Устройство для контроля периода (частоты) следования импульсов по пороговому значению

Изобретение относится к устройствам для измерения частоты и предназначено для контроля периода (частоты) следования импульсов по пороговому значению, а также интервалов времени между импульсами в апериодических импульсных последовательностях. Сущность: устройство содержит два последовательно соединенных одновибратора, оснащенные времязадающими цепями. Дополнительно введен двухвходовый логический элемент «исключающее ИЛИ» и элемент задержки, выходом соединенный с первым входом логического элемента «исключающее ИЛИ». При этом первый одновибратор выполнен с функцией повторного запуска, прямой выход первого одновибратора соединен с входом элемента задержки, входом «СБРОС» и входом запуска 2-го одновибратора. Выход 2-го одновибратора соединен со вторым входом логического элемента «исключающее ИЛИ». Выход «исключающее ИЛИ» является выходом устройства. Инверсные входы одновибраторов соединены с общим проводом устройства. По другому варианту устройство содержит два последовательно соединенных одновибратора, оснащенные времязадающими цепями. Дополнительно введен двухвходовый логический элемент «исключающее ИЛИ» и элемент задержки, выполненный с функцией инверсии, выходом соединенный с первым входом логического элемента «исключающее ИЛИ». При этом первый одновибратор выполнен с функцией повторного запуска. Инверсный выход первого одновибратора соединен с входом элемента задержки. Прямой выход первого одновибратора соединен с входом «СБРОС» и входом запуска 2-го одновибратора, выход 2-го одновибратора соединен со вторым входом логического элемента «исключающее ИЛИ». Выход «исключающее ИЛИ» является выходом устройства. Инверсные входы одновибраторов соединены с общим проводом устройства. Технический результат: обеспечение контроля апериодических импульсных последовательностей с возможностью задания необходимого значения задержки срабатывания устройства в широких пределах и упрощение схемы. Упрощение обеспечивается за счет сокращения необходимого количества и разновидностей функциональных узлов в схеме. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для измерения частоты и предназначено для контроля периода (частоты) следования импульсов по пороговому значению, а также интервалов времени между импульсами в апериодических импульсных последовательностях.

Известно устройство для контроля частоты (RU 2007731, приоритет 1991.10.02), содержащее два одновибратора. Недостатком данного изобретения является то, что импульсы контролируемой входной последовательности должны быть короткими, т.е. работоспособность устройства зависит от скважности контролируемых импульсов, а это ограничивает области его применения. Кроме того, сложность и наличие большого числа разновидностей функциональных элементов ухудшают массо-габаритные показатели устройства и его надежность.

Известно устройство для контроля частоты (RU №2138829, приоритет от 14.09.1998 г.), выбранное в качестве прототипа, содержащее два последовательно соединенных одновибратора, содержащих времязадающие RC-цепи.

Недостатком данного изобретения является то, что предполагаемое повышение точности достигается только при условии наличия установившегося стабильного значения контролируемой частоты. Это обусловлено тем, что измерение производится циклами длительностью в N периодов контролируемых импульсов, а это не позволяет контролировать мгновенное значение периода (частоты). Данное устройство не может быть использовано в тех случаях, когда период (частота) в течение цикла контроля изменяется, плавно нарастает или убывает (процесс носит апериодический характер). В этих случаях результат контроля будет иметь некоторое усредненное значение, т.е. неточным (особенно это скажется в низкочастотном диапазоне). Увеличение быстродействия за счет уменьшения числа N сведет на нет достоинства устройства.

Кроме того, устройство сложно и содержит 5 разновидностей функциональных узлов, что снижает массогабаритные показатели устройства и не способствует надежности в работе.

Задачей заявленного изобретения является обеспечение контроля апериодических импульсных последовательностей с возможностью задания необходимого значения задержки срабатывания устройства в широких пределах и упрощение схемы.

Для этого в устройство для контроля периода следования импульсов, содержащее два последовательно соединенных одновибратора, оснащенные времязадающими цепями, дополнительно введен двухвходовый логический элемент «исключающее ИЛИ», а также элемент задержки, выходом соединенный с первым входом логического элемента «исключающее ИЛИ», при этом первый одновибратор выполнен с функцией повторного запуска, прямой выход первого одновибратора соединен с входом элемента задержки, входом «СБРОС» и входом запуска 2-го одновибратора, выход 2-го одновибратора соединен со вторым входом логического элемента «исключающее ИЛИ», выход «исключающее ИЛИ» является выходом устройства, инверсные входы одновибраторов соединены с общим проводом устройства.

По другому варианту в устройство для контроля периода следования импульсов, содержащее два последовательно соединенных одновибратора, оснащенные времязадающими цепями, дополнительно введен двухвходовый логический элемент «исключающее ИЛИ», а так же элемент задержки, выполненный с функцией инверсии, выходом соединенный с первым входом логического элемента «исключающее ИЛИ», при этом первый одновибратор выполнен с функцией повторного запуска, инверсный выход первого одновибратора соединен с входом элемента задержки, прямой выход первого одновибратора соединен с входом «СБРОС» и входом запуска 2-го одновибратора, выход 2-го одновибратора соединен со вторым входом логического элемента «исключающее ИЛИ», выход «исключающее ИЛИ» является выходом устройства, инверсные входы одновибраторов соединены с общим проводом устройства.

Данное техническое решение позволяет контролировать апериодические импульсные последовательности за счет того, что контролируется каждый период (интервал между фронтами соседних импульсов) Тк последовательности, при этом задержка срабатывания устройства в момент выполнения условия Тк<=Тпор может быть задана в широких пределах (практически в диапазоне от наносекунд до нескольких секунд).

Упрощение обеспечивается за счет сокращения необходимого количества и разновидностей функциональных узлов в схеме.

Схема устройства иллюстрируется чертежами, где на Фиг.1 представлена схема по первому варианту.

Устройство состоит из одновибратора с повторным запуском 1, одновибратора 2, элемента временной задержки 3, двухвходового логического элемента "исключающее ИЛИ" 4, времязадающих цепочек 5 и 6 и источника питания 7.

На Фиг.2 представлен вариант устройства, в котором элемент задержки 3 выполнен с инверсией сигнала, например используется логический элемент "НЕ" (инвертор), в этом случае вход элемента задержки 3 подключается к инверсному выходу Q1 одновибратора 1.

Элементы времязадающей цепочки 5 выбираются таким образом, чтобы длительность t_и1 импульса, вырабатываемого одновибратором 1, равнялась Тпор-пороговому (контрольному) значению периода или, при наличии апериодического процесса, длительности интервала между фронтами двух соседних импульсов.

Элементы времязадающей цепочки 6 выбираются так, чтобы длительность t_и2 импульса, вырабатываемого одновибратором 2, была больше t_и1.

Элемент временной задержки 3 должен иметь время задержки распространения сигнала t_зр3 , определяемое из соотношения:

/t_зр2-t_зр3/<τ _{и 4min}

где: t_зр2 - время задержки распространения сигнала одновибратора 2;

τ _{и 4min} - минимально допустимая длительность импульса входного сигнала логического элемента 4.

Работа устройства поясняется временными диаграммами, представленными на Фиг.3.

На вход RS1 (вход "сброс", точка "а") одновибратора 1 подается логический уровень Н, разрешающий работу устройства. Контролируемая последовательность импульсов поступает на вход В1 (точка "б") и, если период следования импульсов Тк>Тпор, каждый импульс последовательности своим фронтом (перепадом из низкого уровня в высокий) запускает одновибратор 1, при этом на прямом Q1 выходе с задержкой t_зр1 формируется импульс длительностью t_и1=Тпор.

Этот импульс поступает сразу на входы RS2 и В2 одновибратора 2 и своим фронтом одновременно разрешает работу одновибратора по входу RS и запускает его по входу В. На прямом выходе Q2 (точка "г") одновибратора 2 формируется импульс, прерванный по входу RS2 спадом (перепадом из высокого уровня в низкий) импульса с выхода Q1 одновибратора 1 и, поэтому, равный по длительности t_и1. Фронт этого импульса сдвинут относительно фронта импульса входной последовательности на время t_зр1+t_зр2. Импульс на выходе элемента задержки 3 (точка "д") задержан относительно фронта импульса входной последовательности на время t_зр1+t_зр3, в результате чего на входы логического элемента 4 приходят импульсы одинаковой длительности, находящиеся в одинаковой фазе. Поскольку возможный сдвиг этих импульсов относительно друг друга меньше величины τ _{и 4min}, то он не оказывает воздействия на логический элемент 4 и на его выходе (точка "е") устойчиво поддерживается низкий логический уровень L.

Если на вход В1 (точка "б") поступает контролируемая импульсная последовательность с периодом Тк<=Тпор., то одновибратор 1 повторно запускается фронтом каждого последующего импульса и на прямом выходе Q1 (точка "в") одновибратора 1 формируется и непрерывно поддерживается высокий логический уровень Н. Этот высокий уровень с фронтом, в начале сдвинутым относительно фронта импульса входной последовательности на время t_зр1+t_зр3, поступает на один из входов логического элемента 4 (точка "д").

Поскольку с момента возникновения условия Тк=Тпор или Тк<Тпор на выходе Q1 одновибратора 1 сформировался только один фронт, а спад не был сформирован, то на выходе Q2 одновибратора 2 (точка "г") сформируется только один импульс длительностью t_и2 с фронтом, сдвинутым относительно фронта импульса входной последовательности на время t_зр1+t_зр2. Таким образом, на входы логического элемента 4 в течение времени t_и2 поступают высокие уровни, совпадающие по фронту, что поддерживает его выход (точка "е") в состоянии низкого логического уровня. По завершении формирования импульса на выходе одновибратора 2 на входах логического элемента 4 установятся разные уровни и, через время t_зр4 задержки распространения сигнала элемента 4 на выходе (точка "е") установится высокий логический уровень Н.

При наличии апериодического процесса нарастания частоты время срабатывания устройства t_зс с момента наступления условия Тк=Тпор может быть определено по формуле:

t_зс=t_и2-t_и1+t_зр1+t_зр2+t_зр4

Из формулы следует, что временем срабатывания при нарастании частоты можно варьировать в широких пределах (от t_зр1+t_зр2+t_зр4 до значения, равного максимально возможной длительности импульсов, которую может формировать одновибратор 2), изменяя значение длительности формируемых одновибратором 2 импульсов путем изменения параметров времязадающей цепочки 6.

Диапазон контролируемых устройством периодов Тк ограничивается только диапазоном длительностей импульсов, генерируемых одновибраторами, и не зависит от скважности контролируемых импульсов.

Устройство может быть применено везде, где необходимо контролировать не только установившееся значение периода (частоты), но и апериодические (переходные) процессы, связанные с повышением (понижением) частоты или уменьшением (увеличением) периода следования импульсов относительно задаваемого порогового уровня, например, для контроля скорости вращения вала двигателя.

1. Устройство для контроля периода (частоты) следования импульсов по пороговому значению, содержащее два последовательно соединенных одновибратора, оснащенные времязадающими цепями, отличающееся тем, что дополнительно содержит двухвходовый логический элемент «исключающее ИЛИ», элемент задержки, выходом соединенный с первым входом логического элемента «исключающее ИЛИ», первый одновибратор выполнен с функцией повторного запуска, прямой выход первого одновибратора соединен с входом элемента задержки, входом «СБРОС» и входом запуска 2-го одновибратора, выход 2-го одновибратора соединен со вторым входом логического элемента «исключающее ИЛИ», выход «исключающее ИЛИ» является выходом устройства, инверсные входы одновибраторов соединены с общим проводом устройства.

2. Устройство для контроля периода (частоты) следования импульсов по пороговому значению, содержащее два последовательно соединенные одновибратора, оснащенные времязадающими цепями, отличающееся тем, что дополнительно содержит двухвходовый логический элемент «исключающее ИЛИ», элемент задержки, выполненный с функцией инверсии, выходом соединенный с первым входом логического элемента «исключающее ИЛИ», первый одновибратор выполнен с функцией повторного запуска, инверсный выход первого одновибратора соединен с входом элемента задержки, прямой выход первого одновибратора соединен с входом «СБРОС» и входом запуска 2-го одновибратора, выход 2-го одновибратора соединен со вторым входом логического элемента «исключающее ИЛИ», выход «исключающее ИЛИ» является выходом устройства, инверсные входы одновибраторов соединены с общим проводом устройства.