Измерение частоты пульса, основанное на подсчёте количества ударов за единицу времени, занимает относительно большой промежуток времени.
От 1 минуты и больше.
Времени 10 или 15 с., с последующим умножением на 5 или 4, иногда бывает недостаточно. К тому - же, эти методы применимы только в состоянии
покоя до, или сразу после дозированной нагрузки. В лабораторных условиях, или в кабинетах функциональной диагностики, контроль за частотой и ритмом
пульса можно осуществить, если на вход частотомера подать образцовую частоту, равную минимальной частоте пульса.
Тогда на вход счётчика, в промежутке между импульсами времени счёта, при частоте пульса 180 уд/мин пройдёт 333 импульса,
при частоте 60 уд/мин - 1000 импульсов, а при 30 уд/мин - 2000 импульсов.
Таким образом можно выявить нарушение ритма и частоты пульса за более короткий промежуток времени и в любом состоянии -
в покое или в динамике.
Усилитель - формирователь собран на ОУ DA1 и таймере DA2, работу которого мы рассмотрим немного подробнее. Таймер состоит из трёх функциональных узлов - двух компараторов напряжения,
RS - триггера и инвертирующего усилителя. Внутренний делитель задаёт пороговые напряжения, равные 2/3 Uп для компаратора А1 и 1/3 Uп для компаратора А2.
Управление выходным напряжением таймера производится по входам 1 и 2 (выводы 6 и 2). Напряжение высокого уровня (Н) на выходе таймера устанавливается в случае,
когда на вывод 2 подаётся низкий уровень (L), равный U2 < 1/3Uп, независимо от уровня напряжения на выводе 6. После установки на выходе высокого уровня,
любое изменение U2 не приводит к изменению состояния выхода, если U6 < 2/3 Uп.
Низкий уровень (L) на выходе таймера устанавливается в случае, когда на вывод 6 подаётся высокий уровень (Н), равный U6 > 2/3 Uп, а на вывод 2 - U2 > 1/3 Uп.
После этого любое изменение U6 не приводит к изменению состояния выхода, если U2 > 1/3Uп. Состояния таймера приведены в таблице, из которой видно, что управлять таймером
можно по входу 2, подавая на вход 6 напряжение U6 > 2/3 Uп.
Несколько слов о включении ЦАП DD5, DD6. Обе микросхемы включены в режиме перезаписи информации между двумя внутренними регистрами ЦАП. Такое включение даёт возможность
хранения результата последнего измерения без использования дополнительных аппаратных средств (любых микросхем оперативной памяти). Подробнее о таком включении будет рассказано ниже.
Измеритель частоты пульса состоит из блоков:
- генератора частоты 500 кГц - DD1.1, DD1.2
- входного усилителя - DA1
- формирователя импульсов - DA2
- делителя частоты - DD2
- счётчика - DD3, DD4
- цифроаналоговых преобразователей - DD5, DA3; DD6, DA4
- сумматора - DA5
- узла сброса - DD1.3
- инвертора - DD1.4
Входной сигнал от датчика поступает на вход усилителя DA1. Усиленный сигнал с выхода DA1 поступает на вход формирователя импульсов DA2. С выхода формирователя сигнал низкого уровня заряжает конденсатор С8.
В это время на входах инвертора DD1.3 появляется короткий импульс отрицательной полярности.импульсом высокого уровня с выхода инвертора обнуляются счётчики DD3, DD4.
В промежутке между двумя импульсами входного сигнала происходит подсчёт импульсов с выхода делителя DD2. По окончании подсчёта импульсов код с выходов счётчиков DD3, DD4 записывается во внутренние регистры
RG1 ЦАП DD5, DD6 высоким уровнем по входам С1 (выводы 6). Одновременно, низким уровнем на входе С2 (выводы 21), в регистрах RG2 ЦАП сохраняются результаты предыдущего измерения.
В моент прихода импульса низкого уровня с выхода DA2, одновременно с обнулением счётчиков, результат измерений из регистра RG1 ЦАП переписывается в RG2 и поступает на выход ИМС ЦАП.
В связи с тем, что выходные каскады применяемых ЦАП включены по схеме источника тока (выводы 48), необходимо применение преобразователей "ток - напряжение".
Функцию преобразователей "ток - напряжение" выполняют ОУ DA3, DA4. ОУ DA5 суммирует сигналы с выходов ОУ DA3, DA4.
выбор схемотехнического решения и применяемой комплектации при разработке устройства обоснован тем, что:
- Наиболее простой способ индикации получается при преобразовании цифрового кода в аналоговый сигнал.
- Цифровой способ индикации требует усложнения схемы в связи с необходимостью преобразования числа подсчитанных импульсов в двоичном коде в индикацию прямого отсчёта частоты пульса.
Очень неудачное, в этом смысле, схемотехническое решение, на мой взгляд, получилось у автора статьи "Цифровой измеритель частоты пульса" Колдунова А., опубликованной в журнале "Радиолюбитель" 4/2001 с. 6,
разработанной на основе моей конструкции.
- простая индикация подсчитанных импульсов весьма ненаглядна. К тому - же придётся использовать градуировочную таблицу, что увеличивает время обработки данных.
- Вместо микросхем ЦАП можно использовать резистивные матрицы, однако, при изготовлении матриц требуются прецизионные резисторы с допуском 0,01...0,05%.
Входные датчики могут быть любыми, как по конструкции, так и по принципу действия: акустическими, электромагнитными, оптическими и т.д. Все ОУ питаются от биполярного источника. Между выводами питания
всех ИМС и корпусом включены развязывающие ёмкости. Чертежи печатной платы.
Настройка измерителя частоты пульса:
- На выходе делителя (вывод 14 DD2) установить частоту 2 кГц подстройкой емкостей С1, С2, С3.
- Изменением номиналов резисторов R3, R4 (DA1) и R11, R12 (DA5) установить необходимый коэффициент усиления ОУ, обеспечивающий чёткое срабатывание формирователя DA2 и чёткую индикацию
измеренного значения имеющимся стрелочным прибором.
- Надёжность срабатывания формирователя DA2 можно подстраивать в некоторых пределах, изменением напряжения на выводе 5.
- Установить одинаковые коэффициенты усиления ОУ DA3, DA4 регулировкой резисторов R9, R10.
- Градуировка измерителя производится подачей на вход устройства сигнала с генератора импульсов с периодом от 333 мС до 2 С. Каждый раз отмечается положение стрелки и делается оцифровка
шкалы в ударах в минуту по таблице, где f - частота генератора, N - частота пульса.
Оригинал статьи опубликован в журнале "Радиолюбитель" 4/99 с. 28.