Устройство для измерения малой относительной разности частот

 

(72) Авторы изобретения

О.Н. Мельников, А.А. Бедерсон и В.E. Гайдуков (7I) Заявитель

Опытное производственно-техническое предприятие

"Уралчерметавтоматика" (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛОЙ

ОТНОСИТЕЛЬНОЙ РАЗНОСТИ ЧАСТОТ

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в качестве измерителя относительной разности частот или измерения относительной разности скоростей, например, вращения различных механизмов, снабженных частотными датчиками, преобразующими скорость в пропорциональную частоту следования импульсов.

Известно большое число устройств, 1ц позволяющих обеспечить одновременно высокое быстродействие и высокую точность измерения разностной частоты и имеющих в числе основных узлов мост-преобразователь частоты следования импульсов в ток, в двух вершинах которого формируются напряжения, пропорциональные двум входным частотам, а в диагонали протекает ток, пропорциональный относительной разности частот 1 1.

Использование в устройстве мостапреобразователя частоты в ток, обу2 словленное построением структурных схем указанных устройств, приводит к появлению дополнительных погрешностей на измерении разности частот, а также накладывает дополнительное и существенное ограничение на частотный диапазон устройств. Разность токов утечки, пропорциональная входным частотам, протекает в измерительной диагонали моста, создавая тем самым дополнительную погрешность, относительная величина которой тем выше, чем ниже измеряемая относительная разность частот и чем ниже абсолютное значение входных частот.

Кроме того, наличие в мосте-преобразователе выпрямительных диодов вносит в него нелинейность, которая приводит к уменьшению точности компенсации гармоник разностной час-. тоты и, следовательно, к появлению динамической ошибки с периодом разностной частоты.

97"29

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, в котором в измерительную цепь, образованную четырьмя диодами и двумя резисторами (мост-преобразователь частоты в ток), подаются импульсы разностной частоты, а через разде <::<тельный конденсаторимпульсы входных частот, за исключением импульсов, совпадающих с разностными. Подача в измерительную цепь импульсов входных частот (сред" нее значение тока, передаваемого этими импульсами, тождественно равно нулю) обеспечивает компенсацию пульсаций разностной частоты и, следовательно, высокое быстродействие, а равенство нулю среднего тока этих импульсов - высокую точность измерения (2 3.

Недостаток этого устройства - снижение точности измерения при измерении малой разности частот. При измврении малой разности частот регу-. лярно возникает перекрытие импульсов входных частот. Так как в данном уст- ройстве подача на разделительный конденсатор перекрывающихся импульсов недопустима, входные импульсы одной и другой частоты поочередно блокируются, а вместо них подаются импульсы по каналам разностной частоты. Неидентичность зарядов разнополярных импульсов, поступающих по каналам разностной частоты, приводит к появлению постоянной составляющей

35 ошибки измерения, не, стремящейся к нулю при стремлении к нулю разностной частоты.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем расши49 рения частотного диапазона иЗмерения повышения точности измерения при измерении маей разности частот.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее входные формирователи импульсов, блок выделе45 ния импульсов разностной частоты, выходы которого соединены с входами формирователей импульсов тока разностной частоты, разделительный конденсатор и фильтр, соединенный с измерителем тока, напри<<ер с операционным усилителем со стрелочным прибором, дополнительно снабжено преобразователем разности фаз в скважность, блоком выбора большей частоты, 5 преобразователем длительности периода в напряжение и управляемым формирователем-ограничителем напряжения, 0 4 причем входы преобразователя разности фаз в скважность подключены соот.ветственно к.выходам двух входных формирователей импульсов и к входам блока выделения импульсов разностной частоты, а выход преобразователя под« ключен к входу формирователя-ограничителя напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу преобразователя длительности периода в напряжение, вход которого соединен с выходом блока выбора большей частоты, входы которого соединены с выходами входных формирователей импульсов, выход формирователя-ограничителя напряжения. подключен к разделительному конденсатору, второй вывод которого соединен со входом фильтра и с выходами формирователей импульсов тока разностной частоты, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения малой относительной разности частот; на фиг.2график, поясняющий работу устройства.

Устройство содержит входные формирователи 1 и 2 импульсов, блок 3 выделения импульсов разностной частоты, формирователи 4 и 5 импульсов тока разностной частоты, длительность которых пропорциональна периоду большей частоты, преобразователь

6 разности фаз и скважность, блок 7 выбора большей частоты, преобразователь 8 длительности периода в напряжение, управляемый формировательограничитель 9 напряжения, разделительный конденсатор 10, фильтр 11 и измеритель тока 12, например, операционный усилитель со стрелочным прибором.

Устройство работает следующим образом.

Сформированные формирователями 1 и 2 последовательности импульсов входных частот поступают на входы блока 3 выделения импульсов разностной частоты, на входы преобразователя 6 разности фаз в скважность и на входы блока 7 выбора большей частоты. Преобразователь 8 длительности периода в напряжение формирует постоянное напряжение, пропорциональное длительности периода большей из двух частот. Это напряжение поступает на управляющий вход формирователяограничителя 9, на другой (рабочий) вход которого поступает с преобразователя 6 импульсная последовательность, скважность которой определяетФормула изобретения

Устройство для измерения малой относительной разности частот, содержащее входные формирователи импульсов, блок выделения импульсов раэностной частоты, выходы которого соединены с входами формирователей импульсов тока разностной частоты, разделительный конденсатор и фильтр, соединенный с измерителем тока, напри-, мер с операционным усилителем со стрелочным прибором, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, оно дополнитель но снабжено преобразователем разности фаз в скважность, блоком выбора большей частоты, преобразователем длительности периода в напряжение и управляемым формирователем-ограничителем напряжения, причем входы преобразователя разности фаз в скважность подключены соответственно к выходам двух входных форми-, рователей импульсов и к входам блока выделения импульсов разностной частоты, а выход подключен к входу формирователя-ограничителя напряжения, 5 9742 ся разностью фаз импульсов входных частот. На выходе формирователя-ограничителя 9 формируется также последовательность импульсов переменной скважности, но с амплитудой, про- 5 порциональной (или равной) выходному напряжению преобразователя 8.

Соответствующим выбором выходного напряжения преобразователя 8 длительности периода в напряжение, т.е. подбором масштаба обеспечивается почти полная компенсация гармонических составляющих разностной частоты. Импульсы разностной частоты, выделенные блоком 3, поступают на входы фор-1 мирователей 4 и 5 импульсов тока раз-. . ностной частоты. Импульсы разностной частоты, сформированные формирователем 4(5), поступая на вход фильтра 11, создают в.нем среднее значение тока, равное где Эо — ток, задаваемый формирова., телем тока 4 (5);

К - коэффициент пропорциональности, т.е. длительность импульса тока, выраженная в количестве периодов большей частоты, например Т, Tp - период разностной частоты = ьà — — — — — (при f< > f ), 1

Кроме среднего значения тока, равного, как следует из выражения (1), относительной разности частот, зз в фильтре протекают также гармонические составляющие разностной частоты, т.е. частоты

nf, 2М,. пЫ ао

На вход фильтра через управляемый формирователь-ограничитель 9 и разделительный конденсатор 10 также поступает напряжение преобразователя б разности фаз в скважность.Амплитуда этого напряжения пропорцио45 нальна длительности периода большей частоты, т.е. обратно пропорциональна Г (при 1 ъ 1„ ). Этот сигнал из-за наличия разделительного конденсатора 10 не несет среднего зна50 чения тока, но его гармонические составляющие противофаэны гармоническим составляющим сигнала, несущего среднее значение тока в соответствии с выражением (1).

Выходной сигнал фильтра 11 поступает на вход измерителя 12 тока, представленного на примере операцион90 6 ным усилителем, соединенным с измерительным прибором и охваченным отрицательной обратной связью, выход которого является выходом устройства.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства от известных является то, что на входе фильтра 11 формируется только напряжение, пропорциональное раэностной частоте (нет напряжений, пропорциональных входным частотам). Следовательно, токи утечки конденсаторов фильтра пропорциональны только разностной частоте и абсолютная ошибка измерения, вызванная токами утечки конденсаторов, уменьшается или при заданной точности измерения может быть расширен частотный диапазон в сторону низких частот за счет увеличения емкостей конденсаторов фильтра.

Кроме того, отсутствие диодов в измерительной части схемы существенно повышает линейность устройства и, следовательно, точность компенсации гармонических составляющих разностной частоты во всем рабочем диапазоне частот, что также приводит к расширению диапазона измерения и к повышению точности устройства.

7 974290 . 8 управляющий вход которого подключен вывод которого соединен с входом к выходу преобразователя длительнос- фильтра и с выходами формирователей ти периода в напряжение, вход которо- .импульсов тока разностной частоты.

ro соединен с выходом блока выбора Источники информации, большей частоты, входы которого сое- з принятые во внимание при экспертизе динены с выходами входных.формирова- 1. Авторское свидетельство СССР телей имПульсов, выход формирователя- 1т 356580, кл. 6 01 R 23/02, 1972. ограничителя напряжения подключен к 2. Авторское свидетельство СССР разделительному конденсатору, второй У 289365, кл. G О1 R 23/02, 1970.

974290

Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Е-35, Раушская наб., д. 4/g

Заказ 8689/б3

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

Составитель В. Иуляр

Редактор Н. Киштулинец Техред С.Иигунова Корректор М. Коста