Измерение частоты сигналов с большим периодом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

При измерении частоты сигналов с большим периодом для получения высокой точности и возможности прослеживания динамики процесса необходимо вычислять частоту по значению периода между двумя соседними сигналами от датчика. Значение частоты получается в результате деления некоторой константы на текущее значение периода одновременно с процессом измерения, что важно при исследовании сигналов с изменяющейся частотой, таких, например, как частота сердечных сокращений. Возможность наблюдения процесса аритмии является весьма полезным свойством.

В [1] предложен метод измерения, основанный на принципе кусочно-линейной аппроксимации графика функции у=а/х, где происходит не деление, а вычитание на отрезках аппроксимации графика, что дает значительную абсолютную погрешность измерения. Предлагаемый в данной статье метод позволяет производить непосредственно операцию деления, тем самым получить большую точность.

В основу предлагаемого метода положен принцип счетчика с изменяемой емкостью. Функциональная схема построения такого устройства показана на рис.1.

Рис.1. Функциональная схема

Операция деления а/х происходит следующим образом. В счетчик U2 записывается х число импульсов, приходящих от генератора G1 за один период между двумя соседними сигналами от датчика. Регистр U4 запоминает это значение на время счета. Устройство U1 формирует пачку импульсов, по числу равную значению а, и передает в счетчик U3. При совпадении кодов на выходах счетчика U3 и регистра U4, где записан код числа х, на выходе элемента U5 появится короткий положительный импульс, который сбросит показания счетчика U3. Таким образом, емкость счетчика будет определяться кодом числа х. Данный цикл продолжится, пока не закончится последовательность импульсов с устройства U1. Число импульсов, полученных на выходе элемента U5 за время счета, и будет искомым значением а/х.

Расчет частоты следования импульсов производится по формуле F = 60/Tп, где Тп - период в секундах между двумя импульсами. Нижний предел измерения определяется максимальным значением периода, равным (2n - 1)*t, где (2n - 1) - максимальная емкость счетчика, a dt- дискретность измерения периода, равная 1/fG1. Количество импульсов, вырабатываемых устройством U1, равно 60fG1.

Рис.2. Принципиальная схема (нажмите для увеличения)

Один из вариантов схемотехнической реализации предлагаемого способа показан на рис.2 при n =7 и dt = 0,01 с. Рассмотрим работу устройства при Тп=1с.

При поступлении на вход положительного импульса на выходе элемента DD1.3 образуется короткий отрицательный импульс, который переключит RS-триггер на элементах DD4.2 и DD4.3, и через инвертор DD1.4 установит счетчик DD5 в нулевое состояние. При появлении высокого уровня на выходе DD4.3 начнет работать генератор на элементах DD1.1 и DD1.2, а также прекратится запись в регистры DD7 и DD8, где сохранится значение предыдущего периода. При частоте 102,4 Гц генератора элементах DD2.1, DD2.2 и DD2.3 это значение равно 102.

Формирователь серии импульсов работает следующим образом. Импульсы от генератора на элементах DD1.1, DD1.2 поступают на входы счетчиков DD3 и DD6. При достижении счетчиком DD3 значения 6144 на выходе элемента DD1.4 появится отрицательный импульс, который переключит RS-триггер в исходное состояние, а он, в свою очередь, прекратит работу генератора. Время заполнения счетчика DD3 до значения 6144 и будет определять время счета.

Таким образом, на выходе счетчика DD6 поступит серия из 6144 импульсов. Когда счетчик достигает состояния 102, на выходах всех элементов DD9 и DD10 ("ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ") появится уровень 0, а на выходах элементов DD11 - уровни 1. На выходе элемента DD2.4 сформируется уровень логического нуля, который через инвертор DD4.4 установит счетчик в исходное состояние, после чего запись в него будет продолжена. Следовательно, за 102 импульса, пришедших на счетчик, образуется один импульс сброса, а за 6144 - 60 таких импульсов. Подробно работа счетчика с управляемой емкостью рассмотрена в [2].

Нижний предел измерения равен 49 импульсам в минуту. Верхний предел будет определяться временем счета. При частоте генератора на элементах DD1.1, DD 1.2, равной 120 кГц, время счета равно 0,05 с. Точность и пределы измерения зависят от разрядности устройства и дискретности измерения периода, что позволяет использовать данное устройство в широком диапазоне частот.

Для настройки прибора на вход следует подать сигнал с частотой 1 или 0,5 Гц и подбором резистора R6 установить соответствующие показания устройства индикации. Если при расчете устройства возникает необходимость получения числа импульсов в серии, описываемых более чем двумя двоичными разрядами, вместо элемента DD4.1 нужно будет использовать многовходовый элемент "И-НЕ".

Используя данный метод, можно также строить устройства для деления одной последовательности импульсов на другую.

В предложенном варианте схемотехнического решения микросхемы DD9 - DD11 можно заменить двумя корпусами микросхем К561ИП2. В цепях питания микросхем следует установить два-три блокировочных конденсатора емкостью 0,01 мкФ (на схеме не показаны).

Литература

1. Чекин В. Измерение частоты сигналов с большим периодом. - Радио, 1990,№6, с. 57-59.
2. Псурцев В. Счетчики с асинхронным сбросом. - Радио, 1984, №1, с.33, 34.

Автор: И.Кострюков

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Техника управляется мыслями 24.04.2013 Группа ученых и инженеров из Университета Миннесоты представила новые результаты своей интересной работы по созданию технологий мыслеуправления. Ранее они уже демонстрировали виртуальный вертолет, управляемый силой мысли. Теперь ученые демонстрируют хорошо освоенное управление реальным квадрокоптером, инвалидной коляской и протезами. В перспективе новый неинвазивный мозговой нейроинтерфейс (BCI) позволит взаимодействовать с электронными устройствами без использования кнопок. До сих пор самые точные нейроинтерфейсы используют имплантированные в мозг чипы. Недостатки такого подхода понятны: травматичная операция, риск отторжения и инфекции, затрудненная модернизация нейроинтерфейса. Ученые из Университета Миннесоты разрабатывают неинвазивный интерфейс, который может обеспечить такое же четкое сканирование сигналов мозга, как и у имплантируемых интерфейсов. Подобный интерфейс без сомнения станет революцией во множестве областей науки и техники: от взаимодействия со смартфоном, до обмена данными с системой управления авиалайнером. В настоящее время BCI американских ученых представляет собой шапочку с электродами и позволяет уверенно управлять квадрокоптером ARDrone. С помощью BCI добровольцы практически без ошибок проводят небольшой летательный аппарат сквозь подвешенные в воздухе кольца. Эксперименты свидетельствуют, что точность нейроинтерфейса растет при продолжительном использовании. Также ученые испытывают эффективность неинвазивного нейроинтерфейса при управлении инвалидной коляской и роботизированными инструментами, которые облегчают жизнь парализованным людям. Разработчики не сомневаются, что в будущем нейроинтерфейс станет одним из основных способов управления техникой, причем наибольшие перспективы у простых приборов, не требующих сверлить череп. Интересно, что осенью прошлого года китайские ученые из Zheijiang University представили свой вариант нейроинтерфейса, способного управлять квадрокоптером. Он способен передавать простейшие команды вроде "лети вправо" или "поднимись выше". Он проще миннесотского BCI и собран из доступных на рынке компонентов. Фактически он состоит из портативного электроэнцефалографа и ноутбука с беспроводной связью.

Другие интересные новости:

▪ Небесный паровоз

▪ Квантовая телепортация в обычном интернет-кабеле

▪ Морской ветрогенератор GE Haliade-X

▪ Кого любят комары

▪ Общение со спящими

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Домашняя мастерская. Подборка статей

▪ статья Мероприятия по повышению устойчивости функционирования объекта экономики в условиях чрезвычайной ситуации. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что является причиной язвы желудка? Подробный ответ

▪ статья Подборщик справочного и информационного материала. Должностная инструкция

▪ статья Искусственная слоновая кость. Простые рецепты и советы

▪ статья Акустический автомат. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026