Способ измерения частоты

Способ измерения частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения частоты периодических сигналов.

Известен способ измерения частоты [Орнатский, П.П. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые) [Текст] / П.П. Орнатский. - К.: Вища шк., 1986. - 504 с.], основанный на подсчете числа периодов образцовой частоты в течение заранее заданного целого числа периодов измеряемой частоты.

Однако этот способ измерения частоты характеризуется большим временем измерения частоты.

Кроме того, известен способ измерения частоты (прототип) [А.с. 482693 СССР, МКИ G01R 23/10, H03D 13/00. Способ сличения частот / Дюшняев В.В., Тырса В.Е. - 1882014. заявл. 29.01.1973, опубл. 30.08.1975, Бюл. №32. - 1 с.], заключающийся в том, что задают уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации, формируют импульсы измеряемой и образцовой частот с заданной длительностью, подсчитывают число импульсов измеряемой и образцовой частот за интервал времени между моментами совпадения импульсов измеряемой и образцовой частот.

Недостатком прототипа является большое время измерения частоты.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является уменьшение времени измерения частоты.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе измерения частоты, заключающемся в том, что задают уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации, формируют импульсы измеряемой и образцовой частот с заданной длительностью, подсчитывают число импульсов измеряемой и образцовой частот за интервал времени между моментами совпадения импульсов измеряемой и образцовой частот, первое измерение частоты выполняют с заданным значением длительности импульсов образцовой частоты, последующие измерения частоты выполняют с длительностью импульсов образцовой частоты, которую задают в соответствии с выражением:

,

где τ₀ - длительность формируемых импульсов;

γ - уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации;

Т_х - период измеряемой частоты, измеренный за предыдущее измерение;

Р(n) - числовой коэффициент (принят 0,2).

На чертеже (фиг. 1) приведена функциональная схема реализации устройства, которая содержит следующие элементы:

Генератор образцовой частоты 1 (ГОЧ);

Формирователь импульсов 2 (Ф);

Схема «И» 3 (И);

Первый и второй счетчики импульсов (4 и 5 соответственно);

Микроконтроллер 6 (МК).

Генератор образцовой частоты 1 соединен с первым входом схемы «И» 3 и счетным входом первого счетчика импульсов 4, вход устройства соединен с формирователем импульсов 2, который соединен со вторым входом схемы «И» 3 и счетным входом счетчика импульсов 5. Информационные выходы счетчиков импульсов 4 и 5 соединены с соответствующими информационными входами микроконтроллера 6. Кроме того, выход схемы «И» 3 связан с импульсным входом микроконтроллера 6, первый и второй управляющие выходы которого связаны с управляющими входами счетчиков 4 и 5, а третий управляющий выход связан с управляющим входом генератора образцовой частоты 1.

Генератор образцовой частоты 1 может быть выполнен, например, на основе кварцевого генератора, например ГК137-ТС (производства МОРИОН), который генерирует единичные импульсы с периодом Т₀ и длительностью (τ₀), которую задает микроконтроллер 6. Формирователь импульсов 2 измеряемой частоты может быть выполнен на основе компаратора, например МАХ9692 (производства MAXIM), генерирующего короткие единичные импульсы каждый период измеряемой частоты. Счетчики импульсов 4 и 5 могут быть выполнены, например, по традиционной схеме на триггерах МАХ9381 (производства MAXIM) либо содержаться в микроконтроллере 6. В качестве микроконтроллера (МК) 6 может быть выбрана схема, например, PZ276-104 (производства КАСКОД-ЭЛЕКТРО).

Способ осуществляется следующим образом. Задают уровень относительной погрешности. Первое измерение выполняют с предустановленным значением длительности формируемых импульсов (например, с коэффициентом заполнения 0,5). Микроконтроллер 6 через третий управляющий выход задает длительность импульсов (τ₀), которые генерирует генератор образцовой частоты 1 с периодом Т₀. Импульсы с генератора образцовой частоты 1 поступают на счетный вход первого счетчика импульсов 4 и на первый вход схемы «И» 3. Формирователь импульсов 2 формируют импульсы с минимальной возможной длительностью определяемой типом логических микросхем, используемых в нем. Далее эти импульсы поступают на счетный вход второго счетчика импульсов 5 и на второй вход схемы «И» 3. После того как импульсы, поступившие на входы схемы «И» 3, совпадут, на выходе схемы «И» 3 сформируется импульс, который поступит на импульсный вход микроконтроллера 6, который с помощью первого и второго управляющих выходов подаст воздействие на управляющие входы счетчиков импульсов 4 и 5, обнуляя их и разрешая счет импульсов, которые поступают на счетные входы счетчиков импульсов 4 и 5, от генератора образцовой частоты 1 на вход первого счетчика импульсов 4 и от формирователя импульсов 2 на вход второго счетчика импульсов 5. С этого момента времени начинается подсчет образцовых и измеряемых периодов на счетчиках импульсов 4 и 5 соответственно. Далее после каждого последующего совпадения импульсов на входах схемы «И» 3 и прихода с ее выхода импульса на импульсный вход микроконтроллера 6 он считывает коды, накопленные в счетчиках 4 и 5. Микроконтроллер 6 вычисляет относительную методическую погрешность, которая определяется отношением длительности импульса τ₀, генерируемого генератором образцовой частоты 1, к интервалу времени, отсчитанному от момента первого совпадения импульсов на входе схемы «И» 3 до момента совпадения импульсов, при котором рассчитывается погрешность, если она не удовлетворяет заданному значению, то процесс измерения частоты продолжается до выполнения условия достижения заданного значения относительной методической погрешности, иначе выводится результат измерения частоты через устройство цифрового ввода-вывода 7 и запускается следующий цикл измерения частоты путем установления счетчиков 4 и 5 в ноль, при этом используя измеренное значение частоты, микроконтроллер 6 вычисляет требуемое значение длительности импульсов по формуле (2) и через третий управляющий выход задает длительность импульсов, которые генерирует генератор образцовой частоты 1 с периодом T₀.

В [Лаптев, Д.В. Измерение частоты следования импульсов электрических сигналов методом совпадения [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. тех. наук (05.16.16) / Лаптев Дмитрий Владимирович; НГТУ. - Новосибирск, 2015. - 20 с.] получено выражение для вычисления коэффициента заполнения импульса, обеспечивающего наименьшее время измерения частоты методом совпадения. Выражение имеет следующий вид

Из (1) можно получить выражение для вычисления длительности импульсов, обеспечивающей наименьшее время измерения частоты методом совпадения, которое принимает следующий вид

Приняты следующие обозначения: k - коэффициент заполнения образцовых импульсов (k=τ₀/Т₀); Р(n) - числовой коэффициент (равен 0,2); γ - заданный уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации.

На чертеже (фиг. 2) приведены графики времени измерения частоты методом совпадения при заданном уровне относительной максимальной методической погрешности дискретизации 0,001%. Время измерения частоты зависит от коэффициента заполнения импульса. Для обеспечения наименьшего времени измерения частоты в предлагаемом изобретении выполняется управление длительностью импульсов (коэффициентом заполнения). Например, на приведенном чертеже коэффициент заполнения 5% используется в диапазоне от 10⁴ до 10⁵, 1% - от 10⁵ до 10⁶, 0,5% - от 10⁶ до 10⁷, 0,1% - от 10⁷ до 10⁸. Отметим, что на чертеже приведены отдельные значения коэффициента заполнения, которые входят в общее множество возможных значений коэффициента заполнения, но не ограничивают его.

Таким образом, в предлагаемом изобретении по сравнению с прототипом уменьшается время измерения частоты.

Способ измерения частоты, заключающийся в том, что задают уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации, формируют импульсы измеряемой и образцовой частот с заданной длительностью, подсчитывают число импульсов измеряемой и образцовой частот за интервал времени между моментами совпадения импульсов измеряемой и образцовой частот, отличающийся тем, что первое измерение частоты выполняют с заданным значением длительности импульсов образцовой частоты, последующие измерения частоты выполняют с длительностью импульсов образцовой частоты, которую задают в соответствии с выражением:

где τ₀ - длительность формируемых импульсов;

γ - уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации;

Т_х - период измеряемой частоты, измеренный за предыдущее измерение;

P(n) - числовой коэффициент (принят 0,2).