周期の大きい信号の周波数の測定。スキーム、説明

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周期の大きな信号の周波数を測定します。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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長周期の信号の周波数を測定する場合、高い精度とプロセスのダイナミクスの追跡の可能性を得るには、センサーからの XNUMX つの隣接する信号間の周期の値から周波数を計算する必要があります。周波数値は、測定プロセスと同時に、ある定数をその期間の現在の値で割ることによって取得されます。これは、心拍数など、周波数が変化する信号を研究する場合に重要です。不整脈の過程を観察できるのは非常に便利な機能です。

[1] では、関数 y=a/x のグラフの区分線形近似の原理に基づいた測定方法が提案されています。この場合、除算はなく、グラフ近似のセグメントで減算が行われ、有意な結果が得られます。絶対的な測定誤差。この記事で提案する方法を使用すると、除算演算を直接実行できるため、より高い精度が得られます。

提案された方法は、可変容量のカウンターの原理に基づいています。このようなデバイスの構造の機能図を図 1 に示します。

長期間の信号周波数の測定
図1。機能図

a/x を除算する操作は次のように行われます。カウンタ U2 は、センサーからの 1 つの隣接する信号間の 4 周期内に発生器 G1 から来るパルスの数 x を記録します。レジスタ U3 は、カウントの間この値を記憶します。デバイス U3 は、値 a に等しい数のパルスのバーストを生成し、それをカウンタ U4 に送信します。カウンタ U5 の出力のコードと、数値 x のコードが書き込まれるレジスタ U3 のコードが一致すると、要素 U1 の出力に短い正のパルスが現れ、カウンタ U5 がリセットされます。したがって、カウンタの容量は数値 x のコードによって決まります。このサイクルは、デバイス UXNUMX からのパルス列が終了するまで継続します。カウント時間中に UXNUMX 要素の出力で受信したパルスの数が、a / x の望ましい値になります。

パルス繰り返し率は、式 F = 60/Tp を使用して計算されます。ここで、Tp は 2 つのパルス間の秒数です。測定の下限は、(1n - 2) * t に等しい最大周期値によって決まります。ここで、(1n - 1) は最大カウンタ容量、dt は周期測定の離散性で、1/fG1 に等しいです。デバイス U60 によって生成されるパルスの数は 1fGXNUMX です。

図2。回路図（クリックして拡大）

提案された方法の回路実装のオプションの 2 つが、n = 7 および dt = 0,01 秒で図 1 に示されています。 Tp=XNUMXs でのデバイスの動作を考えてみましょう。

入力で正のパルスが受信されると、要素 DD1.3 の出力で短い負のパルスが生成され、要素 DD4.2 および DD4.3 の RS トリガが切り替わり、インバータ DD1.4 を通じて、カウンタDD5をゼロにします。 DD4.3 の出力にハイレベルが現れると、ジェネレーターは要素 DD1.1 と DD1.2 で動作を開始し、レジスタ DD7 と DD8 への記録も停止します。保存されました。周波数 102,4 Hz のジェネレーター要素 DD2.1、DD2.2、および DD2.3 では、この値は 102 です。

パルストレインシェイパーは次のように動作します。要素 DD1.1、DD1.2 上の発生器からのパルスは、カウンタ DD3 および DD6 の入力に供給されます。カウンタ DD3 が値 6144 に達すると、要素 DD1.4 の出力に負のパルスが現れ、RS フリップフロップが元の状態に切り替わり、ジェネレータが停止します。カウンタ DD3 が 6144 の値に達するまでの時間がカウント時間を決定します。

したがって、カウンタ DD6 の出力は一連の 6144 パルスを受け取ります。カウンタが状態 102 に達すると、すべての要素 DD9 および DD10 (「排他的論理和」) の出力はレベル 0 で表示され、要素 DD11 の出力はレベル 1 で表示されます。要素 DD2.4 の出力では、論理 4.4 が表示されます。レベルが生成され、インバータ DD102 を通じてカウンタが初期状態に設定され、その後カウンタへの書き込みが続行されます。したがって、カウンターに到達した 6144 個のパルスに対して 60 つのリセットパルスが形成され、2 - XNUMX 個のそのようなパルスが形成されます。容量が制御されたカウンターの動作については、[XNUMX] で詳細に検討されています。

測定の下限は 49 パルス/分です。上限はカウント時間により決まります。要素 DD1.1、DD 1.2 の発生器周波数が 120 kHz である場合、カウント時間は 0,05 秒です。測定の精度と限界は、デバイスの容量と周期測定の分解能によって決まります。これにより、このデバイスを広い周波数範囲で使用できるようになります。

デバイスを入力に調整するには、1 または 0,5 Hz の周波数の信号を適用し、抵抗 R6 を選択してディスプレイデバイスの適切な読み取り値を設定する必要があります。デバイスの計算時に、4.1 進数を超える XNUMX 桁で表される一連のパルス数を取得する必要がある場合は、DDXNUMX 要素の代わりに、「AND-NOT」マルチ入力を使用する必要があります。エレメント。

この方法を使用すると、あるパルスのシーケンスを別のパルスのシーケンスに分割するデバイスを構築することも可能です。

提案されたバージョンの回路ソリューションでは、DD9 ～ DD11 マイクロ回路を 561 つの K2IP0,01 マイクロ回路パッケージで置き換えることができます。マイクロ回路の電源回路には、容量が XNUMX マイクロファラッドのブロッキングコンデンサを XNUMX つまたは XNUMX つ (図には示されていません) 取り付ける必要があります。

文学

Chekin V. 大きな周期を持つ信号の周波数を測定します。 - ラジオ、1990 年、第 6 号、p. 57-59。
Psurtsev V. 非同期リセット付きカウンター。 - ラジオ、1984 年、第 1 号、33、34 ページ。

著者: I.コストリュコフ

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