Устройство для цифрового измерения частоты медленно меняющихся процессов

(51)М. Кл. с присоединением заявки МС 01 й 23/02 ЬаударстаиоыИ канитат ФСТР аа алан иэобретвний и открытия(5 З) УЛК 621. ,317088.8) . т 1 .В.А. Медников и А.Н, Оорынов -",1а, " гЭ рКуйбышевский ордена Трудового Красного намеМ-;.т".:.авиационный институт ии. акад. С.П. КоролеЪВ"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ МЕДЛЕННО МЕНЯЮЩИХСЯ ПРОЦЕССОВИзобретение относится к электрйческим измерениям и предназначенодля цифрового измерения частоты процессов малой скорости,Известно устройство, содержащеепреобразователь временного интервалав напряжение, Формирователь гиперболической Функции и старт-стопную схемууправления 1,,Недостатком этого устройства яв"ляется низкая надежность, обусловленная использованием в нем механических реле,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является устроиство для цифрового измерения часы1 Зтоты медленно меняющихся процессов,содержащее Функциональный преобразо- "ватель временного интервала в напряжение с входящим в него триггером,генератором пилообразного напряжения,Збсостоящим из генератора тока, эталонной емкости, цепи разряда эталонной емкости, и кипп-реле разряда,выполняющего роль Формирователя импульсов, Формирователь гиперболической Функции, состоящий из импульсно" го генератора, электронного ключа и старт-стопной схемы, включающей в себя триггеры, электронные ключи и диоды, и генератор опорной частоты 21.Однако известное устройство не позволяет измерять мгновенную частоту для каждого периода исследуемого процесса (контроль произоводитсл через период), в результате чего теряется половина измеряемой информации. Указанный недостаток сужает возможные области использования измерителя.Кроме того, известному устройству присуща сложность конструкции, связанная со сложностью схемного рещения входящей в Формирователь гиперболической Функции устройства стартстопной схемы, состоящей из большого количества электронных ключей и триг930144 геров, что приводит такие и к низкой надежности устройства.Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение быстродействия.Эта цель достигается тем, чтоустройство длл цифрового измерениячастоты медленно меняющихся процессов, содержащее входной Формирователь, выход которого соединен с.входом запуска генератора пилообразного 1 онапряжения и с первым входом первоготриггера, выход которого соединен сустановочным входом второго триггера, управляемый генератор, ключ,входы которого соединены соответст Звенно с выходом второго триггера иимпульсным генератором опорной частоты, введены пиковый детектор идифференцирующал цепь, причем выходгенератора пилообразного напряжениячерез пиковый детектор соединен свходом управляемого генератора, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, а выход второго триггера через дифференцирующуюцепь - с вторым входом первого триггера и входом сброса пикового детектора.На фиг, 1 представлена структурнал схема устройства; на Фиг, 2 -временные диаграммы; на Фиг. 3 приведен пример выполнения пикового детектора; на фиг, 4 - выполнение управляемого генератора с линейной модуляционной характеристикой; наФиг. 5 - временные диаграммы, пояс,няющие работу управляемого генерато. ра,Устройство содержит входной Формирователь 1, генератор 2 пилообразного напряжения, пиковый детектор 3,управляемый генератор 4, первый ивторой триггеры 5 и 6, ключ 7, импульсный генератор 8 опорной частоты,дифференцирующую цепь 9,Генератор 2 пилообразного напряжения состоит из генератора тока,эталонной (запоминающей) емкости С ицепи разряда эталонной емкости,Устройство работает следующим образом.Импульсная последовательность из"меряемой частоты преобразуется входным формирователем 1 (фиг. 2 с 1) вкороткие прямоугольные импульсы, передний Фронт которых соответствует во ффвремени экстремальным значениям каждого периода исследуемого процесса(Фиг. 2,5),4Первый импульс с выхода Формирователя 1 поступает на вход триггера 5,взводя триггер, а также поступаетна управляющий вход цепи разряда генератора пилообразного напряжения 2,воздействуя на последнюю, что приводит к быстрой разрядке через нееэталонной емкости Сэт в моментПосле окончания действия импульса нацепь разряда с момента С эталоннаяемкость начинает заряжаться по линейному закону от генератора постоянного тока как показано на Фиг. 2 8.Пиковый детектор 3 в одном из возможных вариантов исполнения выполнен, например, из последовательносоединенных эмиттерного повторителя,аналогового запоминающего устройства и устройства сброса напряжения(фиг, 3).Напряжение эталонной емкости, поступая через эмиттерный повторительна вход аналогового запоминающегоустройства, отслеживается последнимна его выходе, являющимся выходом пикового детектора 3 (фиг. 5,4), с которого поступает на вход управляемо-,го генератора 4 с линейной модуляционной характеристикой, Формирующего импульсы, частота следования которых(фиг. 2,д) меняется в зависимости отуправляющего напряжения пикового детектора (Фиг. 2,т ) .Один из возможных вариантов реализации управляемого импульсного генератора с линейной модуляционной характеристикой приведен на фиг. 4 сдиаграммами напряжений на фиг. 5.Управляемый генератор 4 состоитиз резистора 10, операционного усилителя 11 с цепью обратной связи, состоящей из параллельно включенныхконденсатора 12 и двухполюсника 13с -обратной характеристикой (разрядного ключа), дифференцирующей цепи,содержащей конденсатор 14 и трансФорматор 15, и диода 1 б, подключенного ко вторичной о)мотке трансформатора 15. Возможно подключение первичной обмотки трансФорматора .15 последовательно с двухполюсником 13 с-образной характеристикой,Ток заряда конденсатора 12 в цепиобратной связи операционного усилителя пропорционален величине управляющего напряжения, поступающего с выхода пикового детектора на вход управляемого генератора 4, и равен -оку, протекаемому через резистор О,5 9301Иапсяжение на выходе операционного усилителя 11 (фиг. 4) управляемого генератора 4, равное напряжению на конденсаторе 12, изменяется по пилообразному закону .(фиг. 5,о) с 5 крутизной, пропорциональной величине входного напряжения, и достигает напряжения 0 порога срабатывания двухполюсника .с 5-образной характеристикой, после чего двухполюсник пробивается. Конденсатор 12 разряжается.Выходное напряжение операционного усилителя 11 резко падает. Этот перепад напряжения через дифференцирующую цепочку 14-15 и диод 16 в виде положительного импульса передается на выход импульсного генератора(фиг, 5,в)С выхода управляемого генератора 4 последовательность импульсов по О ступает на счетный вход второго триггера 6, который находится в исходном состоянии (выходное напряжение триггера 6 соответствует уровню логической единицы), под действием посту пающего на его вход установки в единичное (исходное) состояние нулевого уровня напряжения с выхода первого триггера 5. При этом выходные импульсы генератора 4, поступающие на счет- зо ный вход триггера 6, не могут изменить его состояние до тех пор, пока напряжение на входе установки триг" гера 6 не станет равным уровню логической единицы. В момент времени й.,э и т,д. выходное напряжение триггера 5 изменяется с нулевого уровня на уро" вень логической единицы. При этом триггер 6 получает возможность работать в счетном режиме (т.е, получает возможность изменять состояние уровней выходных напряжений при по" ступлении импульсов на счетный вход).С приходом первого счетного импульса с выхода управляемого генератора 4 на счетный вход второготриггера 6 выходной уровень напряжения последнего изменяется на противоположный. Первый импульс генератора переводит второй триггер из состояния логической единицы в нуле" вое.Второй импульс с выхода управляю 55 щего генератора 4 воздействуя в момент времени й на счетный вход второго триггера 6, вновь перебрасывает его в противоположное (исходное 44 6состояние), Импульс, сформированныйна выходе триггера 6, дифференцируется дифференцирующей цепью 9, Выходной импульс дифференцирующей цепи положительной полярности в моментвремени С поступает на вход установки нуля триггера 5 и сбрасывает триггер, При этом нулевой уровень напряжения с выхода первого триггера 5 (Фиг. 2,е), поступив на установочный вход (установки уровня логической единицы) второго триггера 6, пе" реводит его в состояние, нечувствительное к импульсам с выхода импульсного генераторафСформированный таким образом в ин" тервале времени Сд-С импульс на выбходе второго триггера 6 (рис. 2,) поступает на второй вход (управляющий) электронного ключа 6, открывая его на время своего деиствия, Черезоткрытый электронный ключ 7 (фиг.2,и) импульсы, поступающие на первый вход последнего с выхода генератора опорной частоты 8, проходят на выход электронного ключа до тех пор, пока он не закроется в момент времени по окончанию действия импульса с выхода триггера 6,Таким образом, электронный ключ 7 открыт в промежуток времени й,-Сили на время, равное периоду следования импульсов на вы.оде управляемого генератора, работающего в стационар" ном режиме.Число этих импульсов пропорционально измеряемой частоте процесса.Напряжение на выходе аналогового запоминающего устройства 17 (фиг.3) и на выходе пикового детектора 3 сбрасывается в момент времени йчерез устройство 18 сброса путем воздействия на последнее положительного импульса с выхода дифференцирующей цепи 9 (фиг. 23) после действия которого напряжение на выходе аналогового запоминающего устройства 17 и на выходе пикового детектора 3 вновь повторяет через эмиттерный повторитель 19 линейно изменяющееся напряжение с эталонной емкости Сзт генератора 2 пилообразного напряжения.Используемые для цели измерения первый и второй выходные импульсы импульсного генератора 4, составляющие его.период Тг = й- й, следуют позднее момента времени йустанов" ления стационарного режима. Так как для измерения используется временной930144 15 йован интервал следования импульсов, следующий за моментом времени С, то синхронизация скачков управляемого напряжения пикового детектора с выходными импульсами релаксационного генератора не требуется для работы данного импульсного генератора 4.Предлагаемое устройство для цифрового измерения мгновенной частоты импульсной последовательности отличается от известного простотой схем- ного решения, кроме того, оно имеет более высокую надежность вследствие сокращения общего количества элементов. Причем в предлагаемом устройстве в два раза по сравнению с известным увеличен обьвм информации об исследуемой последовательности импульсов (повышена надежность передачи информации в два раза), цто,достигнуто благодаря возможности измерения предлагаемым устройством мгновенного значения частоты каждого периода без пропусковВыше названные отличительные признаки предлагаемого устройства, а также легкость реализации последнего в интегральном исполнении значительно расширяют возможные области использования устройства, снижают его стоимость, повышают технологичность. формула изобретенияУстройство для цифрового измерения частоты медленно меняющихся процессов, содержащее входной формирователь, выход которого соединен свходом запуска генератора пилообразного напряжения и с первым входомпервого триггера, выход которого соединен с установочным входом второготриггера, управляемый генератор, ключ,входы которого" соединены соответственно с выходом второго триггера иимпульсным генератором опорной частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения быстродействия, в него введены пиковый детектори дифференцирующая цепь, причем выход генератора пилообразного напряжения через пиковый детектор соединенс входом управляемого генератора, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, а выход второго триггера через дифференцирующуюцепь - с вторым входом первого триггера и входом сброса пикового детектора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеУтямышев Р,И, Радиоэлектроннаяаппаратура для исследования физиологических процессов. М., "Энергия",1969, с, 275-297.2. Авторское свидетельство СССРВГ 501623, кл. С 01 В 23/02, 1978.930144 рректорЛ. Бокиан Заказ 3459/5 Подписноеенного комитета СССРетений и открытийРаушская наб, д, 4/5 Тираж 719 ВНИИПИ Государс по делам изо 3035, Москва, Ж лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Прое Составитель В. НовоселоРедактор В. Лазаренко Техред Л, Пекарь