SU951170A1 - Измеритель мгновенной частоты следовани импульсов - Google Patents

Description

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 импуль- .5 сами, характеризующими исследуемый процесс, в напряжение, изменяющееся по закону, аппроксимирующему гиперболический, и содержащий преобразователь, реализующий зависимость, близкую к обратной, управляемый ^,0 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, ^,5 что обусловлено недостаточно высокой степенью точности воспроизведения гиперболической функции, связанной с применением метода кусочнолинейной аппроксимации на диодно-резистивных 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 основанный на названном принципе, содержащий преобразователь, реализующий обратную функцию и состоящий из времязадающей цепи, разрядного ключа, RC-цепей с коммутирующими элементами, выполненными на диодах, устройство выборки — хранения, включающее в себя формирователь на полевом транзисторе, 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 времязадающих цепей (резисторов и конденсаторов), а также отбором пр характеристикам коммутирующих их вентилей, так как от параметров последних зависит величина исходного, напряжения на времязадающих конденсаторах к моменту прихода первого импульса измеряемой частоты. К недостаткам устройства также относится его низкая темпе ратурная стабильность, определяемая коммутирующими вентилями.

Цель изобретения - упрощение устройства и улучшение метрологических характеристик: расширение диапазона измеряемых им частот; 5 повышение точности измерения частоты, повышение быстродействия и надежности устройства, повышение его температурной стабильности.

Цель достигается тем, что в измерителе мгновенной частоты следования импульсов, содержа- ю 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 фиг. 2 — диаграммы напряжений, поясняющие его работу.

Измеритель мгновенной частоты следования импульсов содержит блок выборки и хранения 1, формирователь импульсов 2,· в который входят сумматор 3, первый экспоненциальный преобразователь, состоящий из зарядного резистора 4, входного сопротивления сумматора (R_Bxi) по первому входу, зарядного конденсатора 5 с включенным параллельно ему разрядным ключей 6, второй экспоненциальный преобразователь, состоящий из зарядного резистора 7, сопротивления сумматора (Ивхз) 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 (Нвхз) 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. 26, временной интервал tj— ΐ₂), производят сброс напряжений конденсаторов 5, 8 и 11 первого, 55 второго и третьего экспоненциальных преобразователей, которые после действия импульса с момента t₂ начинают заряжаться от источни ка опорного .напряжения через соответствующие времязадающие 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 R_oc и инверторе, напряжение на выходе сумматора 3 (фиг. 2в) пропорционально сумме входных токов.

В случае же выполнения сумматора 3 в виде сумматора напряжений, Напряжение 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 экспоненциальных преобразователей рассчитаны из условий получения на выходе сумматора 3, а также и на выходе формирователя импульсов 2, напряжения Uyi, изменяющегося во времени по закону, аппроксимирующему гиперболический с минимальной погрешностью. Напряжение U53 сформированное формирователем импульсов 2, через диод 16 передается на запоминающий кбнденсатор 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-t₃) 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 известному устройству, в котором при формировании аппроксимирующей функции экспоненциальные преобразователи работают последовательно во времени и зависимо друг от друга с последовательным накоплением ошибки аппроксимации гиперболической функции кусочно-экспоненциальной, что

951170 А 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 серийном изготовлении строгого отбора по номиналам элементов времязадающих цепей его экспоненциальных преобразователей, так как последние работают одновременно и независимо.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  мгновенной частоты процессов малой скоростиИзвестен измеритель частоть аналогичного назначени , основанный на преобразовании интервала между двум  очередньгми импульсами , характеризующими исследуемый процесс , в напр жение, измен ющеес  по закону, аппроксимирующему гиперболический, и содержащий преобразователь, реализующий зависимость , близкую к обратной, управл емый вентиль, преобразователь напр жение-врем  и счетчик импульсов с цифровой индикацией 1 Этот измеритель об)1адает низким быстродействием и малой надежностью. Погрешность измерени  частоты этим измерителем значительна, что обусловлено недостаточно высокой степенью точности воспроизведени  гиперболической функ ции, св занной с применением метода кусочнолинейной аппроксимации на диодно-резистивных цеп х. Измерителю характерна низка  температурна  стабильность от наличи  коммутирующих диодов в блоке формировани  обратной функции. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  цифровой измеритель частоты аналогичного назначени , также основанный на названном принципе, содержащий преобразователь, реализующий обратную функцию и состо щий из врем задающей цепи,разр дного ключа, RC-цепей с коммутирующими злементами, выполненными на диодах, устройство . выборки - хранени , включающее в себ  формирователь на полевом транзисторе, запоминающий конденсатор, преобразователь напр жение - врем  и счетчик импульсов 2. Недостатком известного цифрового измерител  частоты  вл етс  сложность настройки блока формировани  обратной функции, вызванна  строгим отбором по номиналам злементов его врем задающих цепей (резисторов и конденсаторов), а также отбором пр характеристикам коммутирующих их вентилей, так как от параметров последних зависит величина исходного, напр жени  на врем задающих конденсаторах к моменту прихода первого импульса измер емой частоты. К недостаткам устройства также относитс  его 1гизка  темпе395 ратурна  стабильность, определ ема  коммутирующими вентил  рли. Цель изобретени  - упрощение устройства и улучшение метрологических характеристик: расишрение диапазона измер емых им частот; повышение точности измерени  частоты, повышение быстродействи  и надежности устройства , повышение его температурной стабильности. Цель достигаетс  тем, что в измерителе мгно венной частоты следовани  импульсов, содержащем последовательно соединенные формирователь импульсов и блок выборки и хранени , формирователь импульсов выполнен в виде сумматора, входы которого соединены соответственно с зар дными конденсаторами RC-цепей, разр дные ключи которых соединены с входом устройства. На фиг. 1 представлена функциональна  схема предлагаемого Ш1фрового измерител  мгновенной частоты следовани  импульсов; на фиг. 2 - диаграммы напр жений, по сн ющие его работу. Измеритель мгновенной частоты следовани  импульсов содержит блок выборки и хранени  1, формирователь импульсов 2j в который вхо д т сумматор 3, первый экспоненциальный преобразователь., состо щий из зар дного резистора 4, входного сопротивлени  сумматора (Rgxi) по первому входу, зар дного конденсатора 5 с включенным параллельно ему разр дным ключем 6, второй экспоненциальньш преобразователь, состо щий из зар дного резистора 7, сопротивлени  сумматора (RBXJ) по второму входу, зар дного конденсатора 8 с включенным параллельно ему разр дным ключом 9, третий экспоненциальный преобразователь , состо щий из зар дного резистора 10 сопротивлени  сумматора (Ивхз) о третьему входу, зар дного конденсатора Не включенным параллельно ему разр дным ключом 12. Блок выборки и хранени  содержит преоб разователь напр жете - врем  13, счетчик 14 формирователь 15, диод 16, запоминающий конденсатор 17. 1 Измеритель работает «следующим образом. Поступающие на вход измерител  импульсы измер емой частоты запускают формирователь импульсов 2, который формирует сумму экспонешшальных напр жений. Запускающий импульс измер емой частоты поступает на управл ющие входы преобразовате л  напр жение - врем  Гз и разр дных ключей 6, 9 и -12 (фиг. 2а). Последние, OTK{ iiва сь на врем  действи  импульса (фиг. 26, временной интервал t j -tj), производ т сброс напр жений ковденсаторов 5, 8 и 11 первого, агорого и третьего экспоненциальных преобразователей , которьте после действи  импульса с момента tj начинают зар жатьс  от источника опорного «апр жени  через соответствующие врем задающие цепи, сопротивлени  которых определ ютс  величиной сопротивлени  соответствующего зар дного резистора и сопротивлени  соответствующего входа сумматора 3. При выполнении сумматора 3 в виде сумматора токов, выполненного, например, на операционном усилителе с цепью обратной св зи на резисторе RQC и инверторе, напр жение на выходе сумматора 3 (фиг. 2в) пропорционально сумме входных токов, R случае же выполнени  сумматора 3 в сумматора напр жений, 11апр жение на выходе сумматора в каждый момент времени определ етс  сумМой напр жений зар дных конденсаторов экспоненциальных преобразователей (фиг. 2 в). Номинальные величины сопротиплений зар дных резисторов, входных сопротивлений сумматора и емкостей зар дных конденсаторов вход щих во все экспоненциальные преобразователи , а также количество экспоненциальных преобразователей рассчитаны из условий получени  на выходе сумматора 3, а также и на выходе формировател  импульсов 2, напр жени  Uj-j, измен ющегос  во времени по закону , аппроксимирующему гиперболический с минимальной погрешностью. Напр жение U сформированное формирователем импульсов 2, через диод 16 передаетс  на запоминающий кбнденсатор 17. С приходом следующего запускающего импульса измер емой частоты весь процесс на зар дных конденсаторах 5, 8 и 11 экспоненциальных преобразователей пог втор етс , а напр жение на запоминающем конденсаторе 17 сохран етс , так как диод 16 заперт. Напр жение на выходе полевого транзистора 15, соответствующее периоду повторени  входных импульсов (временной интервал t,-1з) поступает на вход преобразова . напр жение -врем  13, на вьтходе формируютс  импульсы, длительности которых убывают пропорциоанльно входному напр жению. Эти импульсы формируютс  в момент прихода запускающих импульсов на вход измерител  и имеют малую длительность, обеспечива  высокую точность измерени  при наличии саморазр да запоминающего конденсатора 17. С выхода преобразовател  напр жение - врем  13 импульсы поступают на пересчет и индика цию в счетчик, В противоположность известному устройству, в котором при формировании аппроксимирующей функции экспоненциальные преобразователи работают последовательно во времени и зависимо друг от друга с последовательным накоплением ошибки аппроксимации гиперболической функции кусочно-экспоненциальной, что ставит в известном устройстве очень жесткие требовани  к огбору по номиналам, а гакже к тем пературной стабильности элементов, особенно первых его экспоненциальных преобразователей предлагаемому устройству, присуща простота настройки вслй1ствие исключени  при серийном изготовлении строгого отбора по номиналам элементов врем задающих цепей его экспоненциальных преобразователей, так как последние работают одновременно и независимо. Формула изобретени  Измеритель мгновенной частоты следовани  импульсов, содержащий последовательно сое9 0 диненные формирователь импульсов и блок выборки и хранени , отличающийс   тем, что, с целью упрощейи  устройства и улучшени  метрологических характеристик, формирователь импульсов выполнен в виде сумматора, входы которого соединены соответственно с зар дными конденсаторам RC-цепей, разр дные ключи которых соединены с входом устройства. Источники информации, прин тые во внимание при экспертте 1. Ут мыщев Р. И. Радиоэлектронна  аппаратура дл  электрофизкологических исследований. Энерги  1969.
2. 2. Авторское свидетельство СССР N° 532823, кл. G 01 R 23/00, 1977.