Преобразователь частоты в код

 

Изобретение касается электроизмерений и может быть использовано для следящего измерения и кодирования частоты электрических сигналов. Целью изобретения является повышение быстродействия и точности путем уменьп1ения динамической погрешности. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены блок 6 управления, блок 3 переписи кода, блок 4 памяти и реверсивный счетчик 5 импульсов. Кроме того, устройство содержит рёверсивньш счетчик 1 импульсов, преобразователь 2 код - частота, вход 7 Запуск, вход 8 Отсчет, информационные выходы 9 устройства. Предложенная при этом модификация следящего преобразователя частоты в код характеризуется существенно меньшей погрешностью, чем известные конструкции пoдoбньfx преобразователей . 3 ил. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

m1 4 С 01 В 23/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3983467/24-21 (22 ) 03.12.85 (46 ) 07.05.87.Бюл. 9 17 (71 ) Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по проблемам развития Канско-Ачинского угольного бассейна (72) И.М.федоров (53) 621.317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 568903, кл. G 01 К 23/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

9 780192, кл. Н 03 К 13/20, 1980.

Martin.I.D.Digital methods of

frequency measurement à comparison.—

The Padio and Electronic Engineer, 1972, v.42, Ф 6, р.285-294, fig 3

{54 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В КОД (57) Изобретение касается электроизмерений и может быть использовано для следящего измерения и кодирования частоты электрических сигналов.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности путем уменьшения динамичесКой погрешности.

Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены блок б управления, блок 3 переписи кода, блок 4 памяти и реверсивный счетчик 5 импульсов. Кроме того, устройство содержит реверсивный счетчик

1 импульсов, преобразователь 2 код частота, вход 7 "Запуск", вход 8

"Отсчет", HHAopMaIJHoííûå выходы 9 устройства. Предложенная при этом модиАикация следящего преобразователя частоты в код характеризуется существенно меньшей погрешностью, чем известные конструкции подобных преобразователей. 3 ил.

1 l3

Изобретение относится к области электроизмерений и может использоваться для следящего измерения и кодирования частоты электрических сигйалов.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности путем уменьшения динамической погрешности.

На фиг.1 представлена структурная схема преобразователя;на фиг. 2 и

3 — метрологические характеристики преобразователя при обработке соответственно синусоидального и экспоненциального сигналов.

Преобразователь содержит реверсивный счетчик 1 импульсов (РСИ), преобразователь 2 код — частота (ПКЧ), блок 3 переписи кода (БПК), блок 4 памяти (БП), дополнительный реверсивный счетчик 5 импульсов (ДРСИ), блок 6 управления (БУ), вход 7 "Запуск", выход 8 "Отсчет", информационные выходы 9.

РСИ 1 и ПКЧ 2 соединены последовательно, выход ПКЧ 2 подключен к вычитающему входу РСИ 1, а суммирующий вход РСИ 1 является входом устройства. Входы БП 4 и ДРСИ 5 объединены и через БПК 3 подключены к выходам РСИ

1 и ПКЧ 2, а выходы БП 4 и ДРСИ 5 образуют информационные выходы 9 устройства. Суммирующий и вычитающий входы ДРСИ 5 соединены с одноименными входами РСИ 1, а управляющий вход

БПК 3 через БУ 6 соединен с входом 7

"Запуск", причем вторым выходом БУ 6 является выход 8 "Отсчет".

Преобразователь работает следующим образом.

На вход преобразователя от источника преобразуемого сигнала поступает сигнал с измеряемой частотой

f(t ), Узел из РСИ 1 и ПКЧ 2 осуществляет следящее преобразование частоты f(t) в код. Его работа описывается дифференциальным уравнением

08924 2 выходы РСИ 1 на короткое время соединяются с информационными входами

БП 4 и ДРСИ 5. Младшие разряды операнда N{10 ) записываются в БП 4, а старшие разряды в виде начальной установки вводятся в ДРСИ 5.

Импульсные последовательности входной частоты f(t) и частоты AN(t ), формируемой ПКЧ 2, поступают соответ10 ственно на суммирующий и вычитающий входы ДРСИ 5 и при t o to подсчитываются этим счетчиком. При t = t +i.

БУ 6 выдает на выход 8 "Отсчет" который воспринимается внешним потребителем информации как сигнал готовности информации. В этот момент времени код N считывается с выходов БП 4 и ДРСИ 5.

Процесс накопления кода N onu20 сывается уравнением

4,а7

N = !!(t,) + y I (f(t)-«N!!)) dt, о (2) 25 где = 2, n — - количество младших двоичных разрядов операнда N(t0), размещаемых в БП 4. Преобразуя уравнение (2 ) с учетом уравнения (1 ), З0 получают о "

Выражечие показывает, что для формирования кода N необходимо считать код РСИ 1 при t = t и затем просуммировать этот код с приращением со40 держимого РСИ 1 в течение интервала времени (t,to+ j, предварительно умножив это приращение на некоторую константу . Операция умножения приращения РСИ 1 на величину ) произ45 водится путем сдвига кода приращения на n = log < g двоичных разрядов вправо в составе выходного операнда

N<, который формируется на выходах

БЛ 4 и ДРСИ 5.

При t = от внешнего устройства, являющегося потребителем информа- 55 ции, на вход 7 "Запуск" поступает короткий импульс. Этот импульс транслируется БУ 6 и поступает на управляющий вход БПК 3, в результате чего

dN(t) dt + саN(t) = f(t), (1) где N(t) — выходной код РСИ 1;

Ы вЂ” коэффициент передачи

ПКЧ 2.

N = в (е, > + J a!! (! ) = о (3)

ы(с,) +у (!!(r., ) — !!(r.,)), Динамическая погрешность предложенного преобразователя при определенном соотношении между величинами

<С, с и много меньше погрешности известного устройства.

Пусть, например, f(t) й, +

+ и з пуХ, где 1 — центральная частота, Й, — девиация частоты и

И вЂ” частота модуляции. В этом случае

3 308924 решение уравнения (1) для установившегося режима имеет следующий вид: с

В соответствии с уравнением (3) оставляют линейную комбинации кодов (N(t ) и N(to +(,) при (2 + 0(, )/2о с и получают (4) 5

fo

Я е

Е (>( г

+ э

Абсолютные погрешности известного устройства и предложенного описываются последними слагаемыми правых частей формул (7) и (8). Сопоставляя эти формулы, находят, что максимальное значение модуля абсолютной погрешности известного устройства превосходит аналогичную характеристику предложенного устройства в К /Q » ъ)i раз. На фиг.2 представлен график нормированной абсолютной погрешности

2р

fo f шО(N(t) - — — + — — — sin Qt—

К М2+и2

f mQ cosQ t

2 + 2

Из выражения (4) находим максимальную нормированную абсолютную погрешность Ь а„ известного преобразователя при обработке сигнала, частота которого изменяется во времени по синусоидальному закону, "2МаКС = ((.((t)J = и /Д*еЕ2".

Если, например, Q /вБ = 0,2, то !

> макс = 0 196.

Пусть теперь f (t ) = F ïðè

О H f (t) о exp(t/2о) при

t > О, тогда решение дифференциального уравнения (1 ) при с(. (. Ф 1 имеет вид

f FF> ° (C

+ — — — sing(t + ---) + с с 2

sin с ) (t + — — ) (8) о (> = («/2 > (И (е> — «/«)

sf(t + )), где о > О.

Расчеты по уравнении !6) пока- 4р зывают, что функция 1 (1о) при cC(o =

= 5 достигает максимального значения

1 (Г()макс = О, 135 пРи Е,м(ркс 0942

Таким образом, динамическая пог-, 45 решность кодирования изменяющейся частоты известным устройством весьма велика.

Пусть преобразованию подвергается сигнал с частотой f(t ) fo+

+ f sing t предложенным устройством. Выходной код N(t ) РСИ 1 при (u/(>(,) сс! и (>(, (с 1 находят выражения (4).

55 м, °

sinu t (7)

Qt, N(t) — — +

fo

2(f r(>u

cos (2

N(t) = (! ) ((>!.тoe — е ), о -Ч (o -(>L t

" "()

Из выражения (5) определяют абсолютную погрешность преобразования сигнала, частота которого изменяется во времени по экспоненциальному закону

g(t,) = /» (N(t ) tim N(t ) /F 35

o(.-р 00 (6) рассчитанный с привлечением выражения (3) и точного решения (4) дифференциального уравнения (1 ) при

Г = f "= 2 и у/()(„= О 2. Длительность ь интервала интегрирования в выражении (3) для заданной величины с(. вычислена по приведенной формуле, связывающей значения и aL о . График (фиг.2) показывает, что в оговоренных условиях абсолютная динамическая погрешность предлагаемой модификации следящего пре.образователя частоты в код уменьшается до 2,2-10 против О,!96

Ъ у известного.

При кодировании определенной экспоненциально изменяюшейся частоты выделяют Ng по выражению (3),используя формулу (5) для N(t). Получают следующее выражение для нормированной абсолютной погрешности ,> = (е/F. ) (я(е, ) + ) (N(t +",>— — N(t )) — ехр (-(t +Р/2)/е )>, (9)

График функции 1! по выражению (9) в зависимости от величины отношения t /ь при ос(, = 5 и 11 = 2 (фиг.3), свидетельствует, что погрешность предложения при to/(,o О,! ,е(Составитель Н.Федоров

Редактор О.Нрковецкая Техред A.Êðàâ÷óê Корректор N. Пожо

Заказ 1793/36 Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035; Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул. Проектная, 4

5 13089 не превосходит 2 10 против 0,135 у известного.

Повторный запуск устройства может быть осуществлен при t > to + сразу же после окончания такта интегрирования по выражению (3 ). Вновь на вход

"Запуск" подается короткий импульс, код РСИ 1 переносится в БП 4 и

ДРСИ 5 и т.д.

Предлагаемый следящий преобразователь частоты в код характеризуется существенно меньшей погрешностью, чем известные конструкции. Длительность дополнительного такта интегрирования по выражению (3 ) не зависит от вида обрабатываемого сигнала и определяется лишь параметрами ПК 4 и требуемой погрешностью кодирования частоты. Особенность устройства задержка искомой информации на время ь /2, так как полученная по выражению (3 ) величина N пропорциональна 25 значению частоты f (t) в момент времени 1 = f + /2. Зта особенность чаще всего не существенна для. измери- тельной системы, поскольку составляет лишь малую долю периода обрабатываемого сигнала.

24 б

Формула изобретения

Преобразователь частоты в код, содержащий последовательно соединенные реверсивный счетчик импульсов и преобразователь код — частота, .выход которого поДключен к вычитающему входу реверсивного счетчика импульсов, а суммирующий вход реверсивного счетчика является входом устройства, о т л и ч а юшийся тем, что, с.целью повышения быстродействия и точности, в него введены блок управления, блок

Переписи кода, блок памяти и дополнительный реверсивный счетчик импульсов, входы записи которого объединены с входами блока памяти и через блок переписи кода подключены к выходам. реверсивного счетчика импульсов, причем управляющий вход блока переписи кода соединен с входом "Запуск" через блок управления, второй выход которого является выходом

"Отсчет", при этом входы суммирования и вычитания дополнительного реверсивного счетчика импульсов соединены с одноименными входами реверсивного счетчика импульсов, а выходы блока памяти и дополнительного реверсивного счетчика импульсов являются информационными выходами устройства.