Устройство для измерения разности частот

СОЮЗ СОВЕТСКИХиицмлюетимРеСпуьлик ОВ НИ 80,1 С 01 К 23100 ии,БРЕТ нио СССР2,03.79 РЕНИЯ 974290,что,вия, быст ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛНРЫТИй ОПИСАНИЕК АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРАЗНОСТИ ЧАСТОТ по авт.свВо т л и ч а ю щ е е с я тем,с целью повышения родейст в него введены двуполярный управляемый формирователь"ограничитель исуммирующий усилитель, включенныймежду выходом. управляемого формирователя-ограничителя напряжения и пер.вым выводом разделительного конденсатора, ко второму входу суммирующего усилителя подключен выход двуполярного управляемого формирователя-ограничителя, первый и второйвходь 1 которого соединены соответственно с первым и вторым выходамиблока выделения импульсов разностнойчастоты, а управляющий вход - с выходом преобразователя длительности .периода в напряжение.Изобретение относится к электро- .измерительной технике и может бытьиспользовано в качестве измерителяотносительной разности частот илиизмерителя относительной разностискоростей, например, вращения различных механизмов, снабженных частотными датчиками; пРеобразующими скорость в пропорциональную частоту следования импульсов. 10По основному авт.св. У 974290известно устройство для измеренияразности частот, содержащее входныеформирователи импульсов, блок выделения импульсов разностной частоты, 15выходы которого соединены с входамиформирователей импульсов тока разностной частоты, разделительный конденсатор, фильтр, соединенный с измерителем тока, например с операционным усилителем со стрелочнымприбором,.преобразователь разностифаз в скважность, блок выбора большей частоты, преобразователь длительности периода в напряжение, управляемый формирователь-ограничительнапряжения, причем входы преобразователя разности фаз в скважностьподключены соответственно к выходам двух входныХ формирователей импульсов и к входам блока выделения импульсов разностной частоты, а выходподключен к входу управляемого формирователя-ограничителя напряжения,управляющий вход которого подключен.к выходу преобразователя длительности периода в напряжение, вход которого соединен с выходом блока выборабольшей частоты, входы которогосоединены с выходами входных формирователей импульсов, второй выход раз - делительного конденсатора соединенс входом фильтра и с выходами формирователей импульсов тока разностной частоты 1.Недостатком известного устройства является низкое быстродействие из-за недостаточной компенсации пульсаций разностной частоты в выходном сигнале. Пульсации разностной частоты приводят к появлению динамической ошибки, для уменьшения которой требуется увеличить постоянную времени фильтра, что снижает быстродействие устройства.55 Целью изобретения является повышение . быстродействия устройства за счет компенсации пульсаций разностной частоты в выходном сигнале.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство введены двуполярный управляемый формировательограничитель и суммирующий усилитель,включенный между выходом управляемого формирователя-ограничителянапряжения и первым выводом разделительного конденсатора, ко второмувходу суммирующего усилителя подключен выход двуполярного управляемогоформирователя-ограничителя, первыйи второй входы которого соединенысоответственно с первым ивторым выходами блока выделения импульсов разностной частоты,а управляющий вход - с выходом преобразователя длительности периодав напряжение,На фиг. представлена структурнаясхема устройства для измерения разности частот; на фиг. 2 - один изпримеров конкретной Реализации двуполярного управляемого формирователя-ограничителя; на Фиг.3 - графикинапряжений, поясняющие работу устройства.устройство содержит входи фрователи 1 и 2 импульсов, блок 3 выделения импульсов разностной частоты,формирователи 4 и 5 импульсов разностной частоты, преобразователь 6разности фаз в скважность, блок 7выбора большей частоты, преобразователь 8 длительности периода в напряжение, управляемый формирователь-ограничитель 9 напряжения, разделительный конденсатор 10, фильтр 11., изме,ритель тока 12,. например операционный усилитель со стрелочным прибором, двуполярный управляемый формирователь-ограничитель 13 и суммирующий усилитель 14.Выходы входных формирователей 1 и 2 импульсов подключены к соответствующим входам блока 3 выделения импульсов разностной частоты, преобразователя 6 разности фаз в скважность и блока 7 выбора большей частоты, выходы блока 3 выделения импульсов разностной частоты соединены с соответствующими входами формирователей 4 и 5 импульсов разностной частоты и с первым и вторым входами двуполярного управляемого формирователя-ограничителя 13, уп3 322 равляющий вход которого подключен к выходу преобразователя 8 длительности периода в напряжение, а выход - к второму входу суммирующего усилителя 14, первый вход последнего соединен с выходом управляемого формирователя-ограничителя 9 напряжения, первый вход которого подключен к выходу преобразователя 6 разности фаз в скважность, а второй 10 управляющий) вход - к выходу преобразователя 8 длительности периода в напряжение, вход последнего соединен с выходом блока 7 выбора большей частоты, выходы Формировате лей 4 и 5 импульсов разностной частоты подключены через фильтр 11 к входу измерителя тока 12, а также через разделительный конденсатор 10- к выходу суммирующего усилителя 14, 20 выход измерителя тока 12 является .4 выходом устройства. Измеритель тока 12 представляет собой операционный усилитель 15, охваченный отрицательной обратной связью (резис тор 16), выход операционного усилителя 15 является выходом измерителя тока 12 и соединен со стрелочным прибором 17.Двуполярный формирователь-ограничитель 13 фиг,2) может быть построен на ключах 18 и 19; усилителе 20, инверторе 21, резисторах 22-26.Преобразователь 6 разности фаз в скважность может быть выполнен в виде КЗ-триггера, запускаемого по входам импульсами с входных формирователей.Блок 3 выделения импульсов разностной частоты может быть выпол нен по известным схемам, выделяющим импульс большей частоты, пришедший повторно в периоде меньшей частоты.Формирователи 4 и 5 импульсов 4 разностной частоты могут быть выполнены в виде генераторов стабильного 1тока на операционных усилителях.Преобразователь длительности пе риода в напряжение может быть выпол- р нен по любой известной схеме интегрозапоминающего устройства, где входной токзадается постоянным, а время . интегрирования задается равным или пропорциональным длительности перио- у да большей частоты.Блок 7 выбора большей частоты может быть выполнен например, в ви 49 4де КЯ-триггера, на входы которого подаются импульсы разностной часто" ты, и выходы управляют ключами, на информационные входы которых поданы входные частоты Й 1 и Г соответственно.Устройство работает следующим образом.Образованные формирователями 1 и 2 последовательности импульсов входных частот (фиг За) поступают на входы блока 3 выделения импульсов разностной частоты, на входы преобразователя 6 разности фаз в скважность и на входы блока 7 выбора большей частоты. Импульсы разностной частоты с выхода блока 3 поступают на входы формирователей 4 или 5 импуль 5сов тока разностной частоты и на входыдвуполярного формирователя-огра"- фичителя 13. На выходе формирователей 4 или 5 формируются импульсы тока,." разностной частоты (фиг.ЗБи поступают через фильтр 11 на вход измерителя тока 12, создавая в нем среднее значение тока, пропорционально относительной разности частот2 гс,оР 2где Т - период разностной частоты;Т - длительность периода пре 2образования,Последовательность импульсов с выхода блока 7 выбора большей частоты поступает на вход преобразователя 8 длительности периода в напря. - жение, формирующего постоянное напряжение, пропорциональное длительности периода большей из двух частот. Это напряжение поступает на управляющие входы управляемого формирователя,Э ограничителя 9 и двуполярного формирователя-ограничителя 13. На другой вход управляемого формирователя-ограничителя 9 поступает с преобразователя 6 импульсная последовательность, скважность которой определяется разностью фаз импульсов входныхл частот, На выходе управляемого формирователя-ограничителя 9 формируется последовательность импульсов переменной скважности с амплитудой (перепадоя), равной удвоенному выходному напряжению преобразователя 8. На выходе управляемого двуполярного формирователя-ограничителя 13 формируют1132249 с амплитуДой 11 (фнг.3), несущ езаряд + -- на переднем фронте им 2пульса и ---на заднем фронте52импульса,При этом эти заряды сдвинуты на"г т,угол Г =+-отнси 210 1тельно импульса 12, который, в своюочередь, сдвинут йа угол 12 относительно заряда 1 , причемч 1 ч яСуммарная относительная пульсация раэностной частоты определяется геометрической суммой векторову ф Эг +-120 . 22 и равна получаем30 35 Пульсации разностной частоты в выходном сигнале определяются не- идентичностью формы импульсов, подаваемых через разделительный (дозирующий) конденсатор и с формирователя импульсов тока раэностной частоты. Причем для малой разности частотТ 2 ( Т ) амплитуда пульсации первои гармоники разностной частоты45 определяется в основном сдвигомцентров тяжести . этих импульсов.Напряжение на входе фильтра 11 (фиг. 3 образуется импульсами тока разностной частоты1 д (фиг.36), несущими заряд ц ,и импульсами2 )напряжения, подаваемого через разделительный конденсатор с выходасуммирующего усилителя 14 (,Фиг.З).На входах усилителя суммируются импульсы переменной скважности ампли- туды 2 Ц, несущие на.каждом фронте заряд ц, и импульсами напряжения, ся импульсы напряжения разностной частоты с амплитудой, равной выходному напряжению преобразователя 8, т.е, равной половине амплитуды импульсов переменной скважности формирователя- ограничителя 9. Импульсы с выходов формирователя-ограничителя 9 и двуполярного формирователя-ограничителя 13 поступаютна входы суммирующего усилителя 14, на выходе которо- го формируется суммарное напряжение фиг.З. Этот сигнал, поступающий через разделительный конденсатор 10. на вход фильтра 11, не несет среднего значения тока из-за наличия разделительного конденсатора, но его гармонические составляющие противофазны гармоническим составляющим сигнала формирователя 5, несущего среднее значение тока (фиг.38).Соответствующим выбором выходного напряжения преобразователя 8 длительности периода в напряжение, .т.е, подбором масштаба в соответствии с выражениемЯ = 2 ПС = 10 Т 2 обеспечивается равенство зарядов,передаваемых через разделительныйконденсатор 10 импульсами с выходасуммирующего усилителя 14, и импульсов тока раэностной частоты сформирователями 5, т.е. обеспечи- .вается почти полная компенсация пульгсаций разностной частоты в выходном сигнале,Ч,би5 2 Ч 2 2 ц5 Ц г/учит вая, что 02 с 1 и Разлагая4 Ц л Я+ - рЧЯ 2Тна фиг.З показана форма сигнала на входе измерителя тока.Таким образом, пульсации,разностной частоты впредлагаемом устройст. тве в - =раэ меньше, чем в прототипе.дЕТрНапример, при = 0,01100ф Т, пульсации разностной частоты в 60 раз меньше, чем в прототипе.Существе 1 ное уменьшение пульсаций позволяет уменьшить постоянные времени звеньев фильтра, что непосредственно приводит к уменьшению запаздывания в канале измерения разностной частоты, т.е. к увеличению быстродействия устройства.Двуполярный формирователь-ограничитель 13 (фиг.2) работает следующим образом,При отсутствии импульаов разностной частоты (Е 1 щ Ер = длогО") ключ 18 разомкнут, ключ 19 замкнут. 1 Напряжение в точке А и на инвертррую7 1132249 8 щем и неинвертирующем входах ключ 18 замыкается и напряжение на усилителя 20 равно 0 а 2 , , выходе усилителя 20 становится равпри этом напряжение,на выходе Б ,=О, ным Цвых = Пв При появлении импульса разностной Таккм образом, предложенное устчастоты 2ключ 19 размыкается, и 5 ройство обладает большим быстродейст. напряжение на выходе усилителя вием за счет уменьшения пульсаций 20 Б ы = Бб . При появлении им- ; разностной частоты в вйходном сигпульса разностной частоты Инале.