[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2503019C1 - Method to measure nominal frequency of sinusoidal signals and device for its realisation - Google Patents

Method to measure nominal frequency of sinusoidal signals and device for its realisation Download PDF

Info

Publication number
RU2503019C1
RU2503019C1 RU2012133556/28A RU2012133556A RU2503019C1 RU 2503019 C1 RU2503019 C1 RU 2503019C1 RU 2012133556/28 A RU2012133556/28 A RU 2012133556/28A RU 2012133556 A RU2012133556 A RU 2012133556A RU 2503019 C1 RU2503019 C1 RU 2503019C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
input
comparator
phase
Prior art date
Application number
RU2012133556/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Артур Игоревич Гулин
Жанна Артуровна Сухинец
Original Assignee
Артур Игоревич Гулин
Жанна Артуровна Сухинец
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Артур Игоревич Гулин, Жанна Артуровна Сухинец filed Critical Артур Игоревич Гулин
Priority to RU2012133556/28A priority Critical patent/RU2503019C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2503019C1 publication Critical patent/RU2503019C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.SUBSTANCE: method to measure nominal frequency of sinusoidal signals contemplates realisation of tuning of measured nominal frequency with a phase changer controlled by a sawtooth voltage generator. Tuning is carried out until equality of phases with a frequency that arrives directly to the second input of the comparator, the actuation time of which is proportionate to the number of pulses measured by a counter and processed by a microcontroller. At the same time the phase changer comprises RC-links, in which the role of capacitance C is played by capacitor diodes, and the microcontroller comprises a program that provides for the possibility to calibrate different types of sensors for linearisation of dependences of values of physical parameters on frequency. Results of measurements are displayed on an indicator. The device for measurement of nominal frequency of sinusoidal signals comprises a generator of reference frequency, a key, an "AND" circuit, a pulse counter, an indication unit, a microcontroller, the input of which is connected to the output of the pulse counter, and the output - with the indicator, a phase comparator, a gate multivibrator, which starts the generator of sawtooth voltage, which controls the phase changer until equality of phases on the comparator.EFFECT: provision of high reliability, accuracy of the method, efficiency and universality of application.2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может использоваться для работы с различными преобразователями неэлектрических величин в частоту синусоидальных сигналов в информационно-измерительных устройствах при контроле и управлении технологическими процессами и в других отраслях промышленности для прецизионного измерения отклонений частоты от номинального значения в определенном диапазоне частот.The invention relates to measuring equipment and automation and can be used to work with various converters of non-electric quantities to the frequency of sinusoidal signals in information-measuring devices for monitoring and control of technological processes and in other industries for precision measurement of frequency deviations from the nominal value in a certain frequency range.

Известен процентный цифровой частотомер (Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев: Вища школа, 1981. С.329-330), содержащий формирователь импульсов контролируемой частоты, делитель частоты импульсов, управляющий длительностью генератора прямоугольных импульсов, выход которого подается на один из управляющих входов ключа. Команда управления другим входом ключа формируется от генератора импульсов тактовой частоты после ее деления на сто и формирования длительности прямоугольных импульсов соответствующим генератором. Ключ пропускает импульсы тактовой частоты на время разности периодов управляющих прямоугольных импульсов в каждом цикле измерения цифровым счетчиком, показывающем процентное отклонение частоты номинального значения. Подобное техническое решение позволило повысить быстродействие измерения в 10 раз по сравнению с использованием обычных частотомеров и выпускать промышленные приборы Ф5035.A known digital frequency counter (Ornatsky P.P. Automatic measurements and instruments. Kiev: Vishcha school, 1981. P.329-330), containing a pulse shaper of a controlled frequency, a pulse frequency divider that controls the duration of a rectangular pulse generator, the output of which is fed to one from the control inputs of the key. The command for controlling the other key input is generated from the clock pulse generator after dividing it by one hundred and forming the duration of the rectangular pulses by the corresponding generator. The key transmits the clock pulses for the time difference between the periods of the control rectangular pulses in each measurement cycle with a digital counter showing the percentage deviation of the frequency of the nominal value. Such a technical solution allowed to increase the measurement performance by 10 times compared to using conventional frequency meters and to produce industrial devices F5035.

Известен частотомер номинальных значений (Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. М.: Высшая школа, 1981. С.150-153), в котором импульсы измеряемой частоты после усилителя-формирователя и заполнения цифрового счетчика до определенного числа, соответствующему номинальному значению, управляют через триггер открытием ключа на время отношения номинальной частоты к измеряемой. За это же время реверсивный счетчик из начального заданного перед измерением значения отсчета, равному удвоенному произведению номинальной частоты на отношение опорной частоты к номинальной, вычитают импульсы опорной частоты, поступающие на него от генератора импульсов, формирует показания пропорциональное измеряемой частоте.A known frequency meter of nominal values (Shlyandin V.M. Digital measuring devices. M .: Higher school, 1981. P.150-153), in which the pulses of the measured frequency after the amplifier-driver and filling the digital counter to a certain number corresponding to the nominal value, they control through the trigger the opening of the key for the time the ratio of the nominal frequency to the measured one. During the same time, the reversible counter from the initial reference value set before measurement, equal to twice the product of the nominal frequency by the ratio of the reference frequency to the nominal one, subtracts the reference frequency pulses from the pulse generator and generates readings proportional to the measured frequency.

Недостатками аналогов являются малый диапазон измерений, что не пригодно для работы с различными преобразователями неэлектрических величин в частоту, и большая методическая погрешность измерения.The disadvantages of the analogues are the small measurement range, which is not suitable for working with various converters of non-electric quantities to frequency, and a large methodological measurement error.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения отклонений частоты от номинального значения (А.с. 336612 СССР, МКИ G01R 23/10 от 21.04.1972. Опубл. 19.10.1972. Бюл. №14), основанный на подсчете числа периодов образцовой частоты в течение одного периода измеряемой частоты убывающим итогом от начального значения, пропорционального номинальной величине периода сигнала измеряемой частоты, в котором для упрощения процесса измерения меняют индикацию состояния счетчика на инверсную при получении нуля и продолжают подсчет импульсов убывающим итогом до конца периода.The closest in technical essence is a method of measuring frequency deviations from the nominal value (A.S. 336612 USSR, MKI G01R 23/10 of 04/21/1972. Publish. 10/19/1972. Bull. No. 14), based on the calculation of the number of periods of the reference frequency during one period of the measured frequency, in decreasing total from the initial value proportional to the nominal value of the period of the signal of the measured frequency, in which, to simplify the measurement process, change the counter status indication to inverse when receiving zero and continue to count pulses in decreasing total until the end of the period.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является цифровой измеритель отклонения измеряемой частоты от номинальной (А.с. 300833 СССР, МКИ G01R 17/00 от 07.04.1971. Опубл. 10.06.1971. Бюл. №13), содержащий формирователь импульсов измеряемой частоты, ключи, генератор образцовой частоты, блок управления и счетчик импульсов, в котором для устранения методической погрешности измерения, расширения диапазона измерения и повышения быстродействия используют счетчик с предустановкой, схемы сравнения прямого и обратного кодов, схему совпадения и интегратор с последовательным переносом, выход которого соединен с входом счетчика с предустановкой, выход кода которого связан с первыми входами схемы сравнения прямого и обратного кодов, вторые входы которых подключены к выходам прямого и обратного кодов управляющего счетчика интегратора с последовательным переносом, выходы которого через схему совпадения подключены к входу установки начального состояния счетчика с предустановкой.Closest to the proposed device is a digital meter deviation of the measured frequency from the nominal (A. with. 300833 USSR, MKI G01R 17/00 from 04/07/1971. Publ. 10.06.1971. Bull. No. 13), containing the pulse generator of the measured frequency, keys , a reference frequency generator, a control unit and a pulse counter, in which a counter with a preset, direct and reverse code comparison schemes, a matching circuit, and an integrator with pos research transfer, the output of which is connected to the input of the counter with a preset, the output of the code of which is connected to the first inputs of the direct and reverse codes comparison circuit, the second inputs of which are connected to the outputs of the direct and reverse codes of the integrator control counter with serial transfer, the outputs of which are connected via the matching circuit to the input of the installation of the initial state of the counter with a preset.

Основным существенным недостатком способа измерения отклонений частоты от номинального значения и цифрового измерителя отклонения измеряемой частоты от номинальной является низкие быстродействие и точность, сложность, большое количество операций по обработке синусоидальных сигналов и необходимость вычитания из текущего значения частоты ее начального значения, соответствующего нулевому значению измеряемого параметра, что требует включения дополнительного устройства, влекущее за собой дополнительное усложнение и снижение надежности устройства.The main significant disadvantage of the method of measuring frequency deviations from the nominal value and the digital meter deviations of the measured frequency from the nominal is the low speed and accuracy, complexity, a large number of operations for processing sinusoidal signals and the need to subtract from the current frequency value its initial value corresponding to the zero value of the measured parameter, which requires the inclusion of an additional device, entailing additional complication and lower reliability STI device.

Задачей заявляемого изобретения является повышение точности и быстродействия измерения параметров от аналоговых датчиков с частотным выходом в физических единицах и разработка устройства для его осуществления с использованием минимального набора стандартных функциональных узлов, что обеспечит высокую надежность.The task of the invention is to improve the accuracy and speed of measuring parameters from analog sensors with a frequency output in physical units and to develop a device for its implementation using a minimum set of standard functional units, which will provide high reliability.

Поставленная задача решается осуществлением способа измерения номинальной частоты синусоидальных сигналов от датчиков с частотным выходом, согласно которому электронно-управляемый генератором пилообразного напряжения фазовращатель, состоящий из RC-звеньев, в которых роль емкости С выполняют варикапы, соединенный через усилитель с первым входом компаратора фаз, осуществляет настройку измеряемой номинальной частоты до равенства фаз с частотой, поступающей непосредственно на второй вход компаратора, время срабатывания которого пропорционально числу импульсов, измеряемых счетчиком и обрабатываемых микроконтроллером, программу которого снабжают градуировочными характеристиками различных типов датчиков для линеаризации зависимостей значений физических параметров от частоты, результат которых подают на индикатор.The problem is solved by implementing a method for measuring the nominal frequency of sinusoidal signals from sensors with a frequency output, according to which a phase shifter, electronically controlled by a sawtooth voltage generator, consisting of RC links, in which the role of capacitance C is performed by varicaps connected through an amplifier to the first input of the phase comparator, adjustment of the measured nominal frequency to phase equality with the frequency fed directly to the second input of the comparator, the response time of which is It is proportional to the number of pulses measured by a counter and processed by a microcontroller, the program of which is supplied with calibration characteristics of various types of sensors to linearize the dependences of the values of physical parameters on frequency, the result of which is fed to the indicator.

Поставленная задача решается также устройством для измерения номинальной частоты синусоидальных сигналов, содержащим генератор образцовой частоты, ключ, схему «И», счетчик импульсов и блок индикации, отличающийся тем, что оно снабжено микроконтроллером, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход - с индикатором, компаратором фаз, на первый вход которого синусоидальный сигнал с выхода датчика поступает через электронно-управляемый фазовращатель и усилитель, а на второй - он поступает непосредственно от датчика с частотным выходом, одновибратором, запускающим генератор пилообразного напряжения, который управляет фазовращателем до равенства фаз на компараторе.The problem is also solved by a device for measuring the nominal frequency of sinusoidal signals, containing a reference frequency generator, a key, an “I” circuit, a pulse counter and an indication unit, characterized in that it is equipped with a microcontroller, the input of which is connected to the output of the pulse counter, and the output - an indicator, a phase comparator, at the first input of which a sinusoidal signal from the output of the sensor comes through an electronically controlled phase shifter and amplifier, and to the second - it comes directly from the sensor from frequencies output, a single-shot, starting a sawtooth voltage generator, which controls the phase shifter until the phases are equal on the comparator.

Кроме того, сущность технических решений поясняется чертежами, где:In addition, the essence of the technical solutions is illustrated by drawings, where:

- на фиг.1 представлен преобразователь цепной трехполюсной структуры;- figure 1 presents the Converter circuit three-pole structure;

- на фиг.2 - принципиальная схема электронно-управляемого фазовращателя на варикапах;- figure 2 is a schematic diagram of an electronically controlled phase shifter on varicaps;

- на фиг.3 - структурная схема частотомера номинальных значений.- figure 3 is a structural diagram of a frequency meter of nominal values.

Сущность: способ реализуется использованием фазовой автоподстройки номинальной частоты (ФАНЧ) аналогового сигнала с применением электронно-управляемого фазовращателя (ЭУФ), что повышает точность, т.к. отсутствует частотная расстройка между измеряемым и уравновешенным сигналами в момент измерения, и быстродействие, а также устраняет методическую погрешность измерения (см. Радиоприемные устройства / Под ред. А.П. Жуковского. - М.: Высшая школа, 1989. С.195). Для расширения диапазона измерения, в качестве ЭУФ, применяется цепная трехполюсная структура (ЦТС), состоящая из n/2 RC - звеньев, где роль емкостей С выполняют варикапы, практически безынерционные элементы (см. Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гутников B.C. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л.: Энергия. 1970. С.80). Измерение номинальной частоты без промежуточных преобразований значительно упрощает схему, что повышает надежность устройства.Essence: the method is implemented using phase-locked loop of the nominal frequency (FANCH) of the analog signal using an electronically controlled phase shifter (EUV), which increases accuracy, because there is no frequency mismatch between the measured and balanced signals at the time of measurement, and speed, and also eliminates the methodological error of measurement (see Radio receivers / Ed. by A.P. Zhukovsky. - M .: Higher school, 1989. P.195). To expand the measurement range, as a EUV, a three-pole chain structure (CTS) is used, consisting of n / 2 RC links, where the role of capacitors C is performed by varicaps, practically inertialess elements (see Novitsky P.V., Knorring V.G. , Gutnikov BC Digital Devices with Frequency Sensors (Leningrad: Energy, 1970, p. 80). The measurement of the rated frequency without intermediate conversions greatly simplifies the circuit, which increases the reliability of the device.

Известные традиционные методы исследования не позволяют получать аналитические выражения, связывающие диапазон измерения, частоту квазирезонанса, величину ослабления сигнала от числа n/2 RC - звеньев ЭУФ, тем более состоящих из нелинейных элементов (варикапов) и, тем самым, решить актуальную проблему.Known traditional research methods do not allow obtaining analytical expressions that relate the measurement range, the quasi-resonance frequency, the signal attenuation from the number n / 2 RC - EUV units, especially those consisting of nonlinear elements (varicaps) and, therefore, solve the actual problem.

Использование метода функций преобразования (ФП) позволило устранить этот пробел (см. Гулин А.И. Диагностика измерительных преобразователей и устройств связи с неоднородной цепной структурой // Контроль. Диагностика. 2010. №11. С.69-72).Using the method of transformation functions (FP) allowed to eliminate this gap (see Gulin A.I. Diagnostics of measuring transducers and communication devices with an inhomogeneous chain structure // Control. Diagnostics. 2010. No. 11. P.69-72).

ФП Кn преобразователя цепной трехполюсной структуры (ЦТС), формально, обратная величина традиционного коэффициента передачи (Фиг.1), являющаяся отношением входной активной величины U0 к выходной Вn (напряжение Un или ток In) описывается выражением при четном числе плеч nFP K n converter of a three-pole chain structure (DTS), formally, the reciprocal of the traditional transmission coefficient (Figure 1), which is the ratio of the input active quantity U 0 to output V n (voltage U n or current I n ) is described by the expression for an even number of arms n

K n = 1 + i = 1 k = i + 1 n n 1 Z i Y k + i = 1 k = i + 1 n 2 n 3 p = k + 1 q = p + 1 n n 1 Z i Y k Z p Y q + ,                                      ( 1 )

Figure 00000001
K n = one + i = one k = i + one n n - one Z i Y k + i = one k = i + one n - 2 n - 3 p = k + one q = p + one n n - one Z i Y k Z p Y q + ... , ( one )
Figure 00000001

где i=2b-1;where i = 2b-1;

b=1,2,3,…,0,5n,b = 1,2,3, ..., 0,5n,

а для цепных структур (ЦС) с нечетным числом плеч nand for chain structures (CS) with an odd number of shoulders n

K n = i = 1 n Z i + i = 1, k = i + 1 n 1 n 2 p = k + 1 n Z i Y k Z p + ,                                                           ( 2 )

Figure 00000002
K n = i = one n Z i + i = one, k = i + one n - one n - 2 p = k + one n Z i Y k Z p + ... , ( 2 )
Figure 00000002

где b=1,2,3,…,0,5(n+1) для ЦС с нечетным числом плеч n.where b = 1,2,3, ..., 0,5 (n + 1) for a CA with an odd number of shoulders n.

Соотношения (1) и (2) приводят к рекуррентной формуле для вычисления ФПRelations (1) and (2) lead to a recurrence formula for calculating the phase transition

Kn=TnKn-1+Kn-2,K n = T n K n-1 + K n-2 ,

где Тi иммитанс i-го плеча (сопротивление Z для нечетных i и проводимость Y для четных i).where T i is the immitance of the i-th arm (resistance Z for odd i and conductivity Y for even i).

Начальными условиями алгоритма вычисления Kn являются значения K0=1 при n=0 и K11 при n=1.The initial conditions of the calculation algorithm K n are the values K 0 = 1 for n = 0 and K 1 = T 1 for n = 1.

Рекомендуемая электрическая схема ЭУФ представлена на Фиг.2, в которой необходимое минимальное число конденсаторов (варикапов) должно быть не менее трех (см. Гулин А.И. Проектирование многозвенных регенераторов // Изв. вузов «Приборостроение» 2012. Т.15. №1 (41). С.14-118). Рассмотрим для примера шестиплечую ЦТС, выражение ФП для которой согласно (1) будетThe recommended electrical circuit of the EUV is shown in Figure 2, in which the required minimum number of capacitors (varicaps) must be at least three (see Gulin A.I. Design of multi-link regenerators // Izv. Universities "Instrument Engineering" 2012. V.15. No. 1 (41). S.14-118). Consider, for example, a six-armed PZT, the expression of which for which, according to (1),

K6=1+Z1Y2+Z1Y4+Z1Y6+Z3Y4+Z3Y6+Z5Y6+Z1Y2Z3Y4+K 6 = 1 + Z 1 Y 2 + Z 1 Y 4 + Z 1 Y 6 + Z 3 Y 4 + Z 3 Y 6 + Z 5 Y 6 + Z 1 Y 2 Z 3 Y 4 +

+Z1Y2Z3Y6+Z1Y2Z5Y6+Z1Y4Z5Y6+Z3Y4Z5Y6+Z1Y2Z3Y4Z5Y6.+ Z 1 Y 2 Z 3 Y 6 + Z 1 Y 2 Z 5 Y 6 + Z 1 Y 4 Z 5 Y 6 + Z 3 Y 4 Z 5 Y 6 + Z 1 Y 2 Z 3 Y 4 Z 5 Y 6 .

Для ЭУФ (Фиг.2), где Z1=Z3=Z5=R, а Y2=Y4=Y6=jωC ФП будет равнаFor EUV (Figure 2), where Z 1 = Z 3 = Z 5 = R, and Y 2 = Y 4 = Y 6 = jωC, the AF will be

К6=-jω3C3R3-5ωC2R2+j6ωCR+1.K 6 = -jω 3 C 3 R 3 -5ωC 2 R 2 + j6ωCR + 1.

Для определения затухания, вносимого ЭУФ, и верхней частоты начальной настройки диапазона его (частота квазирезонанса), запишем ФП в составляющих действительной и мнимой части, которая имеет видTo determine the attenuation introduced by the EUV and the upper frequency of the initial tuning of its range (quasi-resonance frequency), we write the phase transition in the components of the real and imaginary parts, which has the form

K6=ReK6+Im K6.K 6 = ReK 6 + Im K 6 .

Из мнимой части ФП Im K6, приравняв ее к нулю, определим верхнюю частоту начальной настройки □0, при которой ЭУФ осуществляет сдвиг фазы на 180°, т.е.From the imaginary part of the phase transition Im K 6 , equating it to zero, we determine the upper frequency of the initial tuning □ 0 at which the EUV carries out a phase shift of 180 °, i.e.

Im K6=-уω30С3R3+j6ω0CR=0,Im K 6 = -yω 3 0 С 3 R 3 + j6ω 0 CR = 0,

откуда ω 0 = 6 R C                                                                               ( 3 )

Figure 00000003
where from ω 0 = 6 R C ( 3 )
Figure 00000003

Из действительной части ФП ReK6, подставив в него значение □0 из (3), определяем величину затухания, вносимого ЭУФ, и которое должно компенсироваться усилителем (Фиг.3)From the real part of the FP ReK 6 , substituting the value □ 0 from (3), we determine the amount of attenuation introduced by the EUV, and which should be compensated by the amplifier (Figure 3)

Re K6=-5ω0C2R2+1=-29.Re K 6 = -5ω 0 C 2 R 2 + 1 = -29.

Знак «минус» означает поворот фазы ЭУФ на 180°. Однокаскадный усилитель с коэффициентом усиления, равным приблизительно 29 также осуществляет поворот фазы измеряемого сигнала на 180°, реализуя равенство фаз на компараторе в момент измерения номинальной частоты.A minus sign indicates a phase rotation of the EUV 180 °. A single-stage amplifier with a gain of approximately 29 also rotates the phase of the measured signal by 180 °, realizing phase equality on the comparator at the time of measuring the nominal frequency.

Расчеты по вычислению частот квазирезонансов при произвольном количестве звеньев n/2 сводятся, как оказалось, к определению коэффициента kn из выраженияThe calculations for calculating the frequencies of quasi-resonances for an arbitrary number of links n / 2 are, as it turned out, reduced to determining the coefficient k n from the expression

ω 0 = k n R C .                                                                                           ( 4 )

Figure 00000004
ω 0 = k n R C . ( four )
Figure 00000004

В результате аналитического анализа впервые получена формула, определяющая коэффициент kn для ЦТС из любого количества RC-звеньев из уравнений видаAs a result of the analytical analysis, the formula was first obtained, which determines the coefficient k n for PZT from any number of RC links from equations of the form

i = 0,1 P ( 1 ) i k n 2 i + 1 C 0,5 n + 1 + 2 i 2 + 4 i = 0,                                                                   ( 5 )

Figure 00000005
i = 0.1 ... P ( - one ) i k n 2 i + one C 0.5 n + one + 2 i 2 + four i = 0 ( 5 )
Figure 00000005

где р=0,25n-1 - для четных 0,5n;where p = 0.25n-1 - for even 0.5n;

р=0,25(n+2)-1 - для нечетных 0,5n.p = 0.25 (n + 2) -1 - for odd 0.5n.

Из всех вещественных положительных корней уравнения (5) необходимо использовать наименьшее значение (для шестиплечей - ЦТС оно равно 6

Figure 00000006
), так как использование других значений, удовлетворяющих условию (5), приведет к сдвигу фаз на 2π радиан и более.Of all the real positive roots of equation (5), it is necessary to use the smallest value (for six shoulders - PZT it is equal to 6
Figure 00000006
), since the use of other values satisfying condition (5) will lead to a phase shift of 2π radians or more.

В таблице приведены значения функций преобразования на частоте квазирезонанса ReKn и коэффициентов kn ЦТС для числа плеч n от 6 до 40.The table shows the values of the conversion functions at the frequency of the quasi-resonance ReK n and the coefficients k n of PZT for the number of arms n from 6 to 40.

ТаблицаTable Значения функций преобразования на частоте квазирезонанса ReKn и коэффициентов kn от числа плеч n ЦТСThe values of the conversion functions at the frequency of the quasi-resonance ReK n and the coefficients k n of the number of shoulders n of the DTT nn kn k n ReRn Re n 66 2,4462,446 2929th 88 1,1951,195 24,7024.70 1010 0,7390.739 23,4623.46 1212 0,5090.509 22,7722.77 14fourteen 0,3730.373 22,2622.26 1616 0,2860.286 21,5521.55 18eighteen 0,2270.227 20,5820.58 20twenty 0,1850.185 20,1120.11 2222 0,1530.153 19,5719.57 2424 0,1290.129 18,9318.93 2626 0,110.11 18,4818.48 2828 0,0950,095 17.9117.91 30thirty 0,0830,083 17,4417.44 3232 0,0730,073 17,1117.11 3434 0,0650,065 16,7616.76 3636 0,0580.058 16,5116.51 3838 0,0520,052 16,2916.29 4040 0,0470,047 16,0916.09

Для расчета более сложных ЦТС можно воспользоваться программой (см. Гулин А.И., Сухинец Ж.А. и др. Расчет частоты квазирезонанса и коэффициента передачи многозвенных RC-структур // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611147 / 16.05.2003. Роспатент. Москва. 2003).To calculate more complex DTCs, you can use the program (see Gulin A.I., Sukhinets Zh.A. et al. Calculation of the frequency of quasi-resonance and transmission coefficient of multi-link RC structures // Certificate of official registration of a computer program No. 2003611147 / 05.16.2003 Rospatent. Moscow. 2003).

Необходимо отметить, что ФП Re Kn на частотах квазирезонанса с увеличением числа плеч n от шести до бесконечности уменьшается и стремится от Re K6=-29 до Re Kn=-11,6, т.е. lim n | K n | = 11,6

Figure 00000007
.It should be noted that the phase transition Re K n at the quasi-resonance frequencies with increasing the number of arms n from six to infinity decreases and tends from Re K 6 = -29 to Re K n = -11.6, i.e. lim n | K n | = 11.6
Figure 00000007
.

Использование варикапов в качестве управляемых напряжением чувствительных безынерционных емкостей в фазовращателях ЦТС типа RC (Фиг.2) позволяет получить качественно и количественно новые характеристики управления, не достигаемые в подобных схемах с линейными элементами, а именно, увеличение диапазонов регулирования в системах автоматической подстройки частоты и фазы. Характер изменения зависимости С=f(U) определяется конструктивными размерами и технологическими особенностями полупроводника. Если поддерживать значение напряжения управления (смещения) на емкости в 4÷5 раз больше амплитуды высокочастотных колебаний, то можно считать, что емкость в основном будет определяться лишь значениями напряжения смещения. А поскольку обратное сопротивление перехода более 1 МОм, то практически напряжение смещения на всех варикапах одинаково в виду ничтожно малого токораспределения по вертикальным плечам - проводимостям. Высокоомное сопротивление RД необходимо для предотвращения шунтирования входного сигнала источником управляющего напряжения. Емкость варикапа (см. Берман Л.С. Введение в физику варикапов. - Л.: Наука, 1968. С.30) определяется из выраженияThe use of varicaps as voltage-controlled sensitive inertia-free capacitors in phase shifters of a PZT type RC (Fig. 2) allows to obtain qualitatively and quantitatively new control characteristics not achieved in such schemes with linear elements, namely, an increase in the control ranges in automatic frequency and phase adjustment systems . The nature of the change in the dependence C = f (U) is determined by the design dimensions and technological features of the semiconductor. If we maintain the value of the control voltage (bias) on the capacitance 4–5 times the amplitude of the high-frequency oscillations, we can assume that the capacitance will mainly be determined only by the bias voltage. And since the inverse resistance of the transition is more than 1 MΩ, then practically the bias voltage on all varicaps is the same in view of the negligibly small current distribution along the vertical arms - the conductivities. High resistance R R is necessary to prevent the input signal from being shunted by the control voltage source. The capacity of a varicap (see Berman L.S. Introduction to the physics of varicaps. - L .: Nauka, 1968. P.30) is determined from the expression

C = C В ( U у п р + ϕ k U В ) b

Figure 00000008
, C = C AT ( U at P R + ϕ k U AT ) - b
Figure 00000008
,

где СВ, UВ - емкость и напряжение смещения варикапа, соответствующие верхней частоте перестройки;where C In , U In - the capacitance and bias voltage of the varicap, corresponding to the upper tuning frequency;

Uупр - напряжение управления смещением на варикапы;U control - voltage control bias on varicaps;

φk - контактная разность потенциалов p-n перехода, лежащая в пределах 0,4÷0,7 В;φ k is the contact potential difference of the pn junction, lying within 0.4 ÷ 0.7 V;

b - коэффициент, зависящий от распределения примесей в переходе, равный 0,5 для варикапов с резким p-n переходом.b is a coefficient depending on the distribution of impurities in the transition, equal to 0.5 for varicaps with a sharp p-n junction.

Следовательно, выражение (4) при использовании варикапов примет видTherefore, the expression (4) when using varicaps will take the form

f 0 = k n 2 π R C В U В U у п р + ϕ k

Figure 00000009
f 0 = k n 2 π R C AT U AT U at P R + ϕ k
Figure 00000009

Если частота fх входного измеряемого напряжения U0 не равна частоте квазирезонанса фазовращателя f0, то угол сдвига фаз равенIf the frequency f x the input measured voltage U 0 is not equal to the frequency of the quasi-resonance of the phase shifter f 0 , then the phase angle is

ϕ = π f / f

Figure 00000010
ϕ = π f / f
Figure 00000010

Для ЭУФ (Фиг.2), у которого изменение фазы на выходе достигается за счет изменения величины емкости варикапов С напряжением Uупр, от ГПН а следовательно за счет изменения значения f0, выражение для угла сдвига фаз будетFor EUV (Figure 2), in which the phase change at the output is achieved by changing the value of the capacitance of varicaps With voltage U CPR , from GPN and therefore by changing the value of f 0 , the expression for the phase angle will be

φ = π 2 π R A f х ( U у п р + φ k ) b k n ,                                                                                  ( 5 )

Figure 00000011
φ = π 2 π R A f x ( U at P R + φ k ) b k n , ( 5 )
Figure 00000011

где kn определяется из выражения (4);where k n is determined from the expression (4);

А - коэффициент пропорциональности, зависящий от концентрации примесей и площади p-n - перехода полупроводникового прибора.A is the coefficient of proportionality, depending on the concentration of impurities and the area pn of the junction of the semiconductor device.

Зная диапазон изменения выходной частоты датчика Δf, равныйKnowing the range of variation of the output frequency of the sensor Δf equal to

Δ f = f max f min = k n 2 π R C В k n 2 π R C max = k n 2 π R × C max C В C В C max ,

Figure 00000012
Δ f = f max - f min = k n 2 π R C AT - k n 2 π R C max = k n 2 π R × C max - C AT C AT C max ,
Figure 00000012

где Сmax - максимальная емкость варикапа, соответствующая нижней частоте перестройки ЭУФ, получим выражение для определения коэффициента kn where C max - the maximum capacity of the varicap corresponding to the lower frequency of the EUV tuning, we obtain the expression for determining the coefficient k n

k n = 2 π R Δ f C В C max C max C В

Figure 00000013
k n = 2 π R Δ f C AT C max C max - C AT
Figure 00000013

В таблице находим соответствующее значение коэффициента kn, по которому определяем число звеньев (варикапов) ЭУФ, удовлетворяющее диапазону измерения, и соответствующее значение коэффициента усиления Re Kn для усилителя. В случае несовпадения вычисленного коэффициента с табличным значением выбираем ближайшее меньшее значение kn и Re Kn.In the table we find the corresponding value of the coefficient k n , by which we determine the number of links (varicaps) of the EUV that meets the measurement range, and the corresponding value of the gain Re K n for the amplifier. In case of mismatch of the calculated coefficient with the table value, select the nearest lower value of k n and Re K n .

Устройство для измерения номинальной частоты синусоидальных сигналов содержит (Фиг.3) электронно-управляемый фазовращатель 1 из n/2 RC - звеньев, в которых роль емкости С выполняют варикапы, соединенный через усилитель 2 с первым входом компаратора фаз 3, на второй вход которого измеряемая частота поступает непосредственно, а выход компаратора через ключ 4 соединен с первым входом генератора пилообразного напряжения 5 (ГПН), второй вход которого соединен с одновибратором 6, а выход ГПН 5 соединен с управляющим входом фазовращателя 1. Выход ключа 4 соединен также с первым входом элемента И 7, второй вход которого соединен с генератором опорной частоты (ГОЧ) 8, а выход через счетчик 9 и микроконтроллер 10 соединен с цифровым отсчетным устройством 11.A device for measuring the nominal frequency of sinusoidal signals contains (Figure 3) an electronically controlled phase shifter 1 of n / 2 RC - links in which the role of capacitance C is performed by varicaps, connected through amplifier 2 to the first input of the phase comparator 3, the second input of which is measured the frequency goes directly, and the output of the comparator via key 4 is connected to the first input of the sawtooth generator 5 (GPN), the second input of which is connected to a single vibrator 6, and the output of the GPN 5 is connected to the control input of the phase shifter 1. Key output 4 is also connected to the first input of AND element 7, the second input of which is connected to a reference frequency generator (GOCH) 8, and the output through the counter 9 and microcontroller 10 is connected to a digital readout device 11.

Программу микроконтроллера снабжают градуировочными характеристиками различных типов датчиков.The microcontroller program is provided with calibration characteristics of various types of sensors.

Измерение физического параметра от датчиков с аналоговым частотным выходом с помощью предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. Синусоидальный сигнал с выхода датчика поступает через электронно-управляемый фазовращатель 1 и усилитель 2 на первый вход компаратора фаз 3, на второй вход которого он поступает непосредственно. При включении частотомера одновибратор 6 запускает генератор пилообразного напряжения 5 (ГПН), управляющий фазовращателем 1 до равенства фаз на компараторе 3, выдающем при этом команды через ключ 4 на ГПН, останавливая его дальнейшее изменение, и на элемент И 7, запирая прохождение импульсов от генератора опорной частоты 8 на счетчик 9, число которых функционально пропорционально измеряемому физическому параметру. Микроконтроллер 10 линеаризует зависимость значения физического параметра от частоты, который отображается на цифровом отсчетном устройстве 11 в единицах измеряемой величины. Микроконтроллер программно предусматривает установки значений градуировочных характеристик различных типов датчиков.The measurement of the physical parameter from sensors with an analog frequency output using the proposed device is as follows. A sinusoidal signal from the output of the sensor is supplied through an electronically controlled phase shifter 1 and amplifier 2 to the first input of the phase comparator 3, to the second input of which it directly goes. When the frequency meter is turned on, the one-shot 6 starts the sawtooth voltage generator 5 (GPN), controlling the phase shifter 1 until the phases are equal on the comparator 3, issuing commands through the key 4 to the GPN, stopping its further change, and to the And 7 element, blocking the passage of pulses from the generator reference frequency 8 to the counter 9, the number of which is functionally proportional to the measured physical parameter. The microcontroller 10 linearizes the dependence of the value of the physical parameter on the frequency, which is displayed on the digital reading device 11 in units of the measured value. The microcontroller programmatically provides for setting calibration values of various types of sensors.

Итак, заявляемое изобретение позволяет непосредственно без дополнительных преобразований измерять физические параметры с помощью различных датчиков с частотным аналоговым выходом, что обеспечивает высокую надежность, точность способа, быстродействие и универсальность применения.So, the claimed invention allows directly without additional transformations to measure physical parameters using various sensors with a frequency analog output, which ensures high reliability, accuracy of the method, speed and versatility of use.

Claims (2)

1. Способ измерения номинальной частоты синусоидальных сигналов от датчиков с частотным выходом, отличающийся тем, что электронно-управляемый генератором пилообразного напряжения фазовращатель, состоящий из RC-звеньев, в которых роль емкости C выполняют варикапы, соединенный через усилитель с первым входом компаратора фаз, осуществляет настройку измеряемой номинальной частоты до равенства фаз с частотой, поступающей непосредственно на второй вход компаратора, время срабатывания которого пропорционально числу импульсов, измеряемых счетчиком и обрабатываемых микроконтроллером, программу которого снабжают градуировочными характеристиками различных типов датчиков для линеаризации зависимостей значений физических параметров от частоты, результат которых подают на индикатор.1. A method of measuring the nominal frequency of sinusoidal signals from sensors with a frequency output, characterized in that the phase shifter, electronically controlled by a sawtooth generator, consisting of RC links, in which the role of capacitance C is performed by varicaps, connected through an amplifier to the first input of the phase comparator, adjustment of the measured nominal frequency to phase equality with the frequency supplied directly to the second input of the comparator, the response time of which is proportional to the number of pulses measured tchikom and processed by the microcontroller, a program which is provided with a calibration characteristics of different types of sensors for physical parameters linearization dependencies of frequency values, the result of which is fed to the indicator. 2. Устройство для измерения номинальной частоты синусоидальных сигналов, содержащее генератор образцовой частоты, ключ, схему «И», счетчик импульсов и блок индикации, отличающееся тем, что оно снабжено микроконтроллером, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а выход - с индикатором, компаратором фаз, на первый вход которого синусоидальный сигнал с выхода датчика поступает через электронно-управляемый фазовращатель и усилитель, а на второй он поступает непосредственно от датчика с частотным выходом, одновибратором, запускающим генератор пилообразного напряжения, который управляет фазовращателем до равенства фаз на компараторе. 2. A device for measuring the nominal frequency of sinusoidal signals, containing a reference frequency generator, a key, an “I” circuit, a pulse counter and an indication unit, characterized in that it is equipped with a microcontroller, the input of which is connected to the output of the pulse counter, and the output to the indicator, a phase comparator, at the first input of which a sinusoidal signal from the sensor output is fed through an electronically controlled phase shifter and amplifier, and to the second it comes directly from the sensor with a frequency output, single-shot, start-up a sawtooth voltage generator that controls the phase shifter until the phases are equal on the comparator.
RU2012133556/28A 2012-08-03 2012-08-03 Method to measure nominal frequency of sinusoidal signals and device for its realisation RU2503019C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133556/28A RU2503019C1 (en) 2012-08-03 2012-08-03 Method to measure nominal frequency of sinusoidal signals and device for its realisation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012133556/28A RU2503019C1 (en) 2012-08-03 2012-08-03 Method to measure nominal frequency of sinusoidal signals and device for its realisation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2503019C1 true RU2503019C1 (en) 2013-12-27

Family

ID=49817800

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012133556/28A RU2503019C1 (en) 2012-08-03 2012-08-03 Method to measure nominal frequency of sinusoidal signals and device for its realisation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2503019C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573281C1 (en) * 2014-12-03 2016-01-20 Жанна Артуровна Сухинец Functional converter of sinusoidal signals of frequency-code

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU300833A1 (en) *
SU708255A1 (en) * 1976-10-18 1980-01-05 Предприятие П/Я А-7284 Arrangement for measuring frequency deviations from ratings
JPS5647767A (en) * 1979-09-27 1981-04-30 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Measuring apparatus for carrier frequency
SU879491A1 (en) * 1979-07-09 1981-11-07 Ордена Ленина Институт Кибернетики Ан Усср Method of measuring electric signal frequency
SU1725153A1 (en) * 1989-05-31 1992-04-07 Предприятие П/Я Х-5734 Device for measuring frequency of sine signals
US6411075B1 (en) * 1999-03-18 2002-06-25 Nanosurf Ag Electronic frequency measuring device and its use
US20110184680A1 (en) * 2010-01-26 2011-07-28 Hioki Denki Kabushiki Kaisha Measuring apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU300833A1 (en) *
SU336612A1 (en) * METHOD OF MEASURING FREQUENCY DEFINITIONS FROM NOMINAL VALUE
SU708255A1 (en) * 1976-10-18 1980-01-05 Предприятие П/Я А-7284 Arrangement for measuring frequency deviations from ratings
SU879491A1 (en) * 1979-07-09 1981-11-07 Ордена Ленина Институт Кибернетики Ан Усср Method of measuring electric signal frequency
JPS5647767A (en) * 1979-09-27 1981-04-30 Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency Measuring apparatus for carrier frequency
SU1725153A1 (en) * 1989-05-31 1992-04-07 Предприятие П/Я Х-5734 Device for measuring frequency of sine signals
US6411075B1 (en) * 1999-03-18 2002-06-25 Nanosurf Ag Electronic frequency measuring device and its use
US20110184680A1 (en) * 2010-01-26 2011-07-28 Hioki Denki Kabushiki Kaisha Measuring apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Matej Vokac. Phase Shifter Based on Varactor-Loaded Transmission Line. MASTER'S THESIS, 22.05.2009 (фиг.2.1, стр.5). *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573281C1 (en) * 2014-12-03 2016-01-20 Жанна Артуровна Сухинец Functional converter of sinusoidal signals of frequency-code

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104460304B (en) High-resolution time interval measurer with function of automatic correction
CN107210690B (en) The angular error means for correcting of position detector and angular error bearing calibration
CN100533064C (en) Transit time testing method of fiber optic gyroscope
CN108519511A (en) A kind of ime-domain measuring method of linear FM signal frequecy characteristic parameter
RU2503019C1 (en) Method to measure nominal frequency of sinusoidal signals and device for its realisation
RU2495390C1 (en) Measuring temperature of average temperature of non-homogeneous medium, and device for its implementation
CN106291102B (en) A kind of Frequency Standard Comparison device and method
Habibullah et al. A new digital speed transducer
US9470726B2 (en) Temperature compensated real-time clock
US2295615A (en) Frequency measurement and control
US10270633B2 (en) Phase measuring device and apparatuses using the phase measuring device
CN107543960A (en) A kind of high stability crystal oscillator measurement apparatus
CN103941086A (en) Ultrahigh precision frequency measurement instrument and measuring method thereof
Sukhinets et al. Frequency method of measurement of average high temperature in inhomogeneous media
CN112953517A (en) Dynamic Doppler frequency offset calibration method
RU2569939C1 (en) Method for determining phase angle between two sinusoidal signals (versions)
Babalola et al. Real-time measurement of frequency using affordable rotary encoder and LabVIEW
Yumagulov et al. Unit for stabilizing power of reference generator
Ramesh et al. DIGITAL METER
Zhmud et al. Modern ways of high-precision frequency measurements
Zhou et al. Basics of Measurement and Test Precision and the Effect of Measurement Methods on Measurement Precision
Mohan et al. Devising simulink optical encoder pulse manipulation and its evaluation
Savin et al. The automation of a resonant perturbation method to research electrodynamic characteristics of microwave devices
Prus et al. The features of the determination and use of instantaneous power components
Bhaskarrao et al. A linearizing analog front-end for sine-cosine shaft encoder

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150804