Частотный преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскнх Соцналнстнческнх Республнк(51)М. Кл. Н 03 К 13/20 //С 01 Н 23/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения Г,А,Шаповалов Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт буровой техники(54) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к измерительной технике и приборостроения, а точнее - к устройствам для измерения ипреобразования частотных сигналов,Преимущественной областью его использования является техника измерениячастоты гармонических сигналов.Известны устройства для измерениячастоты и частотные преобразователи,основанные на измерении и сравнениисредних сигналов, на принципе подсчета числа периодов измеряемогосигнала в единицу времени, содержащих элемент задержки,триггерфильтр,устройство вывода информации, компараторы, коммутатор, делитель частоты,Выход делителя частоты через элементзадержки и непосредственно соединенс триггером, а через него с фильтроми блоком вывода информации. Причемвторой выход фильтра через компараторы и коммутатор соединен со вторымвходом делителя частоты (1,25Недостатком его является низкое быстродействие, которое составляет 8-10 периодов частоты сигнала. В лучшем случае оно не превьхаает одного периода частоты измеряемого сигнала. Наиболее близким к предлагаемомуявляется частотный преобразователь,содержащий генератор импульсов, формирователь, ключи, распределитель импульсов и дешифратор 2,Недостатком известного устройстваявляется низкое быстродействие.Цель изобретения - повышениебыстродействия устройства для измерения и преобразования частоты периодических (гармонических) сигналов.Эта цель достигается тем, что вчастотный преобразователь, содержащий генератор импульсов, формирователь импульсов, первый вход которогосоединен с входной шиной устройства,распределитель импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам продвигающего блока и управляемые ключи, введены три запоминающиеячейки, элемент задержки, умножитель, сумматор, два делителя напряжения, арккосинусный преобразовательи блок задания интервала квантования, причем выход генератора импульсов подключен через элемент задержкико второму входу формирователя импульсов и непосредственно ко входураспределителя импульсов, выходы743194 Порядковые номераимпульсов от генератора импульсов 6 7 оПотенциалы на выходах распределителя импульсов Номер запоминающей .ячейки, подключаемой к выходам продвигающего блока 0 0 ИЯ 6 в я 10 01 00ЯЯ6 0 Яб Я,8 О Я8 б 1Я 8ЯЯ ЯбЯ 6 ЯЯ э А, Б, В - выходы продвигающего блока,И,И,Из- выходы распределителя импульсов,Я,Я,Я 8- запоминающие ячейки (блоки 6,7,8 на П римечание: которого подключены к управлякицимвходам управляемых ключей и ко входам сброса запоминающих ячеек, выходы которых соединены с информационными входами продвигающего блока,выход формирователя импульсов через 5управляемые ключи подключен к информационным входам запоминающих ячеек,первый и второй выходы продвигающегоблока соединены с соответствующимивходами сумматора, выход которогоподключен к первому входу первогоделителя напряжения, .второй входкоторого соединен с третьим выходомпродвигающего блока через умножитель, выход первого делителя напряжения через арккосинусный преобразователь подключен к первому входу второго делителя напряжения, выходыблока задания интервала квантованиясоединены со входом генератора импульсов и вторым входом второго делителя напряжения, соответственно,На фиг.1 представлена Функциональная схема частотного преобраэователя 1 на фиг,2 - функциональная схемапродвигающего блока, входящего в 25состав преобразователя,Устройство состоит из формирователя 1, управляемых ключей 2-4,элемента 5 задержки, запоминающихячеек 6-8 с предварительным сбросом 30ранее запомненной информации, генератора 9 импульсов, распределителя10 импульсов, продвигающего блока11, умножителя 12, сумматора 13, делителей 14 и 15, арккосинусного пре- З 5образователя 16, блока 17 заданияинтервала квантования и блока 18 вцвода информации.Продвигающий блок 11 состоит иэключей 19-27, к управляющим входамкоторых подключены выходы распределителя 10 импульсов, а к коммутируемым - выхода запоминающих ячеек6-8,Устройство работает следующивтобразом.45Импульсы от генератора 9 импульсов, проходя через элемент 5 задержки, периодически кратковременно открывают формирователь 1, При этомиз входного сигнала Пзформируютсяимпульсные сигналы, амплитуды которых пропорциональны его текущим мгновенным значениям. Одновременно импульсы от генератора 9 импупьсов поступают на вход распределителя 10 импульсов, на каждом иэ выходов которого последовательно, с приходомкаждого очередного импульса формируется высокий потенциал, открывающий один иэ ключей 2-4, С приходомпервого импульса высокий потенциалФормируется на крайнем левом посхеме выходе, с приходом второгоимпульса - на следующем, затемна последнем. С приходом четвертогоимпульса высокий потенциал вновьФормируется на крайнем левом выходеи т.д. Причем в каждый из моментоввремени высокий потенциал формируется только на одном из выходов распределителя 10 импульсов,Сигналы, пропорциональные текущиммгновенным значениям, поступаютчерез открытый в каждый .текущий мо .мент времениключ 2-4 на соответствующую запоминающую ячейку 6-8. Причем ранее записанная в ячейках информация сбрасывается передними фронтами импульсов, поступающих на входысброса запоминающих ячеек с выходовраепределителя импульсов. Элемент 5задержки необходим для того, чтобысместить во времени моменты переключения ключей 2-4 и моменты приходаимпульсов от формирователя 1.Это смещение осуществляется на ничтожно малое время, равное времени срабатыванияключей и сброса ранее записаннойв запоминающих ячейках информации,С ячеек 6-8 сигналы, пропорциональные запомненным значениям, поступают на продвигающий блок 11, Функция продвигающего блока состоит в том, что после прихода каждого очередного импульса от распределителя 10, значения сигналов на каждом из выходов меняются на соседние в соответствии с таблицей.Сигналы с крайних выходов продвигающего блока 11 поступают на сумматор 13, а со среднего выхода - наумножитель 12 на два. С выходов сумматора 13 и умножителя 12 сигналыпоступают на входы делителя 14, затем на арккосинусный .преобразователь16, с его выхода - на делитель 15, и,наконец на блок 18 вывода информации.С выходон блока 17 сигналы, определяющие величины интервалов квантования, поступают на вход генератораимпульсов 9, а также на вход делителя 15,На вход устройства поступает сигнал У = А я 1 п(Ю+Ч), имеющий нобщем случае некоторую амплитуду А,частоту Ж и фазу Ч . Должна бытьопределена частота этого сигнала Щ.Для этого выбирая три сколь угодно/близко отстоящие друг от друга ординаты (три отсчета), соответствующие мгноненным значениям внутри периода входного сигнала в моментывремениЦ = А я 1 п(бд 1 + Ч )25П, =Ая 1 п),+ Ч)Па = А вз.п(Ю 1, + 9)получим систему уравнений, при помощи которой можно найти искомоезначение частоты входного сигнала,31оперируя значениями сигналов, полученных при этих отсчетах,Причем23 сМ =1-(=г, - ,)т.е. величина интервалов квантования5.выбирается намного меньшей, чем период входного сигнала,Решая эту систему уравнений, полу."чим, что1 Ь+ Пз 40(И =д 1агссоя2 Цгде дг. =сопят для каждого даннОгоизмерения,Однако при изменении ожидаемойчастоты сигнала, Д(интервал кнантования) может меняться вручную илиавтоматически при помощи блока 17.П, У, П - значения сигналов,полученных в моменты времени1, 50Таким образом, генератор 9 импульсов выдает импульсы с частотой,намного превышающей частоту входногосигнала. Продвигающий блок 11 обес- упечивает непрерывную импульсную последовательность анализа входного сигнала. При этом в любой момент времени на верхнем по схеме выходе продвигаю щего блока будет значение 0,1 (первого отсчета) для данного момента времени, на среднем - значение 0 (второго отсчета), а на нижнем - значение Бз (третьего отсчета) . 65 В умножителе 12 значение сигнала Б увеличивается н два раза. В сумматоре 13 суммируются сигналы Б и. В делителе 14 значение сигнала с Выхода сумматора 13 (Б + Пз ) делится на сигнал, полученный в умно- жителе 1 2 (2 П) .Затем сигнал поступает в арккосинусный преобразователь 16, на выходе которого получают значение Ыдг В делителе 15 это значение делится на Ь 1 , Полученное значение Ю выдается блоком вывода информации (при включении на выходе последующн(х уст" ройстн) или блоком 18.Таким образом, измерение частоты сигнала осуществляется за незначительную долю периода, что свидетельствует о нысоком быстродействии устройстваВыигрыш в быстродействии может достигать 10 раз и более.Экономическая эффективность изобретения выражается в повышении производительности приборов и систем с частотными преобразователями. Если известные преобразователи имеют быстродействие не выше периода измеряемого сигнала, то настоящий преобразователь обеспечивает быстродействие 0,1 периода и выше, Например, при измерении сигнала частоты 50 Рц известные преобразователи имеют время измерения не менее 20 мсДанное устройство обеспечивает время измерения не более 2 мс при выборе периода частоты генератора импульсов9 равным 0,5 мс. Соответственно растет производительность измерительных систем, нозрастает эффективность управления в случае применения таких преобразователей н замкнутых системах регулирования.Формула изобретенияЧастотный преобразователь, содержащий генератор импульсов, формиро-. ватель импульсов, первый вход которого соединен с входной шиной устройства, распределитель импульсон, выходы которого подключены к упранляющим входам продвигающего блока и управляемые ключи, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повыпения быстродействия в него введены три запоминающие ячейки, элемент задержки, умножитель, сумматор, два делителя напряжения, арккосинусный преобразователь и блок задания интер- нала квантования, причем выход генератора импульсов подключен через элемент, задержки ко второму входу формирователя импульсов и непосредственно ко входу распределителя импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам управляемых ключей, и ко входам сброса запоминающих ячеек,743194 РЮНРедаищеле иипчдда Фщ 2 И Заказ 3630/19 Тираж 9 писное Проектная, 4 Филиал ППП Патентф, г. Ужгород выходы которых соединены с информционными входами продвигающего блока,выход Формирователя импульсов черезУправляемые ключи подключен к информационным входам запоминающих ячеек,первый и второй выходы продвигающего 5блока соединены с соответствующищ:входами сумматора, выход которогоподключен к первому входу первого делителя напряжения, второй вход которого соединен с третьим выходом прод- О,вигающего блока через умножитель, выход первого делителя напряжения черезарккосинусный преобразователь подключен к первому входу второго делителянапряжения, выходы блока заданияинтервала квантования соединены совходом генератора импульсов и вторымвходом второго делителя напряжения,соответственно. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9580518, кл . С 01 В 23/00, 1972,2. Шляндин В.М, Цифровые электроизмерительные приборы, М., Энергия, 1972.