Способ преобразования периода синусоидального сигнала в напряжение

(53) (56) У 982 тоты уров техн АЗОВАНИЯ ПЕИГНАЛА В НАП по фронту ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Н 0 МИТЕТ СССЕПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИД(72) Е.И,. МедведевФ.Ф. Фархутдинов и 681. 325 (088. 8)1. Авторское свидетельство СССР040, кл. Н 03 К 13/20, 1982.Джус Н.И. Преобразователь часв аналоговый сигнал с малымем пульсации. - "Измерительнаяика", 1973, У 6, с. 88.(54)(57) СПОСОБ ПРЕРИОДА СИНУСОИДАПЬНОГО ЯО 10941 РЯЖЕНИЕ, заключающийся в том, чтовходной периодический сигнал преобразуют в знакопеременное прямоугольное напряжение со стабилизированными положительной и,ртрицательнойамплитудами, о т л И ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повьппения точности и быстродействия, формируют дверазнополярные последовательностинапряжений треугольной формы путеминтегрирования знакопеременногопрямоугольного напряжения и определяют их разность, причем в процессе интегрирования положительноенапряжение треугольной формы сбрасывается в ноль по срезу прямоугольного напряжения, а отрицательное -Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах или в системах автоматического управления для быстродействующего преобразования частотно- модулированных сигналов в напряжениеИзвестен способ преобразования периода входного сигнала в напряже - ние, основанный на интегрировании знакопеременного прямоугольного напряжения, синхронизированного с входным сигналом 1 .Недостатками этого способа являются низкие точность и быстродействие.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ преобразования периода в напряжение, при котором входной (предполагается синусоидальный) сигнал преобразуют в знакопеременное прямоугольное напряжение со стабилизированными положительной и отрицательной амплитудами. Это напряжение далее интегрируют, поддерживая нулевым средн" значение треугольного напряжения, представляющего собой результат интегрирования, после чего это треугольное напряжение выпрямляют и при необходимости сглаживают 21,Недостатками известного способа преобразования являются низкие точность и быстродействие, что обусловлено как внутренними свойствами способа, так и необходимостью фильтрации выходного напряжения.Цель изобретения - повышение тоюности и быстродействия преобразова- ния периода синусоидального сигнала в напряжение. Цель достигается тем, что согласр способу преобразования периода синусоидального сигнала в напряжение входной периодический сигнал преобразуют в знакопеременное напряжение со стабилизированными положительной и отрицательной амплитудами, формируют две разнополярные последовательности напряжений треугольной формы путем интегрирования знакопеременного прямоугольного напряжения и определяют их разность, причем в процессе интегрирования положительное напряжение треугольной формы сбрасывают в ноль по срезу прямоугольного напряжения - а отрицательное - по Фронту.На Фиг. 1 даны временные диаграммы, на фиг. 2 - устройство, реали 5 зующее способ.Сущность способа состоит в следующем. При синусоидальном входномсигнале (фиг. 1) спадающий и нарастающий фронты прямоугольного напряжения формируют в моменты переходавходного сигнала через нулевое значение. В установившемся режиме,при постоянной частоте входного сигнала, выходное напряжение интеграторов ц 4, ци нарастает при отрицательном входном и спадает при по"ложительном входном напряжении, изменяясь в пределах от нулевого значения до некоторого максимального,причем выходное напряжение одногоинтегратора (первого) ц 4 остаетсявсе время положительным, а второго- отрицательным,Так, на интервале с ( С 4 с,25ц 111 = "и юкс - цнЦИ 4. = т Цвна их разность цФ - цк = цимам=:сопз, причем 1йтОгпнц .Ю= -- Тк да; 1 ОНС.0где ц - выходное напряжение интегИ35 ратора;Г - постоянная интегрирования,Т - период входного сигнала;ц - амплитуда прямоугольногонапряжения.Таким образом, разность выходныхнапряжений интеграторов в установившемся режиме остается постоянной, фпропорциональной периоду входногосигнала.45 В установившемся режиме выходноенапряжение первого интегратора достигает нулевого значения в моментспадания прямоугольного напряжения.В этот момент производится фиксациянулевого значения выходного напряжения интегратора. Поскольку ононормально равно нулю, фиксация невносит каких-либо изменений в состояние схемы, и ее выходное напряжение остается гладким,Допустим далее, что в момент времени с (фиг, 1) частота входного сигнала ступенчато уменьшилась. В этом случае до момента времениТаким образом, предлагаемый способ преобразования частоты в напряжение 40 обеспечивает высокое быстродействие и гладкую форму выходного напряжения, практически исключающую необходимость его дальнейшей фильтрации. Ежепериодная фиксация нулевого уров ня выходного напряжения интеграторов позволяет использовать в схеме преобразователя операционнье усилители без жестких требований к их дрейфовым характеристикам. 50Предлагаемый способ преобразования частоты в напряжение обеспечивает высокую статическую точность преобразования. Действительно, элементами, определяющими точностные характеристики способа преобразования, являются ключи, фиксирующие нулевой уровень выходного напряже 55 выходное напряжение преобразователя не изменится. Начиная с момента времени Сз, в соответствии с новым законом изменения прямоугольного напряжения, Би должно было бы изменить свой знак, но за счет его ограничения напряжением положитель-, ного знака оно сохраняется нулевым. .1 оскольку на интервале 15Т напряжение Б увеличивается по модулю, оставаясь отрицательным, то Нь возрастает до некоторого промежуточного значения. Окончательное возрастание Бдо значения, соответствующего новому значению входной частоты, происходит на интервале времени й 5 ь4, когда нулевым сохранится напряжение 01, а 04 возрастает до своего максимального значения, Общая длительность переходного процесса при ступенчатом снижении частоты в системе не превышает периода входного сигнала. В зависимости от фазы начала переходного процесса она.изменяется от полупериода до периода входного сигнала.При ступенчатом увеличении частоты переходный процесс также заканчивается за время, не превышающее периода входного сигнала - оно равно времени, необходимому для двух последовательных фиксаций нулевого уровня выходного напряжения интеграторов (моменты времени йЗ и С на фиг. 1). В обоих случаях переходный процесс протекает без неререгулирований. 5 10 152035 ния интеграторов, Современный уровень развития информационно-измерительной техники позволяет выполнить их быстродействующими с весьма малым сопротивлением. Длительность фиксации нулевого уровня при данном способе может быть выбрана минимальной, не превышающей 0,01 - 0,17. от минимального периода входного сигнала, так как в установившемся режиме ключи лишь подтверждают нулевой уровень вы,одного напряжения интеграторов. Поэтому и длительность искажающего выброса выходного напряжения, и его амплитуды оказываются небольшиУстройство, реализующее способ, содержит формирователя импульсов (ФИ) 1, генератор 2 прямоугольного напряжения (ГПН), интеграторы 3 и 4, ключевые элементы 5 и 6, узел 7 разделения полярностей импульсов (УРП) и ограничители 8 и 9 выходного напряжения интеграторов.Формиррватель импульсов 1 вырабатывает знакопеременные импульсы, совпадающие во времени с моментами перехода через нулевое значение входного сигнала, Выходные импульсы ФИ 1 подаются на вход ГПН 2, вырабатывающего прямоугольное напряжение, а с него сигнал подается на входы интеграторов 3 и 4. Кроме ГПН 2, выходные импульсы ФИ 1 подаются на ключевые элементы 5 и 6 через диодный УРП 7. В момент подачи импульса на ключевые элементы 5 и 6 цепь обратной связи соответствующего интегратора закорачивается и фиксируется нулевой уровень его выходного напряжения, Кроме того, напряжение на выходе интеграторов поддерживается нулевым за счет ограничителей 8 и 9 напряжения, исключающих возможность появления отрицательного напряжения на выходе интегратора 3 и положительного на выходе интегратора 4. Функцию ограничителя напряжения в простейшем случае может выполнять диод, включенный в цепь обратной связи интегратора.Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет получить экономический эффект за счет меньшей стоимости системы, реализующей способ, и повышения быстродействия.1094142 иг. ректор А. Фере олаичу Редакт Подписно аказ 34 ВН130 лиал 4 И Госуд делам Москва Составитель В, Пешко Техред А.Бабинец Тираж 862ственного комитета СССРобретений и открытийЖ, Раушская наб., д тент", г. Ужгород, ул. Проектная,