Частотный преобразователь
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскнх
Соцналнстнческнх
Республнк
«»743194 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) 3 >s>eH< 230378 (21) 2593737/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет— (51)М. (л.2
Н 03 К 13/20 //
G 01 R 23/10
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий
Опубликовано 25.06.80. Бюллетень ¹ 23
Дата опубликовани я описания 2506,80 (53) УДК 621 317.
° 76 (088. 8) (72) Автор изобретения
Г.А.Шаповалов
Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт буровой техники (71) Заявитель (54) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ
Изобретение относится к измерительной технике и приборостроения, а точнее — к устройствам для измерения и преобразования частотных сигналов, Преимущественной областью его использования является техника измерения частоты гармонических сигналов.
Известны устройства для измерения частоты и частотные преобразователи, основанные на измерении и сравнении средних сигналов, на принципе подсчета числа периодов измеряемого сигнала в единицу времени, содержащих элемент задержки, триггер, Фильтр, устройство вывода информации, компараторы, коммутатор, делитель частоты.
Выход делителя частоты через элемент задержки и непосредственно соединен с триггером, а через него с фильтром и блоком вывода информации. Причем второй выход фильтра через компараторы и коммутатор соединен со вторым входом делителя частоты (1).
Недостатком его является низкое быстродействие, которое составляет
8-10 периодов частоты сигнала. В лучшем случае оно не превьхаает одного периода частоты измеряемого сигнала.
Наиболее близким к предлагаемому является частотный преобразователь, содержащий генератор импульсов, Формирователь, ключи, распределитель импульсов и дешифратор (2).
Недостатком известного устройства является низкое быстродействие.
Цель изобретения — повышение быстродействия устройства для измерения и преобразования частоты периодических (rармонических) сигналов.
Эта цель достигается тем, что в частотный преобразователь, содержащий генератор импульсов, формирователь импульсов, первый вход которого соединен с входной шиной устройства, распределитель импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам продвигающего блока и управляемые ключи, введены три запоминающие ячейки, элемент задержки, умножитель, сумматор, два делителя напряжения, арккосинусный преобразователь и блок задания интервала квантования, причем выход генератора импульcos подключен через элемент задержки ко второму входу формирователя импульсов и непосредственно ко входу ° распределителя импульсов, выходы
743194
Порядковые номера импульсов от генератора импульсов
6 7 о
Потенциалы на выходах распределителя импульсов н
Номер запоминающей .ячейки, подключаемой к выходам продвигающего блока
И1 1
И 0
И 3 0
Я6 в я.
В Я
° ° °
0 0
° ° °
1 0
° ° °
Я
Я
Я6
Яб
Я, 8
Я
8 б
Я8
Я
Яб
° ° °
Я 6 Я ° ° °
ЯЗ
А, В, В - выходы продвигающего блока, И,И,И вЂ” выходы распределителя импульсов, Я,я,Я вЂ” запоминающие ячейки (блоки 6,7,8 на
П римечание: которого подключены к управлякицим входам управляемых ключей и ко входам сброса запоминающих ячеек, выходы которых соединены с информационными входами продвигающего блока, выход формирователя импульсов через упранляемые ключи подключен к информационным входам запоминающих ячеек, перный и второй выходы продвигающего блока соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого подключен к первому входу первого делителя напряжения, .второй вход которого соединен с третьим выходом продвигающего блока через умножитель, выход первого делителя напряжения через арккосинусный преобразователь подключен к первому входу второго делителя напряжения, выходы блока задания интервала квантования соединены со входом генератора импульсов и вторым входом второго де- 20 лителя напряжения, соответственно, На фиг.l представлена функциональная схема частотного преобразователя; на фиг,2 — функциональная схема продвигающего блока, входящего в 25 состав преобразователя.
Устройство состоит из формирователя 1, управляемых ключей 2-4, элемента 5 задержки, запоминающих ячеек 6-8 с предварительным сбросом 3Q ранее запомненной информации, генератора 9 импульсов, распределителя
10 импульсов, продвигающего блока
11, умножителя 12, сумматора 13, делителей 14 и 15, арккосинусного пре- 35 образователя 16, блока 17 задания интервала квантования и блока 18 вцвода информации.
Продвигающий блок 11 состоит иэ ключей 19-27, к управляющим входам которых подключены выходы распределителя 10 импульсов, а к коммутируемым — выхо рл запоминающих ячеек
6-8, Устройство работает следующивт образ ом.
Импульсы от генератора 9 импульсов, проходя через элемент 5 задержки, периодически кратковременно открывают формирователь 1. При этом из входного сигнала Пц„формируются импульсные сигналы, амплитуды которых пропорциональны его текущим мгновенным значениям. Одновременно импульсы от генератора 9 импучьсон посту пают на вход распределителя 10 импульсов, на каждом иэ выходон которого последонательно, с приходом каждого очередного импульса формируется высокий потенциал, открывающий один иэ ключей 2-4 . С приходом первого импульса высокий потенциал формируется на крайнем левом по схеме выходе, с приходом второго импульса — на следующем, затем на последнем. С. приходом четнертого импульса высокий потенциал вновь формируется на крайнем левом выхо) е и т.д. Причем в каждый из моментов времени высокий потенциал формируется только на одном из ныходон распределителя 10 импульсов.
Сигналы, пропорциональные текущим мгновенным значениям, поступают через открытый в каждый .текущий мо . мент времени ключ 2-4 на соответствующую запоминающую ячейку 6-8. Причем ранее записанная н ячейках информация сбрасывается передними фронтами импульсов, поступающих на входы сброса запоминающих ячеек с выходов раепределителя импульсов. Элемент 5 задержки необходим для того, чтобы сместить во времени моменты переключения ключей 2-4 и моменты прихода импульсов от формирователя 1.Это смещение осуществляется на ничтожно малое время, равное времени срабатывания ключей и сброса ранее записанной в запоминающих ячейках информации.
С ячеек 6-8 сигналы, пропорциональные запомненным значениям, поступают на продвигающий блок 11. Функция продвигающего блока состоит н том, что после прихода каждого очередного импульса от распределителя 10, значения сигналов на каждом из выходов меняются на соседние н соотнетствии с таблицей.
7431 94
Сигналы с крайних выходов продвигающего. блока 11 поступают на сумматор 13, а со среднего выхода — на умножитель 12 на два. С выходов сумматора 13 и умножителя 12 сигналы поступают на входы делителя 14, затем на арккосинусный .преобразователь
16, с его выхода — на делитель 15 и, наконец на блок 18 вывода информации.
С выходон блока 17 сигналы, определяющие величины интервалов квантования, поступают на вход генератора импульсов 9, а также на вход делителя 15.
На вход устройства поступает сигнал U
Для этого выбирая три сколь угодно
f близко отстоящие друг от друга ординаты (три отсчета), соответствую- 20 щие мгноненным значениям внутри периода входного сигнала н моменты вРемени 1 12. 1з
U = A sin(63 t< + Ч )
Uz = A sin ((a) tz + 4 )
Ua = A sin((a)t + М) получим систему уравнений, при помощи которой можно найти искомое значение частоты входного сигнала, 36 оперируя значениями сигналов, полученных при этих отсчетах.
Причем
2ri
dt =t,-t„=t.z-tg « — ) т.е. величина интервалов квантования 5 . выбирается намного меньшей, чем период входного сигнала.
Решая эту систему уравнений, полу-" чим, что
1 U + Б 40 (И = д1
arccos
2U где gt =const для каждого данного измерения.
Однако при изменении ожидаемой частоты сигнала, д t (интервал кнантования) может меняться вручную или автоматически при помощи блока 17.
U« U<, U> — значения сигналов, полученных в моменты времени
t, ty. 50
Таким образом, генератор 9 импульсов выдает импульсы с частотой, намного превышающей частоту входного сигнала. Продвигающий блок 11 обес- 55 печивает непрерывную импульсную последовательность анализа входного сигнала.
При этом в любой момент времени на верхнем по схеме выходе продвигаю- 60 щего блока будет значение U (первого отсчета) для данного момента времеви, на среднем — значение U< (второго отсчета), а на нижнем - значение Пз (третьего отсчета) . 65
B умножителе 12 значение сигнала
U< увеличивается в два раза. В сумматоРе 13 суммируютсЯ сигналы Ua и U> . В делителе 14 значение сигнала с выхода сумматора 13 (Uq + U3 ) делится на сигнал, полученный в умножителе 12 (2Ua,) .
3атем сигнал поступает в арккосинусный преобразователь 16, на выходе которого получают значение 00ht. В делителе 15 это значение делится на
Полученное значение Ю выдается блоком вывода информации (при включении на выходе последующфс уст" ройстн) или блоком 18.
Таким образом, измерение частоты сигнала осуществляется за незначительную долю периода, что свидетельствует о нысоком быстродействии устройства ° Выигрыш в быстродействии может достигать 10 раз и более.
Экономическая эффективность изобретения выражается в повышении производительности приборов и систем с частотными преобразователями. Если известные преобразователи имеют быстродействие не выше периода измеряемого сигнала, то настоящий преобразователь обеспечивает быстродействие 0,1 периода и выше. Например, при измерении сигнала частоты 50 Рц известные преобразователи имеют время измерения не менее 20 мс ° Данное устройство обеспечивает время измерения не более 2 мс при выборе периода частоты генератора импульсов .
9 равным 0,5 мс. Соответственно растет производительность измерительных систем, нозрастает эффективность управления н случае применения таких преобразователей н замкнутых системах регулирования.
Формула изобретения
Частотный преобразователь, содержащий генератор импульсов, формиро-. ватель импульсов, первый вход которого соединен с входной шиной устройства, распределитель импульсон, выходы которого подключены к упранляющим входам продвигающего блока и управляемые ключи, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повыпения быстродействия в него введены три запоминающие ячейки, элемент задержки, умножитель, сумматор, два делителя напряжения, арккосинусный преобразователь и блок задания интернала квантования, причем выход генератора импульсов подключен через элемент .задержки ко второму входу формирователя импульсов и непосредственно ко входу распределителя импульсов, выходы которого подключены к управляющим входам управляемых ключей, и ко входам сброса запоминающих ячеек, 743194
96
,/
Р ПР МиаЕли ццяцддц
Ф 2.2
ЦНИИПИ Заказ 3630/19 Тираж 995 Подписное
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 выходы которых соединены с информ ционными входами продвигающего блока, выход формирователя импульсов через управляемые ключи подключен к информационным входам запоминающих ячеек, первый и второй выходы продвигающего 5 блока соединены с соответствующими входами сумматора, выход которого подключен к первому входу первого делителя напряжения, второй вход которого соединен с третьим выходом прод- )O .вигающего блока через умножитель, выход первого делителя напряжения через арккосинусный преобразователь подключен к первому входу второго делителя напряжения, выходы блока задания интервала квантования соединены со входом генератора импульсов и вторым входом второго делителя напряжения, соответственно.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9580518, кл . G 01 R 23/00, 1972.
2. Шляндин В.М. Цифровые электроизмерительные приборы, М., Энергия, 1972.