Измерительный преобразователь девиации частоты

(19) 4 С 01 к 23 о ектроО-.летия 54) ИЗМЕЕВИАЦИИ57) Изоовано в ИТЕЛЬНЬ ЧАСТОТЫ етение нформациЕОБРАЗОВАТЕЛ ожет быть исполь окно-измеритель(21) 3766782/24-2(71) Смоленский филиал Московског ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического ин ститута и Витебский завод эл измерительных приборов им. 6 Великого Октября(56) Авторское свидетельство СССР ) 834565, кл, 6 О 1 К 23/06, 1980.Авторское свидетельство СССР В 355719, кл, С 01 В 23/06, 1971,ных системах в качестве высокоточного измерительного преобразователячастоты в аналоговый сигнал. Преобразователь содержит усилитель-ограничитель 1 входного напряжения, упрарляющий триггер 2,.измерительныйтриггер 3, кварцевый генератор 4, делитель 5 частоты, счетчики 6 и .элементы 8-16 И, элементы 17,18 и19 ИЛИ, дифференцирующие цепи 20-23,источник 24 опорного напряжения,нормирующее устройство 25, вычитающее устройство 26 и фильтрующий усилитель 27 постоянной составляющей.Введение элемента 19 ИЛИ, элементов3-16 И, дифференцирующих цепей 22,23 и их функциональные связи сэлементами преобразователя позволяютрасширить его функциональные возможности за счет индикации выходаизмеряемой частоты за пределы диапазона измерений. 1 ил.Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано в информационно-измерительных системах в качестве высокоточного измерительного преобразователя частоты в аналоговый сигнал.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей засчет индикации устройством выходаизмеряемой частоты за пределы диапазона измерения.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит усилитель-ограничитель 1 входного напряжения,управляющий триггер 2, измерительный триггер 3, кварцевый генератор4 делитель 5 частоты счетчики96 и 7, элементы И 8-16 (с первогопо девятый соответственно), элементы ИЛИ 17-19 (с первого по третийсоответственно), дифференцирующие цепи 20-23 (с первой по четвертую соответственно, источник 24опорного напряжения, нормирующееустройство 25, вычитающее устройство,26 и фильтрующий усилитель 27постоянной составляющей, Входнойсигнал подается на вход усилителяограничителя 1, выходной сигнал снимается с выхода усилителя 27,К выходу усилителя-ограничи геляподключены счетные входы управляющего триггера 2 и измерительного триггера 3. Выход кварцевого генератора 4 подключен к первым входам первых трех элементов И 8-10).рой вход элемента 8 соединен с единичным выходом измерительного триггеравход элемента 9 - с единичными, а вход элемента 10 - с нулевым выходами управляющего триггера, К выходу элемента 8 подключен вход делителя 5 частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого 11 и пятого 12.элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к нулевому и единично му выходам управляющего триггера. Выходы второго 9 и четвертого 11 элементов И подключены к входам первого элемента ИЛИ 17, а выходы третьего 10 и пятого 12 элементов И соединены с входами второго элемен та ИЛИ 18. Выход элемента ИЛИ 17 соецинен со счетным входом первого счетчика б, а элемента ИЛИ 18 - со 13429 2счетным входом второго счетчика 7.Установочные входы счетчиков под-.ключены к выходам первых двух дифференцирующих цепей 20 и 21, входыкоторых соединены соответственнос единичным и нулевым выходамитриггера 2. К выходам счетчиков 6 и7 подключены дифференцирующие цепи 22 и 23, выходы которых соедине 1 О ны с первыми входами шестого 3 иседьмого 14 элементов И, вторыевходы которых соединены соответственно с нулевым и единичным выходамиуправляющего триггера 2. Кроме то 15 го, выходы счетчиков 6 и 7 соединенысоответственно с первыми входамивосьмого 15 и девятого 16 элементов И, вторые входы которых подключены соответственно к выходам второй20 21 и первой 20 дифференцирующих цепей. Выходы элементов И 13-16 подключены к входам третьего элементаИЛИ 19, выход которого соединен снулевым установочным входом измери 25 тельного триггера .3. Выходы триггера 3 соединены с управляющими входами нормирующего устройства 25,питающий вход которого соединен спервым выходом источника 24 опорно 30 го напряжения. Выход нормирующегоустройства 25 и второй выход источника 24 опорного напряжения подаетсяна два входа вычитающего устройства 26,к выходу которого подключен фильтрую 35 щий усилитель 27 постоянной составляющей.На выходе последнего образуется выходной аналоговый сигнал,Устройство работает следующимобразом,40Входное напряжение Од, частотакоторого 1 = 1/Т измеряется,. поступает на усилитель-ограничитель1 и далее на счетные входы триггеров 2 и 3. Триггер 3 при поступленни каждого очередного импульсаусилителя-ограничителя 1, т.е.в начале каждого периода входногонапряжения О , устанавливаетсяв единичное положение. Триггер 2работает в счетном режиме, поэтому на его выходах образуются симметричные прямоугольные импульсы (типа меандр ), длительность которыхв точности равна периоду Т напря".5 жения О . Во .время первого перио-Вкда О положительный потенциал дейЬхствует на выходе Ц триггера 2, аво время второго периода - на выходе.я Во время первого периода открыты элементы И 9, 12 и 14. Через элемент И 9 и элемент ИЛИ 17 импульсы высокой частоты с выхода кварцевого генератора 4 поступают на счетный вход счетчика 6, добавляясь к начальному числу й , предварительно записанному в счетчик . 6 выходным импульсом дифференцирующей цепи 20, образующимся в момент переключения триггера 2 в единичное положение. Заполнение счетчика 6 импульсами кварцевого генератора 4 происходит в течение всего первого периода Озл. Переключение измерительного триггера 3 в единичное положение открывает элемент И 8. Проходящие через него импульсы кварцевого генератора 4 поступают на делитель 5 частоты.: Выходные импульсы последнего через открытый элемент И 12 и элемент ИЛИ 18 поступают на счетный вход счетчика 7, продолжая заполнение последнегоВ момент переполнения .счетчика происходит установка всех его триггеров в нулевое положение и на выходе дифференцирующей цепи 23 образуется импульС, который через открытую схему 14 совпадения и элемент ИЛИ 19 поступает на нулевой установочный вход измерительного триггера 3, переключая его в нулевое положение. При этом закрывается элемент И 8 и поступление импульсов на входы делителя 5 частоты и счетчика 17 прекращаются. В нулевом положении триггер 3 и счетчик.7 остаются вплоть до начала нового, второго периода О .В результате, после окончания первого периода О в счетчике 6 оказывается некоторое число Й 4 = а + Тл ф (1)где Т - длительность периодахнапряжения О ;частота импульсов кварцевого генератора.В начале второго периода Ол происходит переключение триггера 2 в нулевое состояние, что приводит к открыванию элементов И 10, 11 и 13 и закрыванию элементов И 9, 12 и 14. Одновременно с этим вновь в единичное состояние переключается триггер 3, открывая элемент И 8. Импульс, образующийся на вы 123429 5О 5 20 35 40 45 50 55 ходе дифференцирующей цепи 21 при,переключении триггера 2 в нулевоесостояние, устанавливает начальное число Йнач в счетчик 7. Импульсы кварцевого генератора 4 через элементы И 10 и ИЛИ 8 проходятна счетный вход счетчика 7, добавляясь к Йа. Заполнение счетчикапродолжается вплоть до окончанияпериода О. В результате в счетчике 7 после окончания периода оказывается число М опрецеляемое,формулой (1).Открывание элементов И 8 и 11 приводит к тому, что на счетный вход счетчика б во втором периоде Опоступают импульсы с выхода делителя 5 частоты, продолжая заполнение счетчика. В момент его переполнения все триггеры счетчика переключаются в нулевое положение и на выходе дифференцирующейцепи 23 образуется импульс, проходящий через открытый элемент И 14 иэлемент ИЛИ 19 на нулевой установочный вход измерительного триггера 3,устанавливая последний в нулевоеположение. Элемент И 8 при этомзакрывается и поступление импульсов на входы делитепя 5 частоты и счетчика 6 прекращается. В нулевом состоянии счетчик 6 и триггер 3 остаются вплоть до начала следующего периода Оал. В дальнейшем описанный алгоритм работы повторяется.Таким образом, на выходе триггера 3 в течение каждого периода Оформируется импульс длительностью й, определяемой периодом входного напряжения. Импульсы с вы - ходов триггера 3 поступают на управ" ляющие входы нормирующего устройства 25, в котором им придается стабильная амплитуда Оа, задаваемая источником 24 опорного напряжения. Импульсная последовательность, возникающая на выходе нормирующего устройства 25, поступает на один из входов вычитающего устройства 26, на второй вход которого прдается напряжение с второго выхода источника 24. Выходное напряжение вычитающего устройства 26 поступает на вход фильтрующего усилителя 27 постоянной составляющей, на выходе которого образуется выходной аналоговый сигнал.В случае, если частота 1 напря .жения О меньше некоторой минимальной частоты 1 находящейся заминпределами заданного диапазона изменения Г , аналоговый сигнал на выходе устройства должен оставаться равным нулю или некоторому неизменному минимальному значению при изменении Г с Г,ц, в заданных пределах, При Гс 1 щн, переполнение счетчика 6 происходит уже. в первом периоде Ов и к началу второго периода :старший разряд счетчика оказывается в нулевом положении, открывая схему И 15. Образующийся на выходе дифференцирующей цепи 21 в момецт пере" кдючения триггера 2 в нулевое положение,. т.е. в самом начале второго .периода О , импульс проходит через ;открытый элемент И 15, элемент ИЛИ 19 и устанавливает измерительный триггер 3 в нулевое положение. Следовательно, переключение триггера 3 в единичное положение во время этого периода не происходит. Внулевом положении триггер 3 остается вплоть, до окончания второго периода. В момент его окончания переполненным оказывается счетчик 7, открывающий элемент И 16. Образующийся на выходе диФференцирующей цепи 20 при следующем переключении триггерае 2, т.е. в самом начале слелующего периода О, импульс проходит через элементы Й 16, ИЛИ 19, вновь устанавливая триггер 3 в нужное положение. Таким образом, и в следующем периоде О триггер 3 остается в нулевом положении, т.е. при Г с м, переключения триггера 3 в.единичное положение не происходит и на выходе устройства оказывается нулевой или не меняющийся минимальный сигнал при всех изменениях частоты Г в заданных пределах, когда ее значение остается меньше ГКогдаминчастота Г превосходит некоторое максимальное значение Гв этом режиме счетчик 6 не успевает переполняться во время второго, а счетчик 7 во время первого периода О, импульсы на выходах дифференцирующих цепей 22 и 23 не образуются и переключения триггера 3 в нулевое положение не происходит. Следовательно,на вход вычитающего устройства 26 с выхода нормирующего устройства 25 поступает не последовагельность импульсов, а неизменноенапряжение, равное выходному напряжению О источника опорного напряжения, и на выходе усилителя 27 устанавливается максимально возможный аналоговый сигнал, не меняющийся при всех изменениях частоты Г, когда ее значение остаетсягмакен10 Начальное число Ин, записываемое в соответствующий счетчик в начале данного периода О , выбирается таким образом, чтобы при минимальной частоте входного сигна ла(5) й = М -Г аТимпульсов. Во время этого периода О заполнение счетчика 6 происпосле окончания первого периодаО для счетчика 6 (второго перио да Одля счетчика 7) в счетчикеоказалось бы число Й, равное11 =М +Т Г =11 +1-Мг нац ма 1 е кк маке огде г 1- максимальное число, комаксторое может быть записа но в счетчике его переполнением;Ие - некоторое число, соответствующее возможноймгновенной нестабильности периода Т;й Р бТ ьТ мгновеннаянестабильность Т.В случае двоичного счетчикаМщк = 2. "- 1, где п - число разрядов счетчика и соответствуетециницам но всех разрядах. Тогдадля любого промежуточного значеМ%1ния частоты после окончания периодабудет в соответствующем счетчике 40 число, определяемое , Находя из(4) 45 максо кТгде ь Т= Т, - Т- отклонение измеряемого периода от максимально воз"можно го .Поскольку переполнение счетчика соответствует числу Йм +1, для пере -полнения счетчика 6 во время второго периода О(счетчика 5 во время первого периода О) необходимоподать согласно (4)551213429 5 10 рого и третьего элементов И соединены соответственно с единичным инулевым выходами управляющеготриггера, подключенный к выходу 15 первого элемента И делитель частоты, выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, вторые входы которых соот. -ветственно соединены с нулевым и 20 единичным выходами управляющего триггера, два элемента ИЛИ, два счетчика, счетные входы которых соединены с выходами элементов ИЛИ, причемвходы первого элемента ИЛИ соедине ны с выходами второго и четвертогоэлементов И, а входы второго элемента ИЛИ - с выходами третьего ипятого элементов И, первую и вторую дифференцирующие цепи, входы З 0 которых соединены соответственнос единичным и нулевым выходами управляющего триггера, источник опорного напряжения, нормирующее устройство, управляющие входы которого 35 соединены с выходами измерительного триггера, питающий вход - спервым выходом источника опорногонапряжения, а выход - с первым входом вычитающего устройства, второйвход которого соединен с вторымвыходом источника опорного напряжения, а выход - с входом выходногофильтра постоянной составляющей,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, 45 с целью расширения функциональныхвозможностей, в него дополнительно введены третий элемент ИЛИ, шестой, седьмой, восьмой и девятыйэлементы И, выходы которых соединены.с входами третьего элементаИЛИ, выход которого подключен к нулевому установочному входу измерительного триггера, .третья и четвертая дифференцирующие цепи, входы 55; которых подключены к выходам соответственно первого и второго счетИзмерительный преобразователь девиации частоты, содержащий усилительходит выходными импульсами делителя 5 частоты, причем частота заполняющих импульсов равна где КА - целое число, равное коэффициенту деления делителя частоты 5Тогда от момента начала заполнения счетчика б этими импульсами, т.е. от момента начала второго периода Одо переполнения счетчика ,потребуется промежуток времени й, равный 1 =Х Т - 3 о -кг ЬТх Ха "А+ (6)Х Й+ф Ти. э А 4/1ф х 1 А+Аа кг А+ кгВ течение этого промежутка времени измерительный триггер 3 находится в единичном состоянии, а после его окончания переключается в нулевоеСледовательно, длительность положительного импульса на единичном выходе триггера 3 во время второго периода О равно й. Точно такой же будет длительность выходного импульса триггера 3 и во время первого периода, когда выходными импульсами делителя 5 частоты заполняется счетчик 7. Таким образом, во время каждого периода Она выходе триггера 3 формируется прямоугольный импульс длительностью й, определяемой выражением (6), и, следовательно, частота этих импульсов равна Г,.В нормирующем устройстве 25 выходным импульсам триггера 3 придается стабильная амплитуда О , задаваемая источником 24 опорйого напряжения. Постоянная составляющая О получаемой импульсной последовательности с помощью вычитаю- щего устройства 26 и источника опор" ного напряжения, вырабатывающего стабильное напряжение, смещается вначало координат и определяется выражениемО = О К,+Т )ИВ 4 ос 1 о А 4 макскгПо сравнению с известным предлагаемое устройство обеспечивает индикацию выхода измеряемой частоты за пределы измеряемого диапазона частот. Формула изобретения ограничитель входного напряжения,выход которого подключен к входууправляющего триггера, измерительный триггер, кварцевый генератор,выход которого соединен с первымивходами первых трех элементов И,второй вход первого из которых соединен с единичным выходом измерительного триггера, а вторые входы вточиков, а их выходы соединены соответственно с первыми входами шестого и седьмого элементов И, вторыеЗаказ 778/55 Тираж 730 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., ц. 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 входы которых соединены соответственно с нулевым и единичным выходами управляющего триггера, первыевходы восьмого и девятого элементов И соединены с выходами соответственно первого и второго счетчиков, а вторые их входы - с выкодами соответственно второй и первойди 4 ференцирующих цепей, соединенныхтакже с установочными входами второго и первого счетчиков соответственно, причем очетньй вход измерительного триггера подключен к выходу усилителя-ограничителя.