주기가 큰 신호의 주파수 측정. 계획, 설명

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주기가 큰 신호의 주파수 측정. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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주기가 긴 신호의 주파수를 측정할 때 높은 정확도와 프로세스의 역학 추적 가능성을 얻으려면 센서에서 나오는 두 개의 인접한 신호 사이의 주기 값에서 주파수를 계산해야 합니다. 주파수 값은 측정 과정과 동시에 어떤 상수를 주기의 현재 값으로 나누어 구하는데, 이는 심박수와 같이 주파수가 변하는 신호를 연구할 때 중요합니다. 부정맥의 과정을 관찰하는 능력은 매우 유용한 기능입니다.

[1]에서는 함수 y=a/x 그래프의 구간별 선형근사 원리에 기초하여 나눗셈은 하지 않고 그래프 근사의 세그먼트에 대한 뺄셈을 하는 측정 방법을 제안하여 상당한 절대 측정 오차. 이 기사에서 제안하는 방법을 사용하면 나눗셈 연산을 직접 수행할 수 있으므로 더 높은 정확도를 얻을 수 있습니다.

제안된 방법은 가변 용량 카운터의 원리를 기반으로 합니다. 이러한 장치 구성의 기능 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다.

장기간 신호의 주파수 측정
그림 1. 기능 다이어그램

a/x를 나누는 연산은 다음과 같이 진행된다. 카운터 U2는 센서에서 나오는 두 개의 인접한 신호 사이의 한 주기에 생성기 G1에서 나오는 펄스 수 x를 기록합니다. 레지스터 U4는 카운트 기간 동안 이 값을 기억합니다. 장치 U1은 값 a와 동일한 수의 펄스 버스트를 생성하고 이를 카운터 U3으로 전송합니다. 카운터 U3의 출력과 숫자 x의 코드가 쓰여진 레지스터 U4의 코드가 일치하면 요소 U5의 출력에 짧은 양의 펄스가 나타나 카운터 U3을 재설정합니다. 따라서 카운터의 용량은 숫자 x의 코드에 의해 결정됩니다. 이 주기는 장치 U1의 펄스 열이 끝날 때까지 계속됩니다. 카운트 시간 동안 U5 요소의 출력에서 수신된 펄스 수는 원하는 a/x 값이 됩니다.

펄스 반복률은 공식 F = 60/Tp를 사용하여 계산됩니다. 여기서 Tp는 두 펄스 사이의 시간(초)입니다. 측정 하한은 (2n - 1) * t와 같은 최대 주기 값으로 결정됩니다. 여기서 (2n - 1)은 최대 카운터 용량이고 dt는 1/fG1과 같은 주기 측정 불연속성입니다. 장치 U1에서 생성되는 펄스 수는 60fG1입니다.

그림 2. 개략도(확대하려면 클릭)

제안된 방법의 회로 구현을 위한 옵션 중 하나는 n = 2 및 dt = 7s에서 그림 0,01에 표시됩니다. Tp=1s에서 장치의 작동을 고려하십시오.

입력에서 포지티브 펄스가 수신되면 요소 DD1.3의 출력에서 짧은 네거티브 펄스가 생성되어 요소 DD4.2 및 DD4.3에서 RS 트리거를 전환하고 인버터 DD1.4를 통해 설정합니다. 카운터 DD5를 4.3으로 설정합니다. DD1.1의 출력에 높은 수준이 나타나면 생성기가 DD1.2 및 DD7 요소에서 작업을 시작하고 레지스터 DD8 및 DD102,4의 기록도 중지되며 이전 기간의 값은 저장되었습니다. 2.1Hz 생성기 요소 DD2.2, DD2.3 및 DD102의 주파수에서 이 값은 XNUMX입니다.

펄스 트레인 셰이퍼는 다음과 같이 작동합니다. 요소 DD1.1, DD1.2의 생성기에서 나오는 펄스는 카운터 DD3 및 DD6의 입력에 공급됩니다. 카운터 DD3이 값 6144에 도달하면 요소 DD1.4의 출력에 음의 펄스가 나타나 RS 플립 플롭을 원래 상태로 전환하고 차례로 발전기를 중지합니다. 3 값에 대한 카운터 DD6144의 충전 시간이 카운팅 시간을 결정합니다.

따라서 카운터 DD6의 출력은 일련의 6144 펄스를 수신합니다. 카운터가 상태 102에 도달하면 모든 요소 DD9 및 DD10("EXCLUSIVE OR")의 출력이 레벨 0에 표시되고 요소 DD11 - 레벨 1의 출력에 표시됩니다. 요소 DD2.4의 출력에서 로직 4.4 레벨이 생성되어 인버터 DD102를 통해 카운터를 초기 상태로 설정한 후 쓰기가 계속됩니다. 따라서 카운터에 온 6144 펄스에 대해 하나의 리셋 펄스가 형성되고 60-2 펄스에 대해 형성됩니다. 용량이 제어된 카운터의 작동은 [XNUMX]에서 자세히 설명합니다.

측정 하한은 분당 49 펄스입니다. 상한은 카운트 시간으로 결정됩니다. 요소 DD1.1, DD 1.2의 생성기 주파수가 120kHz인 경우 카운팅 시간은 0,05초입니다. 측정의 정확도와 한계는 장치의 용량과 주기 측정의 분해능에 따라 달라지므로 이 장치를 넓은 주파수 범위에서 사용할 수 있습니다.

장치를 입력에 맞게 조정하려면 주파수가 1 또는 0,5Hz인 신호를 적용하고 저항 R6을 선택하여 디스플레이 장치의 적절한 판독값을 설정해야 합니다. 장치를 계산할 때 DD4.1 요소 대신 두 개 이상의 이진수로 설명되는 일련의 펄스 수를 구해야 하는 경우 "AND-NOT" 다중 입력을 사용해야 합니다. 요소.

이 방법을 사용하면 하나의 펄스 시퀀스를 다른 시퀀스로 나누는 장치를 구축할 수도 있습니다.

회로 솔루션의 제안된 버전에서 DD9 - DD11 마이크로 회로는 두 개의 K561IP2 마이크로 회로 패키지로 대체될 수 있습니다. 0,01 마이크로 패럿 용량의 차단 커패시터 XNUMX개 또는 XNUMX개(다이어그램에 표시되지 않음)를 마이크로 회로의 전원 공급 장치 회로에 설치해야 합니다.

문학

Chekin V. 주기가 긴 신호의 주파수 측정. - 라디오, 1990, No. 6, p. 57-59.
Psurtsev V. 비동기 리셋이 있는 카운터. - 라디오, 1984, 1번, pp. 33, 34.

저자: I.Kostryukov

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