测量大周期信号的频率。方案、说明

大周期信号频率的测量。无线电电子电气工程百科全书

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当测量长周期信号的频率时，为了获得高精度和跟踪过程动态的可能性，需要根据来自传感器的两个相邻信号之间的周期值来计算频率。频率值是通过在测量过程中同时将某个常数除以该周期的当前值来获得的，这在研究频率变化的信号（例如心率）时非常重要。观察心律失常过程的能力是一个非常有用的功能。

文献[1]提出了一种基于函数y=a/x的图的分段线性逼近原理的测量方法，其中不进行除法，而是对图逼近的各段进行减法，得到显着的结果绝对测量误差。本文提出的方法可以让您直接进行除法运算，从而获得更高的精度。

所提出的方法基于具有可变容量的计数器的原理。这种装置的结构功能图如图1所示。

测量长周期信号的频率
图。1。功能图

a/x 除法的运算如下进行。计数器U2记录x在来自传感器的两个相邻信号之间的一个周期内来自发生器G1的脉冲数。寄存器 U4 在计数期间记住该值。设备U1生成脉冲串，其数量等于值a，并将其传输到计数器U3。如果计数器U3和写入数字x的代码的寄存器U4的输出处的代码一致，则在元件U5的输出处将出现短正脉冲，这将复位计数器U3。因此，计数器的容量将由数字x的代码确定。该循环将持续到来自设备 U1 的脉冲序列结束。在计数时间内U5元件的输出处接收到的脉冲数将是a/x的期望值。

脉冲重复率使用公式 F = 60/Tp 计算，其中 Tp 是两个脉冲之间的周期（以秒为单位）。测量下限由等于(2n - 1) * t 的最大周期值确定，其中(2n - 1) 是最大计数器容量，dt 是周期测量离散度，等于1/fG1。器件U1产生的脉冲数为60fG1。

图。2。示意图（点击放大）

图 2 显示了所提出方法的电路实现选项之一，其中 n = 7 且 dt = 0,01 s。考虑器件在 Tp=1s 时的运行情况。

当输入端接收到正脉冲时，元件 DD1.3 的输出端会生成短负脉冲，这会切换元件 DD4.2 和 DD4.3 上的 RS 触发器，并通过反相器 DD1.4 设置将计数器 DD5 清零。当DD4.3输出出现高电平时，发生器开始对元件DD1.1和DD1.2工作，寄存器DD7和DD8的记录也停止，其中上一周期的值是已保存。当发电机元件 DD102,4、DD2.1 和 DD2.2 频率为 2.3 Hz 时，该值为 102。

脉冲串整形器的工作原理如下。来自元件DD1.1、DD1.2上的发生器的脉冲被馈送到计数器DD3和DD6的输入。当计数器DD3达到值6144时，元件DD1.4的输出处将出现负脉冲，这将把RS触发器切换到其原始状态，并且反过来将停止发生器。计数器DD3填充到6144的值的时间将确定计数时间。

因此，计数器DD6的输出将接收一系列6144个脉冲。当计数器达到状态 102 时，所有元件 DD9 和 DD10（“异或”）的输出将出现在电平 0，并且在元件 DD11 的输出处出现 - 电平 1。在元件 DD2.4 的输出处，逻辑零将产生电平，该电平将通过反相器 DD4.4 将计数器设置为其初始状态，之后将继续写入。因此，对于到达计数器的 102 个脉冲，形成一个复位脉冲，对于 6144 - 60 个这样的脉冲。 [2] 详细考虑了具有受控容量的计数器的操作。

测量下限为每分钟 49 个脉冲。上限将由计数时间决定。当元件 DD1.1、DD 1.2 上的发生器频率等于 120 kHz 时，计数时间为 0,05 s。测量的精度和限制取决于设备的容量和周期测量的分辨率，这使得可以在很宽的频率范围内使用该设备。

为了将设备调谐到输入，应施加频率为 1 或 0,5 Hz 的信号，并通过选择电阻器 R6 设置显示设备的适当读数。如果在计算设备时需要获得由两个以上二进制数字描述的一系列脉冲数，则需要使用“AND-NOT”多功能输入来代替 DD4.1 元素元素。

使用这种方法，还可以构建用于将一个脉冲序列划分为另一个脉冲序列的设备。

在建议的电路解决方案版本中，DD9 - DD11 微电路可由两个 K561IP2 微电路封装替代。微电路的供电电路中应安装0,01个或XNUMX个容量为XNUMX微法的隔直电容器（图中未示出）。

文学

Chekin V. 测量大周期信号的频率。 - 广播，1990 年，第 6 期，第 57 页59-XNUMX。
Psurtsev V. 带异步复位的计数器。 - 广播，1984 年，第 1 期，第 33、34 页。

作者：I.Kostryukov

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