ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР
DIGITAL FREQUENCY METER

Изобретение относится к устройствам измерительной техники и может быть использовано для измерения характеристик гармонических сигналов, импульсных сигналов и механических колебаний звуковых частот.
Известно устройство [1 - Патент RU 2278390. Цифровой частотомер / Гончаренко A.M., Жмудь В.А. Класс G01R 23/02. - Опубл. 20.06.2006 г.], содержащее порт приема входного сигнала, порт приема импульса измерительного периода, образцовый генератор, две схемы синхронизации, три счетчика с регистрами на выходе каждого счетчика, соединенные со средством обработки и индикации, инвертор, формирователь импульса ошибки и схему растяжки импульса.
Недостаток этого устройства заключается в ограниченных функциональных возможностях.
Известно устройство [2 - Патент RU 2317558. Устройство измерения частоты / Василенко В.Э., Вольфовский Б.Н., Дикарев Б.Д., Сальный И.А. Класс G01R 23/04. - Опубл. 20.02.2008 г.], содержащее делители мощности, направленные ответвители, линии задержки, согласованную нагрузку, амплитудные детекторы, усилитель-ограничитель, двухканальные разностные видеоусилители, аналого-цифровые преобразователи, программируемая логическая матрица, сумматор, одноканальный видеоусилитель, компаратор.
Недостаток этого устройства заключается в сложности технической реализации и ограниченных функциональных возможностях.
Известно устройство [3 - Патент RU 2368909. Измеритель параметров гармонического сигнала / Бумагин А.В., Руткевич А.В., Сахаров К.В., Стешенко В.Б., Строганов Д.И., Шишкин Г.В. Класс G01R 29/00. - Опубл. 27.09.2009 г.], содержащее схему возведения в квадрат, блоки скользящего усреднения, линейные преобразователи, схему извлечения квадратного корня, тактовый генератор, счетчик двоичных импульсов, компаратор, умножители, делитель, схему нелинейного ограничения, тригонометрический блок и канал измерения амплитуды тока.
Недостаток этого устройства заключается в сложности технической реализации и ограниченных функциональных возможностях.
Известно также устройство [4 - Патент RU 2325665. Цифровой измеритель частоты / Смирнов В.Н. Класс G01R 23/00. - Опубл. 27.05.2008 г.], содержащее логарифмические видеоусилители, аналоговый сумматор, обнаружитель импульсных сигналов, блок формирования кода мощности, блок формирования кода коррекции, цифровой сумматор, последовательно соединенные усилитель высокой частоты, полосно-пропускающий фильтр, частотный дискриминатор с четырьмя выходами, а также аналого-цифровые преобразователи и вычислитель. Вход усилителя высокой частоты является входом устройства. Выход каждого аналого-цифрового преобразователя соединен с входами вычислителя. Вход каждого логарифмического видеоусилителя соединен с выходами частотного дискриминатора. Выход каждого логарифмического видеоусилителя соединен с входом соответствующего аналого-цифрового преобразователя и входами аналогового сумматора. Выход аналогового сумматора соединен с входом обнаружителя. Выход обнаружителя соединен с тактовым входом всех аналого-цифровых преобразователей. Выход каждого аналого-цифрового преобразователя соединен с входами вычислителя и входами формирования кода мощности. Выход вычислителя соединен с входом блока формирования кода коррекции и входом цифрового сумматора. Выход блока формирования кода мощности соединен с другим входом блока формирования кода коррекции. Выход блока формирования кода коррекции соединен с другим входом цифрового сумматора. Выход цифрового сумматора является выходом измерителя частоты.
Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Недостатком описанного выше устройства являются ограниченные функциональные возможности.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении его функциональных возможностей путем реализации в нем функции измерения параметров механических колебаний звуковой частоты.
Для достижения указанного технического результата цифровой частотомер содержит, как и прототип, последовательно соединенные через первый замкнутый контакт первого переключателя усилитель высокой частоты и аналого-цифровой преобразователь, причем вход усилителя является входом устройства. В отличие от устройства-прототипа в цифровой частотомер дополнительно введены усилитель звуковой частоты, генератор образцовых импульсов времени, генератор высокочастотных импульсов, блок выделения периода, формирователь положительных импульсов, формирователь отрицательных импульсов, клапан, блок начальной установки, счетчик импульсов, дешифратор, блок отображения информации, четыре переключателя. Входом устройства также является усилитель звуковой частоты, последовательно соединенный через второй замкнутый контакт первого переключателя с аналого-цифровым преобразователем. Выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторыми входами блока выделения периода, формирователя положительных импульсов, формирователя отрицательных импульсов и через первый замкнутый контакт второго переключателя с первым входом клапана. Выход клапана соединен с первым входом счетчика импульсов. Выход счетчика импульсов соединен со входом дешифратора. Выход дешифратора соединен со входом блока отображения информации. Выход генератора образцовых импульсов времени соединен через первый замкнутый контакт третьего переключателя со вторым входом клапана, с первым входом блока начальной установки и с первым входом блока выделения периода. Первый выход генератора высокочастотных импульсов через второй замкнутый контакт второго переключателя соединен с первым входом клапана, второй выход генератора высокочастотных импульсов соединен со вторым входом блока начальной установки. Выход блока начальной установки соединен со вторым входом счетчика импульсов. Выход блока выделения периода соединен с первыми входами формирователя положительных импульсов и формирователя отрицательных импульсов, а через первый замкнутый контакт четвертого переключателя и второй замкнутый контакт третьего переключателя со вторым входом клапана. Выход формирователя положительных импульсов через вторые замкнутые контакты четвертого и третьего переключателей соединен со вторым входом клапана. Выход формирователя отрицательных импульсов через третий замкнутый контакт четвертого переключателя и через второй замкнутый контакт третьего переключателя соединен со вторым входом клапана.
Проведенный сравнительный анализ заявленного устройства и устройства-прототипа показывает, что заявленное устройство отличается тем, что:
- введен усилитель звуковой частоты;
- изменено схемное выполнение цифрового частотомера с учетом функции измерения частоты звуковых колебаний;
- изменены связи между элементами, входящими в устройство-прототип, и введенными элементами.
Сочетание отличительных признаков предложенного цифрового частотомера из доступной литературы неизвестно, поэтому оно соответствует критерию изобретения «новизна».
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежной с ней областях позволяет сделать вывод, что введенные элементы в указанной совокупности неизвестны и их введение в цифровой частотомер указанным образом и с указанными связями позволяет обеспечить ему новое свойство: возможность измерения параметров механических колебаний звуковой частоты. В целом это обеспечивает заявляемому решению соответствие критерию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлена структурная схема цифрового частотомера.
В состав цифрового частотомера входят: усилитель высокой частоты 1, усилитель звуковой частоты 2, генератор образцовых импульсов времени 3, аналого-цифровой преобразователь 4, генератор высокочастотных импульсов 5, блок выделения периода 6, формирователь положительных импульсов 7, формирователь отрицательных импульсов 8, клапан 9, блок начальной установки 10, счетчик импульсов 11, дешифратор 12, блок отображения информации 13. Входами цифрового частотомера являются входы усилителя высокой частоты 1 и усилителя звуковой частоты 2, выходы которых через первый и второй замкнутые контакты 1 и 2 соответственно первого переключателя SA 1 последовательно соединены с входом аналого-цифрового преобразователя 4. Выход аналого-цифрового преобразователя 4 соединен со вторыми входами блока выделения периода 6, формирователя положительных импульсов 7, формирователя отрицательных импульсов 8 и через первый замкнутый контакт 1 второго переключателя SA 2 с первым входом клапана 9. Выход клапана 9 соединен с первым входом счетчика импульсов 11. Выход счетчика импульсов 11 соединен со входом дешифратора 12. Выход дешифратора 12 соединен со входом блока отображения информации 13. Выход генератора образцовых импульсов времени 3 соединен через первый замкнутый контакт 1 третьего переключателя SA 3 со вторым входом клапана 9, с первым входом блока начальной установки 10 и с первым входом блока выделения периода 6. Первый выход генератора высокочастотных импульсов 5 через второй замкнутый контакт 2 второго переключателя SA 2 соединен с первым входом клапана 9, второй выход генератора высокочастотных импульсов 5 соединен со вторым входом блока начальной установки 10. Выход блока начальной установки 10 соединен со вторым входом счетчика импульсов 11. Выход блока выделения периода 6 соединен с первыми входами формирователя положительных импульсов 7 и формирователя отрицательных импульсов 8, а через первый замкнутый контакт 1 четвертого переключателя SA 4 и второй замкнутый контакт 2 третьего переключателя SA 3 со вторым входом клапана 9. Выход формирователя положительных импульсов 7 через вторые замкнутые контакты 2 четвертого и третьего переключателей SA 4, SA 3 соединен со вторым входом клапана 9. Выход формирователя отрицательных импульсов 8 через третий замкнутый контакт 3 четвертого переключателя SA 4 и через второй замкнутый контакт 2 третьего переключателя SA 3 соединен со вторым входом клапана 9.
Цифровой частотомер работает следующим образом. В режиме измерения частоты гармонического или импульсного сигнала переключатели SA 1, SA 2, SA 3 устанавливаются в положение 1. Гармонический (импульсный) сигнал поступает на вход усилителя высокой частоты 1, в котором производится его усиление по напряжению. Сигнал с выхода усилителя высокой частоты 1 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4, в котором преобразуется в прямоугольную последовательность импульсов той же частоты. Далее прямоугольная последовательность импульсов с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 поступает на первый вход клапана 9. На второй вход клапана 9 поступают образцовые прямоугольные импульсы постоянной длительности с выхода генератора образцовых импульсов времени 3. Когда генератор образцовых импульсов времени 3 выдает положительный импульс, клапан 9 открывается и прямоугольная последовательность импульсов измеряемой частоты поступает на счетчик импульсов 11, который производит подсчет импульсов. Далее прямоугольная последовательность импульсов измеряемой частоты поступает на дешифратор 12, в котором производится дешифрирование двоичного кода в десятичный. Сигнал с выхода дешифратора поступает на блок отображения информации 13, где отображается значение частоты измеряемого сигнала.
Перед каждым измерением производится обнуление счетчика импульсов 11 блоком начальной установки 10. Блок начальной установки 10 запускается с каждым положительным фронтом импульса, поступающим на первый вход с выхода генератора образцовых импульсов времени 3, и тактируется генератором высокочастотных импульсов 5.
При измерении периода сигнала переключатели SA 1 и SA 4 устанавливаются в положение 1, а переключатели SA 2 и SA 3 в положение 2. Гармонический (импульсный) сигнал поступает на вход усилителя высокой частоты 1, в котором производится его усиление по напряжению. Сигнал с выхода усилителя высокой частоты 1 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4, в котором преобразуется в прямоугольную последовательность импульсов той же частоты. Прямоугольная последовательность импульсов с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 поступает на второй вход блока выделения периода 6. На первый вход блока выделения периода 6 поступает сигнал с выхода генератора образцовых импульсов времени 3. Блок выделения периода 6 производит выделение периода сигнала в течение одного цикла измерения. Далее сигнал поступает на второй вход клапана 9, на первый вход которого поступают тактовые импульсы с выхода генератора высокочастотных импульсов 5. Сигнал с выхода клапана 9 поступает на вход счетчика импульсов 11, с выхода счетчика импульсов 11 на вход дешифратора 12, с выхода дешифратора 12 на вход блока отображения информации 13, который отображает значение периода сигнала.
При измерении длительности положительных импульсов переключатель SA 1 устанавливается в положение 1, а переключатели SA 2, SA3 и SA 4 - в положение 2. Гармонический (импульсный) сигнал поступает на вход усилителя высокой частоты 1, в котором производится его усиление по напряжению. Сигнал с выхода усилителя высокой частоты 1 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 4, в котором преобразуется в прямоугольную последовательность импульсов той же частоты. Прямоугольная последовательность импульсов с выхода аналого-цифрового преобразователя 4 поступает на вторые входы блока выделения периода 6 и формирователя положительных импульсов 7. На первый вход блока выделения периода 6 поступает сигнал с выхода генератора образцовых импульсов времени 3. Блок выделения периода 6 производит выделение периода сигнала в течение одного цикла измерения. Сигнал с выхода блока выделения периода 6 поступает на первый вход формирователя положительных импульсов 7. Формирователь положительных импульсов 7 производит выделение положительной последовательности импульсов. Далее сигнал поступает на второй вход клапана 9, на первый вход которого поступают тактовые импульсы с выхода генератора высокочастотных импульсов 5. Сигнал с выхода клапана 9 поступает на вход счетчика импульсов 11, с выхода счетчика импульсов 11 на вход дешифратора 12, с выхода дешифратора 12 на вход блока отображения информации 13, который отображает значение длительности положительных импульсов.
При измерении длительности отрицательных импульсов переключатель SA 1 устанавливается в положение 1, переключатели SA 2 и SA 3 - в положение 2, а переключатель SA 4 - в положение 3. Далее работа цифрового частотомера аналогична той, как и при измерении длительности положительных импульсов.
При измерении механических колебаний звуковой частоты переключатель SA 1 устанавливается в положение 2. Работа цифрового частотомера по измерению механических колебаний звуковой частоты аналогична работе цифрового частотомера по измерению параметров гармонического сигнала.
Изготовление цифрового частотомера не представит особых затруднений и возможно с использованием типовых цифровых устройств, реализующих описанные операции.
Сказанное выше подтверждает соответствие критерию «промышленная применимость» предложенного технического решения.
Таким образом, выполнение цифрового частотомера указанным образом и с указанными связями позволяет реализовать в нем возможность измерения параметров механических колебаний звуковой частоты, что расширяет его функциональные возможности.