Способ линеаризации характеристик частотных преобразователей

 

Изобрете1(ие откосится к области электроизмереяий и позволяет п жысить оперативность и качество настройки. Тракт 1 предназначен для выделения разности частот неуправляемого и управляемого величиной измерения генераторов, тракт 2 - для выделения разности частот стабилизированного по частоте и управляемого измеряемой величиной генераторов. Тракт 2 включает неуправляемый генератор 6, делители 7 и 9 частоты и схему 8 вычитания . Тракт 1 состоит из стабилизированного по частоте генератора 3, генератора 4, управляемого измеряемой величиной, и схемы 5 вычитания. На измерителе 1О определяет отношения полученных частот. 1 ил. фиг.{

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

ИЮ (11) 15!ъ 4 G Ol R 23/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ COOP

fO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

H АВ ГОРСКОМУ СВИДЕТОЧЬСТВУ (21) 3680046/24-21 (22) 27.12.83 (46) 15.02.86. Бвл. У, 6 (7 1) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) С.И..Елипачев (53) 621 ° 317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 765743, кл. 0 01 R 23/14, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 434329, кл. 0 01 R 23/14, 1971. (54) СПОСОБ ЛИНЕАРИЗАЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (52) Изобретение относится к области электронзмереннй и позволяет повысить оперативность и. качество настройки.

Тракт 1 предназначен для выделения разности частот неуправляемого и управляемого величиной измерения генераторов, тракт 2 — для выделения разности частот стабилизированного по частоте и управляемого измеряемой величиной генераторов. Тракт 2 включает неуправляемый генератор 6, делители 7 и 9 частоты и схему 8 вычитания. Тракт 1 состоит из стабилизированного по частоте генератора 3, генератора 4, управляемого измеряемой величиной, и схемы 5 вычитания.

На измерителе !О определяют отношев ния полученных частот. 1 нл.

Ф 12

Изобретение относится к электроиэмерениям и предназначено для линеаризации харак те рис тик частотных преобразователей.

Цель изобретения — повышение оперативности и качества настройки (линеаризации) посредством обеспечения возможности однозначной, безэталоиной процедуры настройки (контроля характеристик) при одновременном повышении точности и стабильности настройки.

Поставленная цель достигается за счет введения в алгоритм преобразователя сигнала, стабилизированного по частоте.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства (вторичного частотного преобразователя), реализующего способ; на фиг. 2 — графики, показывающие зависимость частоты сигналов способа от измеряемой величины; в данном случае этой величиной является перемещение (зазор или толщина диэлектрических покрытий).

Устройство для реализации способа содержит первый 1 и второй 2 тракты формирования разностных частот. Пер,вый тракт 1 состоит из стабилизированного по частоте генератора 3 и управляемого измеряемой величиной генератора 4, схемы 5 вычитания, первый и второй входы которой соединены соответственно с выходами стабилизированного генератора 3 и управляемого измеряемой величиной генератора

4, а выход является выходом первого тракта формирования раэностной частоты, второй выход которого подключен к выходу управляемого измеряемой величиной генератора 4 и соединен с входом второго тракта 2 формирования разностной частоты.

В состав второго тракта 2 формирования разностной частоты входят неуправляемый генератор 6, делитель 7 частоты, схема 8 вычитания, первый и второй входы которой подключены соответственно к выходу делителя 7 частоты и выходу неуправляемого генератора 6, а выход — к входу второго делителя 9 частоты, выход которого является выходом второго тракта 2, вход которого соединен с входом первого делителя 7 частоты.

Выходы первого и второго трактов формирования разностных частот под) 1664 л ключены соответственно к первому и второму входам измерителя 1О отно1пения частот.

Первичный частотный преобразователь включен в цепь обратной связи управляемого измеряемой величиной генератора 4.

Кроме того, во втором тракте 2 может быть использован третий делитель 11 частоты, вход которого образует второй вход второго тракта 2, а его выход посредством переключателя 12 соединен с вторым входом схемы 8 вычитания, причем второй вход

55 второго тракта подключен к третьему выходу первого тракта 1 а третий выход первого тракта является выходом стабилизированного генератора 3.

Прямая 13 (фиг. 2) изображает частоту стабилизированного по частоте (кварцевого) генератора 3, прямая 14 - это частота Fxsj, которая получена делением частоты стабилизированного генератора 3, что осуществляется делителем 11 частоты с ко:эффициентом деления и. Если исполь-! зуется неуправляемый генератор 6, то прямая 14 - это его частота F . ,Остальные графики показывают зависимости частот от измеряемой величины.

15 — частота F (z) управляемого изМ меряемой величиной генератора 4;

16 - частота F (x) /k, получаемая на выходе делителя 7 частоты с коэффициентом деления k; 17 — разиостная частота 6F,(х) Р„ - F„(х) получаемая на выходе схемы 5 вычитания, а

18 — разностиая частота аР (х} = (x) F xs — — к о то рая и олучае тся

1: г на выходе схемы 8 вычитания.

Устройство, реализуницее способ, работает следующим образом.

Частота F (s) на выходе управляеtl мого измеряемой величиной "х" генератора 4 зависит от текущего значения этой величины, причем с увеличением "x эта частота может как увеличиваться, так и уменьшаться, что определяется конкретной схемой используемого генератора с параметрическим преобразователем.

Сигналы с выхода управляемого измеряемой величиной генератора

4 и с выхода стабилизированного по частоте генератора 3 подаются на входы схемы 5 вычитания, на выходе которой формируется сигнал разностной частоты йР,(х) 1Г„ -F„(x)I,ãäå

1211664

15

20 25

35

45

55

F — частота на выходе генератора кВ

3. Полученный сигнал разностной частоты gF (х) подается далее на

f первый (высокочастотный) вход измерителя 10 отношения частот.

Сигнал с выхода генератора 4 подается также на первый вход второго тракта 2 формирования разностной частоты, где он преобразуется в делителе 7 частоты, на выходе которого получается сигнал частоты

F„(x)/k, где k — коэффициент деления частоты. Затем этот сигнал и .сигнал с выхода неуправляемого генератора 6 частоты F подаются на соответствующие входы схемы 8 вычитания, на выходе которой формируется сигнал разностной частоты » (х)= Р„(х) /k-F> . Если вместо сигнала с выхода неуправляемого генератора используется сигнал с выхода стабилизированного генератора 3, что осуществляется посредством переключателя 12, то сигнал разностной частоты на выходе схемы 8 вычитания будет иметь частоту я(х) !Ей(x)/k F„ /п где и коэффициент деления частоты делителя 11 частоты. Сигнал с выхода схемы 8 вычитания, претерпев преобразование в делителе 9 частоты, где его частота становится равной

ЬР (х)/m, подается на второй вход измерителя 10 отношения частот.

Счетчик, входящий в состав измерителя 10 отношения частот, подсчитывает количество импульсов Я(х),, поступающих по первому входу за половину периода (он равен длительности импульса) следования импульсов по второму входу. При этом величина Ч(х) будет пропорциональна измеряемой величине Х

Настройка (т.е. линеаризация характеристик) устройства при использовании конкретного вида первичного преобразователя частоты состоит в выборе таких значений параметров k u и, которые обеспечат необходимый уровень линеариэации. Эти значения выбираются экспериментально путем подбора.

Линеаризация характеристик обеспечивается прн нескольких значениях коэффициента k . Каждому иэ этих значений соответствует определенное значение коэффициента и (или определенное значение частоты сигнала на выходе неуправляемого генератора

6 — F)) .

То значение коэффициента k, при котором получается наиболее высокий результат, т.е. обеспечивается наибольший динамический диапазон линеаризации при заданной погрешности измерений, зависит от конкретного вида характеристики первичного преобразователя, а именно, он ограничен сверху теми значениями измеряемого параметра, при которых характеристика первичного преобразователя выходит в область насыщения.

Таким образом, гарантированный выбор значений k и и, обеспечивающих необходимый уровень линеаризации, возможен во всех случаях, но при условии непрерывности и монотонности характеристики первичного преобразователя. При этом выбор может быть осуществлен одним из двух способов.

Первый из этих способов выбора параметров включает следующую последовательность действий.

1. Обеспечить нулевое .значение измеряемой величины (x =0) и задать

k=2. Установить (соответствующим органом настройки} нулевое показание цифрового индикатора.

2. Используя эталонные значения измеряемой величины и варьируя и (или F ) производят радуировку устройства по заданной точности измерений.

3. Для каждого значения п(или F ) полученного таким образом, определяют границы диапазона линеаризации.

За эти границы принимают крайние значения показаний индикатора, при которых измерения выполнялись с заданной точностью.

4. Операции 1-3 выполняют для L. = 1 ик=3.

5. Выбирают те значения jc и и, для которых был получен наибольший диапазон линеаризации.

Второй способ выбора параметров включает следующую последовательность действий.

Снимают выходную характеристику управляемого измеряемой величиной генератора 4, т.е. получают зависимость его частоты от значений измеряемой величины К .

К входу делителя 9 частоты подключают лабораторный генератор. Изменяют его частоту F, контролируя лг при этом по цифровому индикатору

1211664

Ф соответствие его показаний значению

Х эталонных образцов, т.е. получают зависимость частоты Р „ (х) от величины Х. !

Задавая k =1,...3, для каждого из этих значений вычисляют величину коэффициента И по формуле ко д(х;1 «<

10 лг, где Х; — значение 1-ro эталонного образца величины х.

Частоту F определяют по формуле

F =Р„(х)/k F„,r, (х), (2}

Непрерывность и монотонность характеристики первичного преобразователя позволяет при вычислениях по соотношениям(1) и (2) ограничиться использованием всего лишь двух эталонных образцов величины х, значения которых близки к границам диапазона измерений.

В полном объеме операции и по 25 первому и по второму способам выбора параметров линеариэации характеристик выполняется только один раз. Иными словами, для устройств, укомплек- тованных однотипными первичными 39 преобразователями, устанавливается одно (наилучшим образом выбранное) значение коэффициента k.

В результате при работе с устройством появилась воэможность or- 35 .раничиться периодическим (оперативным) контролем положения линеаризованной характеристики по одной точ" ке диапазона, что осуществляется простым совмещением начальной час- 4п тоты FÄ(0) управляемого измеряемой величиной генератора 4 (т .е. x 0) с частотой стабилизированного генератора 3. В результате отпала необходимость в проведении периодической настройки устройства по эталонным образцам.

При этом, наряду с высокой оперативностью контроля, повысилось и качество настройки. Действительно, настройка (по опорной стабилизированной частоте) осуществляется манипуляцией частоты единственного управляемого измеряемой частотой величиной генератора 4, что позволяет путем совмещения частот (установка нуля/ однозначно, быстро и точно восстановить форму выходной характеристики в плоскости параметрчастота.

Формула изобретения

Способ линеаризации характеристик частотных преобразователей, основанный на определении отношения двух частот, первая из которых является разностной частотой, причем ее получают в результате выделения разности частот неуправляемого и управляемого измеряемой величиной генераторов, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и качества настройки, в качестве второй частоты при определении отношения двух частот используется вторая разностная частота, которая получается в результате выделения разности частот стабилизированного по частоте и управляемого измеряемой величиной генераторов .

1211664

РИ ЯЮ Х,мКм

Составитель В. Зюбин

Редактор М. Петрова Техред А.Кикемезей Корректор Е. Сирохман

Заказ 637/50 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул.Проектная, 4