Измеритель времени переходного процесса установления частоты

Измеритель времени переходного процесса установления частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскими

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (» / 42829 (61) Дополнительное н авт. свид-ву 9505127 (22) Заявлено 01.1177 (21) 2538962/18-21 с присоединением заявки HP (23) Приоритет—

Опубликовано 250680. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 2 50680 (51)ф1. Кл.2

G 01 R 29/02 Н 03 К 13/20

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (5З) УДК 621.325 (088.8) (72) Автор изобретения

Ю. С. (йиалий (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕНИ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА

УСТАНОВЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ

Йэобретение относится к технике автоматического измерения динамических параметров различных объектов и может быть использовано для иэмерЕния времени переходного процесса сигт налов с частотно-импульсной модуляцией.

Известно устройство для измерения времени переходного процесса установления частоты, содержащее реверсивный счетчик, входы которого через первый и второй ключи и соответствующие формирователи подключены к источникам исследуемой и опорной частоты, а выход соединен с входом триггера, управляющего первым и вторым ключами, устройство усреднения, устройство срав нения с источником регулируемого опор1ного напряжения на одном входе и ци4 ровые часы, вход которых соединен с выходом устройства сравнения, второй вход которого через устройство усреднения подключен к выходу триггера (1).

Недостатком этого устройства является низкая точность измерения из-за неоднозначности отсчета времени окончания переходного процесса.

Цель изобретения — повышение точности измерений кратковременных пере ходных процессов установления частоты посредством усреднения последовательно получаемых результатов измерений.

Для этого в предлагаемый измеритель времени переходного процесса установления частоты введены второе устройство усреднения, регистратор и блок управления, два выхода которого соединены соответственно с входами установки нуля . и единицы триггера, а его два входа соединены соответственно с управляющими входами превого и второго ключей, при этом третий вход блока управления подключен к выходу реверсивного счетчика, а его четвертый вход соединен с входом стартового импульса цифровых часов, выход которых через второе устройство усреднения подключен к входу регистратора.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма работы известного измерителя при кратковременном апериодическом переходном процессе, время установления которого составляет несколько периодов исследуемой частоты; на фиг. 3 — аналогичная временная диаграмма для предлагаемого измерителя; на фиг. 4 — временная диаграмма, характеризующая зависимость погрешности измерений от времени задержки стартового импульса.

Устройство содержит формирователи сигналов 1 и 2 измеряемой эталонной частоты, первый 3 и второй .4 ключи, 1 еверсивный «счетчик 5, триггер б, ервое устройство усреднения 7, элемент сравнения 8, цифровые часы 9, источник 10 регулируемого опорного напряжения, блок управления 11 второе; устройство усреднения 12 и регистратор 13.

Известный измерителЬ обеспечивает необходимую точность измерения времени переходного процесса установления частоты при монотонной зависимости вреМени установления и значительной длительности.

В этом случае погрешность иэмере-, Щ йий не зависит от начального состояния триггера. После подачи питания начальное состояние триггера может быть произвольно, нО дальнейшее его состояние подчинено жесткой логике. 25

Однако к моменту последукщих измереиий состояние триггера опять будет произвольно, что влияет на погрешность измерения кратковременных переход- ных процессов установления частоты известным измерителем.

Поясним сказанное с помощью фиг. 2.

На фиг. 2а показан апериодический переходной процесс входного сигнала; .на фиг. 2б — переходной процесс установления исследуемой частоты f,. на фиг. 2в — импульсы эталонной частоты f, на фиг. 2г - сигнал на выходе триггера б, если счет импульсов начинается с исследуемой частоты f, на фиг. 2д — сигнал на выходе тригге- 4О ра, если счет импульсов реверсивним счетчиком 5 начинается с эталонной частоты f при числе импульсов пере.полнения, равном двум; на фиг. 2е и ж. — результат измерения длительности переходного процесса для двух следую цик один за другим случаев измерения

s первом случае, начиная с момента изМерения исследуемой частоты, а во втором эталонной частоты; на фиг.2 и щ импульс Старт, поступакщий на цифровые часы.

Иэ приведенных фиг. 2е, ж видно, что для двух логических состояний триггера имеются два различных результата измерения времени переходного процесса установления частоты.

При измерении кратковременных переходных процессов известный измеритель дает значительную погрешность.

В предлагаемом измерителе точ- 60 ность измерений увеличена благодаря усреднению получаемых интервалов speмени (см. фиг. 2е и ж) .

Предлагаемый измеритель работает сЛедукщим образом. 65

Исследуемая частота времени установления переходного процесса, которой требуется измерить, поступает через формирователь 1 и ключ 3 на вход реверсивного счетчика 5,, на вход которого поступает также эталонная частота f з через формирователь 2 и ключ 4. Ключи 3 и 4 управляются разными выходами триггера б. B произвольный момент времени может быть открыт только один нз ключей 3 или 4 в зависимости от уровня выходного сигнала триггера б. Последний изменяет

robot состояние при приходе. на его гчетный вход импульса переполнения с выхода реверсивного счетчика 5 или при приходе на его раздельные входы сигналов с выходов блока управления

1l.

В зависимости от начального состояния триггера,б реверсивный счетчик 5 йросчитывает каждый раз до своего переполнения либо импульсы исследуемой частоты, либо импульсы эталонной частоты. В результате на выходе триггера 6 образуется последовательность широтно-модулированных импульсов, длительность которых зависит от исследуемой частоты, а промежутки времени между ними постоянны и определяются постоянством эталонной частоты.

После усреднения последовательности широтно-модулированных импульсов на выходе устройства усреднения

7 получается постоянное напряжение, значение которого однозначно зависит от их исследуемой частоты. При монотонном изменении исследуемой частоты значение этого напряжения также монотонно изменяется. При достижении исследуемой частотой заданного значения, соответствукщего окончанию времени установления переходного процесса, напряжение на выходе устройства усреднения 7 дос" èãàåò соответствующего уровня источника опорного напряжения 10. После этого срабатывает элемент сравнения 8 и выдает стоп-импульс на цифровые часы 9 и блок управления 11, разрешакщий переброс триггера б в состояние, противоположное первоначальному. Цифровые часы запускаются в момент начала перех.":диого процесса, поэтому после прихода стоп-импульса они останавливаются, выдавая в устройство усреднения 12 импульс длительности переходного процесса установления частоты, который фиксируется регистратором 13.

Перед началом измерения блок управления ll анализирует состояние выходных уровней триггера 6. Первый им пульс переполнения с выхода реверсивного счетчика 5 запрещает блоку управления 11 анализ состояния триггера б. При этом в блоке управления 11

-запоминается начальное состояние триггера б и подготавливается команда на его переброс. Выдача команды осу742829 ществляется после прихода импульса разрешения с выхода элемента сравненияя 8 после окончания перв ого цикла измерения времени переходного процесса. После переброса триггера 6 в состояние, противоположное первоначальному, измеритель готов к проведению следукщего цикла измерения, задаваемого стартовым импульсом ло входу цифровых часов 9.

Измерения проводятся попеременно, начиная либо с частоты й», либо с частоты Е, что исключает.Неоднозначность. отсчета времени окончания переходного процесса установления частоты. На выходе устройства усреднения

12 накапливается информация об усредненном значении времени переходного процесса за все циклы измерения, которая регистрируется регистратором 13.

Точность измерения может быть повышена, если реверсивный счетчик 5 выполнить с регулируемым переполнением. В этом случае измерение време ни переходного процесса проводится аналогично для каждого значения переполнения. 25

При измерениях значение эталонной частоты может быть меньше или больше заданного установившегося значения исследуемой частоты, от разных частотных датчиков. В этом случае, что- 3Q бы не подстраивать источник эталонной частоты можно осуществить регулировку опорного уровня источника опорного напряжения 10, проградуировав его органом регулировки в значениях частоты. Тогда перестройка измерителя при смене частотных датчиков: сведется лишь к повороту ручки до заданной отметки на.шкале регулировочного органа источника опорного напряжения 10.

Работа устройства поясняется временными диаграммами, приведенными на фиг. 3.

На фиг. За показана кривая переходного процесса; на фиг. Зб — переходной процесс установления исследуемой частоты f на фиг. Зв — импульсы эталонной частоты Гз-,у на фиг. Зг сигнал на выходе триггера, если ,счет импульсов реверсивным счетчиком ,5 начинается с исследуемой частоты

f ; иа фиг. Зд - сигнал на выходе триггера, если счет импульсов ревер сивным счетчиком начинается с эталонной частоты Е т, на фиг. 3е и ж - про-55 межуточный для предлагаемого измерителя результат измерения длительности,переходного. процесса установления частоты для двух следукщих один за другим случаев измерения: в первом 6О случае, начиная .с момента измерения

f исследуемой частоты, а во втором -эталонной частоты с выхода цифровых часов 9; на фиг. 3 и — стартовый имульс, поступающий на блок управления цифровыми часами 9; на фиг.3 зконечный усредненный результат измерения длительности переходного процесса установления частоты на выходе второго устройства усреднения 12. (На фиг. 2 и 3 обратный переходный процесс не показан).

Из сравнения временных диаграмм работы на Фнг. 2 и 3 видно, что к моменту подачи стартового импульса триггер б может находиться в одном иэ двух логическиХ состояниях 1 и p (см. фиг. 2г,д и Зг,д) .

Если к моменту подачи импульса Старт триггер б нахоцится в положении 1, то счет импульсов реверсивным счетчиком 5 начнется с исследуемой частоты f> (см. фиг. 2б и Зб).

При этом сигнал на выходе триггера 6 соответствует эпюрам на фиг. 2г и 3r, а измеренная цифровыми часами 9 длительность переходного процесса соответствует точке t< на фиг. 2е и 3е.

Если к моменту подачи стартового импульса триггер 6 находится в положении 0, то счет импульсов реверсивным счетчиком 5 начнется с эталон ной частоты Езт (см. фиг. 2в и Зв) .

При этом сигналы на выходе триггера б соответствуют эпюрам 2д и Зд, а из меренная цифровыми часами 9 длительность переходного процесса соответствует точке ty (см. фиг. 2ж и Зж).

Из изложенного видно, что для двух логических состояний триггера получают два различных результата измерения времени переходного процесса установления частоты, соизмеримого с несколькими периодами исследуемой частоты, как при измерении известным, так и предлагаемым измерителями. Однако для известного измерителя результат измерения t или t является конечным результатом, а для предлагаемого — промежуточными результатами измерения, которые затем усредняются вторым устройством усреднения 12. Конечный результат измерения времени переходного процесса установления частоты показан на фиг. Зз.

Погрешность измерений в значительной мере зависит от синхронизации стартового импульса с логическими уровнями установки начального положения триггера и с импульсами исследуемой,частоты.

В предлагаемом измерителе старто вый импульс формируется только после установки триггера в надлежащее состояние, окончания регистрации длитель ности переходного процесса регистраором 13 и окончания обратного переходного процесса. Этим устраняется элемент случайности в выборе начального состояния триггера и решается задача временного расположения стар-, тового импульса с логическими уровня. бали установки начального положения триггера.

В предлагаемом измерителе подача стартового импульса синхронизируется передним фронтом импульсов исследуемой частоты с регулируемой задержкой, т.е. синхронизация по переднему фронту осуществляется со сдвигом на величину СП после каждых двух измерений,, где время задержки синхронизации, n - -число пар измерений. Время задержки С должно быть в несколько раз менЬше периода исследуемой частоты и выбирается из конкретных, условий схе-, мной реализации источника стартового импульса (на фиг. 1 не пок аэан) .

Зависимость погрешности измерений от перемен задержки синхронизации показано на фиг. 4.

На фиг.. 4г, д приведены диаграммы сигналов на выходе триггера 6, на которых несколько последовательных цик- 2О лов измерения расположены один под другим, причем начала переходных процессов совмещены (для наглядности).

Условно считают, что отсчет времени переходного процесса заканчивается. 25 при. :;достижении импульсами г,,ц определенной длительности. Следовательно, изменяя задержку синхронизации,стартового импульса относительно переднего (заднего) фронта импульса 39 исследуемой частоты на величину С и в двуХ ближайших циклах измерения, получают различные значения времени переходного процесса (точки

t4, на фиг.4з) ..:Точкам) g — t4 могут соответствовать значения измеренного времени переходного процесса в известном измерителе. Точке tz соответствует результат измерения предлагаемым измерителем. 4О

В известном измерителе, в котором не предусмотрена синхронизация стартового импульса с логическими уровнями установки начального положения трнггера и с импульсами исследуемой .частоты, может произойти случайная синхронизация стартового импульса по . переднему или по заднему фронту импульса измерения со значительной сшибкой и тем самым может создаться види мость достоверности результата .(методическая ошибка) .

В предлагаемом измерителе э веде— ние синхронизации стартового импульса относительно переднего или заднего фронта импульса исследуемой частоты позволяет уменьшить вероятностную исключить методическую оши б. -< и измерения .

Для исключения методической Ошибки в предлагаемом измерителе каждый последующий импульс Старт через устройство управления 11 перебрасы-вает триггер 6 в противоположное предыдущему состояние. Например, на фиг.

Зд видно, что после подачи стартово— го импульса триггер 6 находится в том же состоянии, что и в предыдущем цикле измерения. При этом устройстзо у;- равления 11 перебрасывает триггер 6 в противоположное состояние (см, на фиг. ЗД точка tр ). Если после пода-.3 чи стартового импульса триггер 6 на..:-одится в противоположном предыдущему состоянии„та переброса триггера не происходит.

Предложенный измеритель повышает точность измерения кратковременных переходных процессов 6-8 раз. формула изобретения

Измеритель времени переходного процесса установления частоты по авт. сз, 9 505127, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения кратковременных переходных процессов установления частоты посредством усреднения последовательно получаемых результатов измерений, в него введены второе устройство усреднения, регистратор и блок управления, два выхода которого соединены соответственно с входами установки нуля и единицы три-,repa, а его два входа соединены соответственно управляющими входами первого и второ- го ключей, при этом третий вход блока управления подключен к выходу ревер-.

cHBHGx счетчика, а его четвертый вход соединен с входом стартового и;.— пульса цифровых часов, выход которь;.-.-. через второе устройство усреднения подключен к входу регистратора. с

742829

Составитель Л.Муранов

Техред М.Петко Корректор М. Пожо

Редактор П. Горькова

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3455/ 40 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскан наб., д. 4/5