Цифровой нелинейный измеритель частоты импульсов

Цифровой нелинейный измеритель частоты импульсов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в радиоизотопных приборах неразрушающего гконтроля . Цель изобретения - сокращение времени измерения. Цифровой нелинейный измеритель частоты импульсов содержит кварцевый генератор 1, счетчик 2 времени измерения, триггер 3, измерительный счетчик 4 и индикатор 8. Введение сумматора 5, делителя 6, вычитателя 7, одновибраторов 9-12 и задатчиков 13-16 кодов позволяет сократить время измерения за счет обеспечения постоянной длительности времени измерения независимо от значения входной частоты импульсов. 2 табл., 1 ил.

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 23/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4435064/21 (22) 01.06,88 (46) 07 1\.92. Бюл. ЬЬ 41 (72) З.А.Бунж и Ю.В.Воробьева (56) Авторское свидетельство СССР

f4 834560, кл. G 01 R 23/00, 1981. (54) ЦИФРОВОЙ НЕЛИНЕЙНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в радиоизотопных приборах неразрушающего

„, Ы,, 1612735 А1 контроля. Цель изобретения — сокращение времени измерения. Цифровой нелинейный измеритель частоты импульсов содержит кварцевый генератор 1, счетчик 2 времени измерения, триггер 3, измерительный счетчик 4 и индикатор 8. Введение сумматора 5, делителя 6, вычитателя 7, одновибраторов

9-12 и эадатчиков 13-16 кодов позволяет сократить время измерения за счет обеспечения постоянной длительности времени измерения независимо от значения входной частоты импульсов. 2 табл., 1 ил.

1612735

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться, в частности, в радиоизотопных приборах неразрушающего контроля.

Целью изобретения является сокращение времени измерения, На чертеже представлена структурная схема цифрового нелинейного измерителя частоты импульсов.

Измеритель содержит последовательно соединенные кварцевый генератор 1, счетчик 2 времени измерения и триггер 3, последовательно соединенные измерительный счетчик 4, сумматор 5, делитель 6, вычитатель 7 и индикатор 8, последовательно включенные одновибраторы 9-12, выходы которых соединены соответственно с входами разрешения сумматора 5, делителя 6, вычитателя 7 и входом сброса триггера 3, а также задатчики 13-16 кодов, выходы кото- 20 рых подключены соответственно к вторым входам сумматора 5, делителя 6, вычитателя

7 и счетчика 2. Счетный вход измерительного счетчика 4 является входом цифрового измерителя, вход сброса обьединен с выхо- 25 дом одновибратора 12 и входом разрешения счетчика 2, а вход разрешения объединен с входом одновибратора 9 и инверсным выходом триггера 3, Цифровой измеритель работает следую- 30 щим образом.

Обработка измерительной информации производится путем измерения средней частоты импульсов и, которая имеет экспоненциально убывающую зависимость от 35 искомого параметра х: п=псо+ Ае (1) где псо, А и a— - коэффициенты.

Перед началом. измерения в счетчике 2 времени измерения от задатчика 16 кода предустановки заносится число, пропорциональное необходимому времени измерения, а измерительный счетчик 4 и триггер 3 устанавливают в нулевое состояние по цепи сброса (на чертеже не показана). За время измерительного цикла входные импульсы подаются на измерительный счетчик 4, где они запоминаются. Одновременно импульсы от кварцевого генератора 1 подаются на счетчик 2 времени измерения, где они вычитаются иэ предустановленного объема счетчика 2, определяющего время цикла измерения. В конце цикла измерения сигналом с выхода счетчика 2 времени измерения триггер 3 переходит. в единичное состояние, сигнал на его выходе изменяется с единицы на ноль, которым блокируется измерительный счетчик 4 и запускается одновибратор

9. За время цикла измерения в измерительном счетчике 4 записывается код числа, пропорциональный количеству накопленных импульсов.

N=nT, (2) где и — средняя частота входных импульсов, имп./с;

Т вЂ” время измерения, с.

Сигнал с одновибратора 9 запускает сумматор 5, на выходе которого через время, необходимое для выполнения суммирования, появляется код числа N+B, где В— код числа, установленного на задатчике 13 кода первой калибровочной константы.

Длительность импульса одновибратора 9 должна быть несколько больше. чем время выполнения суммирования сумматором 5.

Г!о окончании импульса на выходе одновибратора 9 запускается одновибратор 10, импульс с выхода которого запускает делитель

", на выходе которого через время, необходимое для выполнения операции деления, появляется код числа С/(N+B), где С вЂ” код числа, установленного на задатчике 14 кода второй калибровочной константы. Аналогично длительность импульсов одновибратора 10 должна быть несколько больше, чем время выполнения деления делителем 6. По окончании импульса на выходе одновибратора 10 запускается одновибратор 11, импульс с выхода которого запускает вычитатель 7, на выходе которого через время, необходимое для выполнения операции вычитания, появляется результат измерения

Z = — О, (3)

С

N+B где 0 — код числа, установленного на задатчике 15 кода третьей калибровочной константы.

По окончании импульса на выходе одновибратора 11, длительность которого должна быть несколько больше времени вычитания, вычитателем 7 запускается одновибратор 12, импульс с выхода которого устанавливает триггер 3 в исходное состояние, измерительный счетчик.4 в нулевое состояние, а в счетчике 2 времени измерения от задатчика 16 кода предустановки заносится число, пропорциональное времени измерения. По окончании этого импульса на выходе одновибратора 12 начинается новый цикл измерения, во время которого на индикаторе 8 присутствует результат предыдущего измерения.

Из уравнения (3) с учетом выражений.(1) и (2) можно получить зависимость результата измерения как функции от измеряемого параметра х.

1612735

Z(x) — — - — — 0 (4)

С

В +nñîТ+ТАе

Анализ зависимости (4) показывает, что она является монотонно возрастающей функцией, которая имеет точку перегиба в некоторой точке Хг, т.е, при малых значениях 0 < х < X2 функция (4) обращена выпуклостью вниз, а при больших х > Хг выпуклостью вверх. Приравнивая вторую производную в точке Хг к нулю, находят

Х = — 1 а В +5ooÒ (5)

При этом непосредственные расчеты по формуле (4) показывают, что зависимость результата измерения в достаточно широком диапазоне измерения близка к идеальной прямой.

При измерении в диапазоне от Хмин до

Хмаксточка перегиба выбирается в середине диапазона

Х2 = 0,5(Хмин + Хмакс) (6) .

Калибровку измерителя можно выполнить по трем точкам Х1, Хг и Хз.

Для уменьшения погрешности линеаризации точки калибровки выбираются из следующих условий:

X1 = Хмин + Cd(Хмакс — Хмин); (7)

ХЗ = 2Х2 — Х1, (8) где с0 выбирается в пределах от 0,067 до

0,071 в зависимости от параметра а(ХмаксXMNH), определяющего ширину необходимото.диапазона измерения.

В атом случае погрешность линеаризации равна максимальной погрешности сра- 35

ЗУ в чЕтыРех точках Хмин, Х4, Х5 и Хмакс а точки Х1, Х2, и Хз являются точками, где погрешности равны нулю.

По градуировочной характеристике(1) и формуле (2) можно определить соответству- 40 ющие точкам калибровки Х1, Хг и Хз значения N1, N2 и N3.

Первая калибровочная константа рассчитывается по формуле

В 1,1 +N 2 1 Й1. (9)

Если В выходит со знаком минус, то это означает, что первую калибровочную константу надо суммировать с учетом знака; 50 т.е. вычитать. При этом на задатчике 13 кода первой калибровочной константы необходимо установить дополнительный код раСсчитанного по формуле (9) значения, тогда на выходе сумматора 5 при выполнении ус- 55 ловии N > В, которое всегда выполняется без учета переноса,.будет результат вычитания.

Вторую калибровочную константу можно вычислять по формуле (Хз — X1) (В + 1 11)(В + N3)

N1 — N3

Третья калибровочная константа вычисляется по формуле

D= — Хь

С (11)

В+И где i = 1, 2, 3, В табл. 1 приведены значения приведенной погрешности д и коэффициента й) в зависимости от параметра a(X aKc — Хмин), определяющего ширину необходимого диапазона измерения, Поскольку по формуле (3) или (4) трудно увидеть эффект линеаризации, можно рассмотреть кочкпетный пример градуировочной характеристики для измерения фторопластового покрытия на стали в диапазоне 30 — 120 мкм, которая имеет вид

n = 485+ 1058е-0,0064х

Пои времени измерения 10 можно выбрать три точки калибровки

Х1 = 36 И1 = 13253

Хг = 75 Кг = 11397

Хз = 114 N3 = 9951

Тогда согласно выражениям (9), (10) и (11)

 (1 253 — 1139 13253 — 9951

13253 + 9951 — 2.11397 — 13253 = 1695;

114 — 36 1695 + 13253 1695 + 9951

13253 9951

- 411ггз0;

1695 + 11397

Результаты измерения (3)

1695+ N

Результаты расчета приведены в табл.2, Из приведенных в табл.2 результатов расчета видно, что приведенная погрешность к диапазону измерения д= -100=

Д, Хчакс Хмин 0 09о (120 — 30) и параметр а (XMayc — Хмин) = 0,0064(120 - 30) = 0576

Поскольку вторая калибровочная константа, рассчитанная по формуле (10), получилась 4112230, то с целью упрощения измерителя можно на задатчике 14 кода установить число с меньшим количеством цифр, например

С1 = С/2 = 4112230/512 = 8032, где m — количество младших разрядов делителя 6, на которые следует подать сигнал логической "1 ".

При этом

С = 2 С1 = 512 . 8032 = 4112384.

1612735

Таблица 1

Таблица 2

В этом случае результат измерения (3) увеличивается на — i,0000374, т.е. всего на 0,000374 .

Для увеличения точности вычитания индикатор 8 может быть подключен, начиная с

k-ro выхода вычитателя 7, при этом

С1- С/2

Как следует из описания кварцевый генератор 1, счетчик 2 с задатчиком 16 и триггером 3 представляет собой генераторформирователь фиксированного времени измерения, а сумматор 5, делитель 6, вычитатель 7 совместно с одновибраторами 9-12 и задатчиками 13-15 выполняют функции вычислительного устройства с жестким вычислительным алгоритмом..

Таким образом, цифровой измеритель, реализующий заданный алгоритм, позволяет обеспечить независимость длительности цикла измерения от значения входной частоты и тем самым сократить время измерения.

Формула изобретения

Цифровой нелинейный измеритель частоты импульсов, содержащий кварцевый генератор., первый счетчик, вход которого является входом измерителя, индикатор, последовательно соединенные счетчик времени измерения и триггер, инверсный выход которого подключен к входу разрешения счета первого счетчика, а вход

5 сброса обьединен с входом разрешения предустановки счетчика времени измерения и входом сброса первого счетчика, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сокращения времени измерения, в него введены первый, 10 второй, третий и четвертый задатчики кодов, последовательно соединенные сумматор, делитель и вычитатель, выход которого соединен с входом индикатора, а также последовательно включенные первый, второй, 15 третий и четвертый одновибраторы, выходы которых соединены соответственно с входами разрешения сумматора, делителя, вычитателя и входом сброса триггера, причем выход кварцевого генератора подключен к

20 входу счетчика времени измерения, вход первого одновибратора подключен к входу разрешения счета первого счетчика, который используется как измерительный счетчик и подключен выходом к входу

25 сумматора, вторые входы сумматора, делителя, вычислителя и счетчика времени измерения подключены соответственно к выходам первого, второго, третьего и четвертого задатчиков кодов.