей по.вторяется, а напряжение на запоминающем конденсаторе 17 сохраняется, так как диод

16 заперт. Напряжение на выходе полевого транзистора 15, соответствующее периоду повторения входных импульсов (временной интервал t,— t,) поступает на вход преобразователя напряжение — время 13, на выходе которого формируются импульсы, длительности которых убывают пропорциоанльно входному напряжению.

Эти импульсы формируются в момент прихода запускающих импульсов на вход измерителя и имеют малую длительность, обеспечивая высокую точность измерения при наличии саморазряда запоминающего конденсатора 17.

С выхода преобразователя напряжение — время

13 импульсы поступают на пересчет и индикацию в счетчик.

В противоположность известттому устройству, в котором при формировании аппроксимирующей функции экспоненциальные преобразователи работают последовательно во времени и зависимо друт от друга с последовательным накоплением ошибки аппроксимации гиперболической функции кусочно-экспоненциальной, что

5 951170 ставит в известном устройстве очень жесткие . требования к отбору по номиналам, а также к температурной стабильности элементов, особенно первых его экспоненциальных преобразователей, предлагаемому устройству. присуща простота настройки вследствие исключения при серийс ном изготовлении строгого отбора по номиналам элементов времязадающих цепей его экспоненциальных преобразователей, так как последние работают одновременно и независимо.

Формула изобретения

Измеритель мгновенной частоты следования импульсов, содержащий последовательно соеt диненные формирователь импульсов и блок выборки и хранения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения устройства и улучшения метрологических характеристик, формирователь импульсов выполнен в виде умматора, входы которого соединены соответственно с зарядными конденсаторами

RC-цепей, разрядные ключи которых соединены с входом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Утямышев P. И. Радиоэлектронная аппаратура для электрофизиологических исследований.

"Энергия" 1969.

2. Авторское свидетельство СССР Р 532823, кл. G 01 Я 23/00, 1977.

951170

8л

Редактор T. Парфенова

Заказ 5937/49

1 @

Ив/х) Составитель В.Новоселов

Техред Ж. Кастелевич Корректор А Дзятко

Тираж .717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

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

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