Преобразователь отклонения частоты от номинального значения в аналоговый сигнал

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении и автоматикев схемах измерения отклонения частоты от номинального значения различньх радиоэлектронных устройств,а также для формирования эталонныхимпульсов с регулируемой длительностью,Известен преобразователь частотыв аналоговый сигнал, содержащий формирователь эталонных импульсов, конденсаторный дозирующий блок иФильтр, Формирователь импульсов преобразует входной сигнал в прямоугольные импульсы, которые управляют конденсаторным дозирующим блоком. Прикаждом поступившем импульсе на конденсаторе накапливается заряд, Этотзаряд во время паузы передается.в фильтр выделяющий постоянную составляющую сигнала 1.Недостаток известного преобразователя заключается в малой чувствитель-.ности к изменению частоты и малой точности преобразования, вследствие влияния на точность формирования эталонных импульсов нестабильности источников питания и элементов схемы.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяпреобразователь частоты в аналоговыйсигнал, содержащий источник входнойчастоты, входной Формирователь.импульсов, генератор опорной частотыкварцевый генератор ), формировательимпульсов эталонной длительностии схему сравнения длительности импульсов, один вход которой подключен к выходу формирователя импульсовэталонной длительности, запускающийвход которого подключен к выходу вход40входного формирователя 2.Недостатком известного преобразователя является сложность, особеннопроявляемая при работе с различнымизначениями номинальных частот.Цель Изобретения - упрощение устройства и расширение функциональныхвозможностей,Поставленная цель достигается тем,5 Очто в преобразователь отклонения частоты от номинального значения в аналоговый сигнал, содержащий источниквходной частоты, входнойФормирователь импульсов, генератор опорнойчастоты, формирователь эталонных импульсов и схему сравнения длительности импульсов, первый вход которойподключен к выходу формирователя эталонных импульсов, запускающий входкоторого подключен к выходу входного формирователя импульсов, введеныисточник постоянного напряжения, калибровочный и рабочий делители напряжения, переключатель с двумя контактными группами и нуль-индикагор,причем источник постоянного напряжения подключен к входам калибровочного и рабочего делителей напряжения, выходы которых через первуюконтактную группу переключателя подключены к управляющему входу Формирователя эталонных импульсов, источник входной частоты и генератор опорной частоты через вторую контактнуюгруппу переключателя подключенык входному Формирователю импульсов,выход которого подключен к второмувходу схемы сравнения длительностиимпульсов, выход которой подключенк нуль-индикатору.На Фиг,1 и 2 приведены функцио".нальная схема преобразователя отклонения частоты от номинальногозначения в аналоговый сигнал и временные диаграммы, поясняющие его работу, соответственно, на фиг,3 и а 4пример функциональной схемы формирователя эталонных импульсов и временные диаграммы, поясняющие его работу соответственно, на Фиг.5 и 6пример функциональной схемы сравнения длительности импульсов и временные диаграммы, поясняющие его работу соответственно,Преобразователь отклонения частоты от номинального значения ваналоговый сигнал содержит генератор 1 опорной частоты и источник2 входной частоты, подключенныечерез контактную группу 3 переключателя к входу входного формирователя 4 импульсов, выход которогоподключен к входу формирователя 5эталонных импульсов и входу схемы6 сравнения длительности импульсов,которая своим выходом подключенак нуль-индикатору 7. В состав устройства входит, кроме того, источник 8 постоянного напряжения, выходное напряжение которого черезрабочий 9 и калибровочный 10 делители напряжения и переключающуюконтактную группу 11 переключателя подключено к регулирующему входу формирователя 5 эталонных импульсов, выполненного в виде преобразователя постоянного напряжения Она его регулирующем входе в длительность импульсовПреобразователь частоты работаетследующим образом,В режиме "работа" вход входного Формирователя 4 через контактную . группу 3 соединен с источником входной частоты 2, а выход рабочего делителя 9 напряжения подключен к управляющему входу Формирователя 5 эталонных импульсов. На входе входного Формирователя 4, выполненного в виде триггера со счетным входом, дЕйствуют импульсы преобразуемого сигнала, следующие с.часто-,1084694 ля 5 эталонных импульсов. С целью получения точности преобразования соизмеримой с точностью при цифровом методе формирования эталонных импульсов, преобразователь частоты снабжен элементами для периодической калибровки формирователя 5 эталонных импульсов путем сравнения длительности его выходных импульсов с периодом следования импульсов опорной частоты, 10 формируемых генератором 1 опорной,частоты, и соответствующей регулировки параметров формирователя 5.Для этого Формирователь 5 выполнен в виде преобразователя напряжения Ой )5 на его регулирующем входе в длительность импульсов и содержит элементы для регулирования чувствительности преобразователя, например, регулировочный резистор К, т.е. его статическая характеристика описывается выражением(3 )1НгдеТ,Е номинальное значение периодан 45и частоты, соответственно,входного сигнала преобразователя.Из соотношений (ЖЗ) следуетОя)еых 2 Е - 2 , (4)где ЬЕ,д - абсолютное и относительноезначения отклонения вход-.ной частоты от своего номинального значения,соответственно.Выделение среднего значения импульсного напряжения может осуществляться известными методами, например, с помощью фильтра нижних частот.60Погрешность преобразователя частоты в аналоговый сигнал в данномслучае определяется точностью установки и стабильностью длительностиимнульсов Г на выходе формировате(7) той Е бх (диагРамма а, фиг. 2 ), а на его выходе - импульсы, длительность которых равна периоду следователя Т = 1/ЕВх импульсов входной часто-. ты (диаграмма д, фиг,2). Выходные :импульСы входного формирователя 4 своим передним фронтом запускают формирователь эталонных импульсов, выходные импульсы которого ( диаграмма в, фиг.2) имеют фиксированную длительность.На выходе схемы б сравнения Формируются импульсы, период следования которых равен 2 Тх, а длительность равна, например, модулю разности длиельностей импульсов на ее входах, т.е.: т,х , (1) где ВФ - длительность импульсов навыходе схемы б сравнения,Т - длительность выходныхимпульсов формирователя5 эталонных импульсовТах - период входной частотыпреобразбвателя.Среднее за период значение выходного импульсного напряжения схемы б сравнения (фиг.2 г ) равноыи,Вьх 2 тцгде Ощ - амплитуда вйходных импульсов.Длительность выходных импульсов Формирователя 5 определяется величиной напряжения Ор на его регулирующем входе, которое с помощью делителя 9 напряжения устанавливают таким чтобы она равнялась номинальному периоду следования входного сигнала, т.е.-,:К(а, 1, и)О (5)Где К(0 р,Ф,1, О%) - чувствительность .формирователя эталонных импульсов, являющаяся функцией регулировочного сопротивления Р и дестабилизирующих факторов времени, 1, температуры окружающей среды 1 О, относительной влажности О% и т.п.В режиме "калибровка" вход входного формирователя 4 переключается с выхода источника входной частоты 2 на выход генератора 1 опорной частоты, а регулирующий вход формирователя 5 переключается с выхода рабочего делителя 9 напряжения на выход калибровочного делителя 10 напряжения, При этом на выходе формирователя 5 длительность импульсов равна величине. щфгде ь- длительность выходныхимпульсов формирователя5 в режиме калибровки,у - коэффициент деления делителя 10;О - величина выходйого напряжения источника 8 напряжения.На выходе схемы б сравнения при этом формируются импульсы, длительность которых равна разности периода опорной частоты и Г , Среднее значение этого импульсного напряжения индицируется нуль-индикатором 7. В процессе калибровки с помощью элемента регулировки чувствительГности Йр формирователя 5 добиваются нулевого показания нуль-индикатора 7, т.е. выполнения равенства (6)и обозначеной СЕ =к(йр)При необходимости повышения5 точности вместо пассивной интегрирующей цепи может быть, использован интегратор на операционном усилителе.Как видно из временных диаграмм, изображенных на фиг,2 г схема б сравнения формирует на выходе импульс при несовпадении сигналов на ее входах. Данным условиям удовлетворяет схема, реализующая логическую функцию НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ,Схема сравнения(фиг.5содержит, например, инверторы 17 и 18 элементы И 19 и 20, и элемент ИЛИ 21. Данная схема реализует логическую функцию, описываемую выражением 2 О1=11+12 = Х Х 2+ к 1 Хг, (13 )где У - выходная функция схемысравнения; 25У У - выходные Функции элемен 12тов И 20 и 21, соответственно,Х,М,Х,Х - входные сигналы и их ин Я 1 2версии, соответственно. 30Процесс формирования выходных импульсов, длительность которых равна разности длительностей входных импульсов схемы сравнения, ясен из временных диаграмм, изображенных З 5 на фиг.б, Импульсы на выходе элемента И 20 появляются при,длительности эталонных импульсов меньшей .периода входной частоты (входная частота меньше номинальной. Импульсы на выходе элемента И 19 появляются при длительности эталонных импульсов большей периода входной частоты (входная частота больше номинальной . Выходные импульсыэлементов И 19 и 20 собираются на выл 1ход схемы сравнения с помощью эле,мента ИЛИ 21. Длительность выходных импульсов изменяется в соответствии с выражением (1 1.Дальнейшая обработка выходных сигналов схемы 6 сравнения определяется функциональным назначением преобразователя. Например, если достаточно информации о модуле отклонения частоты, то сигнал снимается с выхода элемента ИЛИ 21, Информация о знаке отклонения при необходимости может быть получена с помощью известных детекторов наличия импульсного напряжения, подключаемых к выходам элементов И 19 и 20, на которых импульсное напряжение появляется при ек ) , и Е ( и соответственно. Если выходйое йапряжение должно быть знакопеременно, то нагрузка может включаться междувыходами элементов И 19 и 20 - при Е Е ток нагрузки потечет от элемента И 19 и элемента И 20 и наоборот приЕС 1 я ток нагрузки потечет в противоположную сторону.В преобразователе отклонения частоты от номинального значения (фиг.1 1 в качестве нуль-индикатора 7 использованы вольтметр средних значений импульсных напряжений, в простейшем случае может быть использован стрелочный прибор магнитоэлектрической системы достаточно высокой чувствительности. Соответствующая градуировка вольтметра средних значений в предлагаемом преобразователе позволяет использовать преобразователь в качестве частотомера относительного или абсолютного отклонения частоты от ее номинального значения. Предлагаемый преобразовательпозволит также заменить в стендах для частройки радиозондов сложный и дорогостоящий цифровой прибор ЧЗ; принятый за базовый,, =47 Х Составитель В. Пешковктор О. Сопко ,Техред Л.Коцюбняк КорректорЮ. Макаренко д, 4 лиал ППП "Патент", г. Ужгород,. Ул. Проектная, 4 каз 1990/39ВНИИПИ Госпо делам113035, Мос Тираж 711 арствуного ком зобретений и от а, Ж, Раушск Подписноетета СССРрытийя наб /5