Измерительный преобразователь малых девиаций частоты в аналоговый сигнал

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН А 191 4 23/06 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21 22 (46 (72 Г ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИ(71) Витебский завод электроизмериттельных приборов им. 60-летия Великого Октября(54)57) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МАЛЫХ ДЕВИАЦИЙ ЧАСТОТЫ В АНАЛООВЫЙ СИГНАЛ,.содержащий усилительограничитель входного напряжения,подключенный к его выходу управляющий триггер, измерительный триггер,кварцевый генератор, делитель частоты, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены соответственно с единичными Выходами измерительного и управляющего триггеров,а вторые входы - с выходом кварцевого генератора, выход первого элемен-,та И подключен к входу делителя частоты, а выход второго элемента И -к первому входу первого элемента ИЛИ,выход которого подключен к счетномувходу первого счетчика, нормирующееустройство, управляющий вход которогосоединен с единичным, выходом измерительного триггера, а питающий - свыходом источника опорного напряжения, второй выход которого, а такжевыход нормирующего устройства подключены к двум входам вычитающего устроиства, выход последнего соединен с входом фильтра постоянной составляющей, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения, в него введены второй счетчик, третий, четвертый, пятый, шестой и,седьмой элементы И, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, первая и вторая дифференцирующие цепи, выходы которых через второй элемент ИЛИ подключены к единичному установочному входу измерительного триггера, нулевой установочный вход которого через третий элемент ИЛИ соединен с выходами первого и второго. счетчиков, установочные входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с нулевым выходом измерительного триггера, второй вход третьего элемента И, первые входы пятого и шестого элементов И и вход первой дифференцирующей цепи соединены с нулевым, а второй вход четвертого, первый вход седьмого элементов И и вход второй дифференцирующей цепи - с единичными выходами управляющего триггера, счетный вход второго счетчика через четвертый элемент ИЛИ соединен с выходами шестого и седьмого элементов И, при этом второй вход шестого элемента И подключен к выходу кварцевого генератора, а вторые входы пятого и,седьмого элементов И - к выходу делителя частоты, выход пятого элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ.1 1138Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано в измерительных преобразователях частоты.Известно устройство для измерениячастоты, содержащее ждущий мульти 5вибратор, длительность выходных импульсов которого стабилизируетсякварцем, нормирующее устройство,источник опорного напряжения и фильтр 1постоянной составляющей 1 11.Недостатком этого устройства является низкая точность в случае малого значения измеряемой девиации частоты.15Известно устройство, содержащееусилитель-ограничитель входного напряжения, управляющий триггер со счетным входом, измерительный триггер сразделительными входами, кварцевый20генератор, два элемента И, делительчастоты, элемент ИЛИ, счетчик сосчетным входом., источник опорного напряжения, нормирующее устройство, вычитающее устройство и выходной фильтр постоянной составляющей.В известном устройстве вход усилителя-ограничителя соединен с входной шиной, а его выход - с входомуправляющего триггера со счетнымвходом, Выход кварцевого генератора30соединен с входами двух элементов И,единичный выход управляющего и единичный выход измерительного триггераподключены к другим входам элементов И. 35Первый вход делителя частоты подключен к выходу второго элемента И,его выход соединен с выходом первогоэлемента И, с которым соединен также вход счетчика, выход которого 40соединен с одним из входов измерительного триггера, второй вход которогосоединен с нулевым выходом управляющего триггера. Вторые входы счетчикаи делителя частоты соединены с нулевым выходом измерительного триггера,единичный выход измерительного триггера соединен с управляющим входомнормирующего устройства, питающийвход которого соединен с источником 50опорного напряжения, а выход нормирующего устройства соединен с однимиз входов вычитающего устройства,второй вход которого соединен с йсточником опорного напряжения, а выход - с фильтром постоянной составляющей, с выхода которого снимаетсявыходной сигнал 21,7552Недостатком этого устройства является низкое быстродействие, обусловленное тем, что подаваемые на фильтр постояннойсоставляющей импульсы имеют частоту вдвое меньшую частоты входного сигнала. Это же обстоятельство уменьшает и постоянную составляющую входного сигнала фильтра, снижает точность устройства.Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее усилитель-ограничитель входного напряжения, подключенный к его выходу управляющий триггер, измерительный триггер, кварцевый генератор, делитель частоты, первый и второй элементы И, первые входы которых соединены соответственно с единичными выходами измерительного и управляющего триггеров,а вторые входы - с выходом кварцевого генератора, выход первого элемента И подключен к входу делителя частоты, а выход второго элемента И - к первому входу первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к счетному входу первого счетчика, нормирующее устройство, управляющий вход которого соединен с единичным входом измерительного триггера, а питающий - с .выходом источника опорного напряжения второй выход которого, а также выход нормирующего устройства подключены к двум входамвычитающего устройства, выход последнего соединен с входом фильтра постоянной составляющей, введены второй счетчик, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы И, второй, третий, четвертый элементы ИЛИ, первая и вторая дифференцирующие цепи, выходы которых через второй элемент ИЛИ подключены к единичному установочному входу измерительного триггера, нулевой установочный вход которого через 1третий элемент ИЛИ соединен с выходами первого и второго счетчиков, установочные входы которых соединены соответственно с выходами третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены с нулевым выходом измерительного триггера, второй вход третьего элемента И, первые входы пятого и шестого элементов И и вход первой дифференцирующей цепи соединены с нулевым, а второй вход четвертого, первый вход седьмого25 элементов И и вход второй дифференцирующей цепи - с единичными выходамиуправляющего триггера, счетныйвход второго счетчика через четвертый элемент ИЛИ соединен с выходами 5шестого и седьмого элементов И,при этом второй вход шестого элемента И подключен к выходу кварцевогогенератора, а вторые входы пятогои седьмого элементов И - к выходуделителя частоты, выход пятого элемента И соединен с вторым входомпервого элемента ИЛИ.На фиг.1 представлена структурнаясхема предлагаемого устройства; на 15фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Устройство содержит усилительограничитель 1 входного напряжения,управляющий триггер 2, кварцевый генератор.3, первый счетчик 4, второйсчетчик 5, делитель 6 частоты, измерительный триггер 7, элементы И8-14, элементы ИЛИ 5-18, дифференцирующие цепи 19 и 20, нормирующееустройство 21, источник 22 опорногонапряжения, вычитающее устройство 23,фильтр 24 постоянной составляющей.К выходу усилителя-ограничителя1 входного напряжения подключен уп-равляющий триггер 2 с счетным входом.Первые входы элементов И 8 и 9 соединены с единичными выходами измерительного 7 и управляющего триггеров2, соответственно их вторые входыподключены к выходу кварцевого генератора 3. Выход элемента И 8 с входом делителя 6 частоты. Нулевой иединичный вьгходы триггера 2 соединены с входами дифференцирующих цепо.чек 19 и 20 соответственно, а выходыэтих цепочек подключены к двум входамвторого элемента ИЛИ 16, выход которого соединен с единичным установочным входом триггера 7. Нулевой выход триггера 2 соединен также с вторым входом третьего элемента И 10и первыми входами пятого 12, шестого13 элементов И, второй вход последнего подключен к выходу кварцевогогенератора 3. Вторые входы элементовИ 2 и 14 подключены к выходу делителя 6 частоты. Первые входы третьего10 и четвертого 11 элементов И соединены с нулевым выходом измерительно-;:го триггера 7, второй вход элементаИ 11 и первый вход седьмого элементаИ 14 подключены к единичному выходу триггера 2. Выход элемента И 4 соединен с одним из входов четвертого элемента ИЛИ 18, второй вход которого соединен с выходом шестого элемента И 13, а выход элемента ИЛИ 18 подключен к счетному входу второго счетчика 5. Установочный вход счетчика 5 подключен к выходу четвертого элемента И 11, а выход счетчика 5 соединен с одним из входов третьего элемента ИЛИ 17. Выход второго элемента И 9 соединен с одним из входов первого элемента ИЛИ 15, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И 2, а выход - со счетным входом первого счетчика 4, установочный вход которого соединен с выходом третьего элемента И 10, а выход - с вторым входом третьего элемента ИЛИ 17, выход которого подключен к нулевому установочному входу измерительного триггера 7.Единичный выход триггера 7 соединен с управляющим входом пормирующего устройства 21, второй вход которого (питающий ) соединен с выходом источника 22 опорного напряжения, а его выход - с входом вычитающего устройства 23, второй вход которого соединен с вторым выходом источника 22 опорного напряжения, выход вычитающего устройства 23 подключен к входу фильтра постоянной составляющей 24.Устройство работает следующим образом.Входное напряжение О , частотаВхкоторого измеряется, поступает на усилитель-ограничитель 1, далее на счетный вход триггера 2 ( фиг.22) .Во время первого периода О открыты элементы И 9, 11, 14 через элемент И 9 и элемент ИЛИ 15 импульсы высокой частоты с выхода кварцевого генаратора 3 поступают на счетный вход счетчика 4, добавляясь к на- чальному числу М , предварительно записанному в счетчик 4. Заполнение счетчика 4 импульсами кварцевого генератора 3 происходит в течение всего первого периода О (фиг.2.15 ).ВхВ момент начала каждого периода Ощ, т.е, в момент каждого нового переключения триггера 2, при помощи дифференцирующих цепей 19 и 20 формируются короткие импульсы, которые через второй элемент ИЛИ 16 поступа- .ют на единичный установочный входизмерительного триггера 7, устанав 1138755ливая его в положение "1"При этом открывается первый элемент И 8, ивна вход делителя 6 частоты начинают поступать импульсы кварцевого генератора 3. Во время первого периода Оимпульсы делителя 6.частоты через открытый седьмой элемент И 14 и четвертый элемент ИЛИ 18 поступают на счетный вход второго счетчика 5, продолжая заполнять его до перевыпол 1 О нения. В момент переполнения счетчика 5 на его выходе образуется импульс переполнения, который через третий элемент ИЛИ 17 поступает на нулевой установочный вход измерительного триггера 7, устанавливая его в нулевое состояние, При этом закрывается элемент И 8, поступление импульсов на вход делителя 6 частоты и счетчика 5 прекращается. Перепад напряжения, возникающий при переключении тригге-. ра в нулевое состояние, через четвертый элемент И 11 поступает на установочный вход счетчика 5, записывая в счетчик начальное число М25 В этом состоянии счетчик 5 остается вплоть до начала нового, второго периода О. В результате после окончаЬхния первого периода Ов счетчике 4 оказывается некоторое число М.30й,= й.+ , (1) где Т -длительность периода напряжения Ов,;- частота импульсов кварцевокгго генератора 3. 35В начале нового второго периода Опроисходит переключение триггера 2 в нулевое состояние, что приводит к открыванию элементов И 10, 12, 13 и закрыванию элементов И 9, 11, 14. 40 Одновременно с этим вновь в единичное состояние переключается триггер 7, открывая элемент И 8. Импульсы кварцевого генератора 3 через шестой элемент И 13 и четвертый элемент 45 ИПИ 18 проходят на счетный вход счетчика 5, заполняя его вплоть до окончания этого периода.ОЬ .В .результате в счетчике 5 после окончания второго периода О оказывается число Й оп. ределяемое формулой (1) (фиг.2,18,).Открывание элементов И 8 и 12 приводит к тому, что через элемент ИЛИ 15 на счетный вход счетчика 4 поступают импульсы с выхода делителя 55 6 частоты, продолжая заполнение счетчика 4. В момент его переполнения перепад напряжения, возникающий на выходе последнего триггера счетчикг 4, через элемент ИЛИ 1 переключает триггер 7 в нулевое состояние, элемент И 8 закрывается и поступление импульсов на счетчик 4 прекращается, Возникающий при переключении триггера 7 перепад напряжения через третий элемент И 10 производит запись начального числа Мц в счетчик 4. В таком состоянии счетчик 4 остается вплоть до начала нового периода О,В даль- нейшем описанный алгоритм работы повторяется.Таким образом, в течение каждого периода Она выходе триггера 7 образуется прямоугольный импульс длительности 1, определяемой периодом входного напряжения, Импульсы триггера 7 поступают на вход нормирующего устройства 21, в котором им придается стабильная амплитуда Об, задаваемая источником 22 опорного напряжения. Импульсная последовательность, возникающая на выходе нормирующего устройства 21, поступает на один из входов вычитающего устройства 23, на второй вход которого подается выходное напряжение источника опорного напряжения 22. Выходное напряжение вычитающего устройства 23 поступает на вход фильтра 24 постоянной составляющей, на выходе которого образуется выходное напряжение О Вц схемы.В качестве генератора 3 можно при менить схемы, не стабилизированныекварцем.Благодаря введению дополнительныхэлементов и новых связей частота вы-ходных импульсов измерительного триггера 7 и нормирующего устройства 21 увеличилась вдвое без изменения длительности импульсов по сравнению с известным устройством. Благодаря этому вдвое увеличивается частота первой гармоники выходного напряжения нормирующего устройства, подавляемой фильтром постоянной составляющей этого напряжения, выделяемой фильтром. Первое обстоятельство приводит к существенному (около четырех раз) повышению быстродействия устройства, а второе - к повышению точности выделения постоянной составляющей, что связано с увеличением входного сигнала фильтра.дали следуюГц О 0 10 В ф ВйХ Испытания устройстващие результаты: = 49-51 Гц, ЛГф 0-2 Д,ц - - 0-5 мА, Гкг=2 МГц, К =6),аосновная погрешность не превышает0,057.(7 изм Составитель В.Новоселовктор С.Патрушева Техред С.Мигунова ор рректор 4 аказ 10682/3 исное Тираж Государств елам изобрет 5,Москва,Ж-З