Medição da frequência de sinais com um grande período. Esquema, descrição

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Medição da frequência de sinais com um grande período. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Ao medir a frequência de sinais com grande período, para obter alta precisão e capacidade de rastrear a dinâmica do processo, é necessário calcular a frequência a partir do valor do período entre dois sinais adjacentes do sensor. O valor da frequência é obtido dividindo uma determinada constante pelo valor atual do período simultaneamente ao processo de medição, o que é importante no estudo de sinais com frequência variável, como a frequência cardíaca. A capacidade de monitorar o processo de arritmia é um recurso muito útil.

Em [1], foi proposto um método de medição baseado no princípio da aproximação linear por partes do gráfico da função y=a/x, onde não ocorre divisão, mas subtração nos segmentos da aproximação do gráfico, o que dá um valor absoluto significativo erro de medição. O método proposto neste artigo permite realizar diretamente a operação de divisão, obtendo assim maior precisão.

O método proposto baseia-se no princípio de um contador com capacitância variável. O diagrama funcional de tal dispositivo é mostrado na Fig.

Medindo a frequência de sinais com um longo período
Figura 1. Diagrama funcional

A operação de divisão a/x ocorre da seguinte forma. O contador U2 registra x número de pulsos provenientes do gerador G1 durante um período entre dois sinais adjacentes do sensor. O registrador U4 lembra esse valor durante a contagem. O dispositivo U1 gera uma rajada de pulsos igual em número ao valor a e a transmite para o contador U3. Se os códigos nas saídas do contador U3 e do registro U4, onde está escrito o código do número x, corresponderem, um pulso positivo curto aparecerá na saída do elemento U5, que irá zerar o contador U3. Assim, a capacidade do contador será determinada pelo código do número x. Este ciclo continuará até que a sequência de pulsos do dispositivo U1 termine. O número de pulsos recebidos na saída do elemento U5 durante o tempo de contagem será o valor desejado de a/x.

A taxa de repetição do pulso é calculada usando a fórmula F = 60/Tp, onde Tp é o período em segundos entre dois pulsos. O limite inferior de medição é determinado pelo valor máximo do período, igual a (2n - 1)*t, onde (2n - 1) é a capacidade máxima do contador, e dt é a discrição da medição do período, igual a 1/fG1. O número de pulsos gerados pelo dispositivo U1 é 60fG1.

Figura 2. Diagrama esquemático (clique para ampliar)

Uma das variantes da implementação do circuito do método proposto é mostrada na Fig. 2 com n = 7 e dt = 0,01 s. Vamos considerar a operação do dispositivo em Tn=1s.

Quando um pulso positivo é recebido na entrada, um pulso negativo curto é gerado na saída do elemento DD1.3, que irá acionar o trigger RS nos elementos DD4.2 e DD4.3, e através do inversor DD1.4 irá definir o contador DD5 para zero. Quando aparecer um nível alto na saída DD4.3, o gerador dos elementos DD1.1 e DD1.2 começará a funcionar, e a gravação nos registros DD7 e DD8 será interrompida, onde será salvo o valor do período anterior. Na frequência de 102,4 Hz dos elementos geradores DD2.1, DD2.2 e DD2.3 este valor é 102.

O gerador de série de pulsos funciona da seguinte maneira. Os pulsos do gerador nos elementos DD1.1, DD1.2 são fornecidos às entradas dos contadores DD3 e DD6. Quando o contador DD3 atingir o valor 6144, um pulso negativo aparecerá na saída do elemento DD1.4, que colocará o gatilho RS em seu estado original, e este, por sua vez, interromperá o funcionamento do gerador. O tempo que o contador DD3 leva para preencher o valor 6144 determinará o tempo de contagem.

Assim, uma série de 6 pulsos chegará à saída do contador DD6144. Quando o contador atingir o estado 102, nas saídas de todos os elementos DD9 e DD10 aparecerá o nível 0 (“OU EXCLUSIVO”), e nas saídas dos elementos DD11 aparecerá o nível 1. Na saída do elemento DD2.4 um zero lógico será formado um nível que colocará o contador através do inversor DD4.4 em seu estado inicial, após o qual a escrita nele continuará. Conseqüentemente, para 102 pulsos que chegam ao contador, um pulso de reset é gerado e para 6144 - 60 desses pulsos. A operação de um contador com capacitância controlada é discutida detalhadamente em [2].

O limite inferior de medição é de 49 pulsos por minuto. O limite superior será determinado pelo tempo de contagem. Quando a frequência do gerador nos elementos DD1.1, DD 1.2 é igual a 120 kHz, o tempo de contagem é de 0,05 s. A precisão e os limites de medição dependem da capacidade de bits do dispositivo e da discrição da medição do período, o que permite que o dispositivo seja usado em uma ampla faixa de frequências.

Para configurar o dispositivo, aplique um sinal com frequência de 1 ou 0,5 Hz à entrada e selecione o resistor R6 para definir as leituras correspondentes do dispositivo indicador. Se, ao calcular um dispositivo, for necessário obter o número de pulsos de uma série descritos por mais de dois dígitos binários, em vez do elemento DD4.1, será necessário utilizar um elemento NAND de múltiplas entradas.

Usando este método, também é possível construir dispositivos para dividir uma sequência de pulsos em outra.

Na versão proposta do projeto do circuito, os microcircuitos DD9 - DD11 podem ser substituídos por dois pacotes de microcircuitos K561IP2. Dois ou três capacitores de bloqueio com capacidade de 0,01 μF devem ser instalados nos circuitos de alimentação dos microcircuitos (não mostrados no diagrama).

Literatura

Chekin V. Medindo a frequência de sinais com grande período. - Rádio, 1990, nº 6, p. 57-59.
Psurtsev V. Contadores com reset assíncrono. - Rádio, 1984, nº 1, pp. 33, 34.

Autor: I. Kostryukov

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