Способ для измерения частоты и устройство для его осуществления

Способ для измерения частоты и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсник

Социапистичеснии

Республик

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

G 01 R 23/10 ееауяарстаеккый комитет

СССР (28) Приоритет—

No делам изабретений и открытий

Опубликовано 23.11.81. Бюллетень № 43 (53) УДК 621.317 (088.8) Дата опубликования описания 23.11 81 (54) СПОСОБ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике.

Известен способ измерения средней частоты, заключающийся в том, что формируют опорную последовательность импульсов, период следования которой равен эталонному временному интервалу, подсчитывают число импульсов измеряемой частотной последовательности за время каждого эталонного интервала и фиксируют числовой эквивалент предыдущего измерения входной частоты на время измерения в текущем эталонном интервале (Ц.

Недостатком способа является большая погрешность измерения быстроизменяющихся сигналов.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения частоты, заключающийся в том, что формируют последовательность импульсов, сдвинутую по фазе относительно входной последовательности на эталонный временной интервал и непрерывно подсчитывают чистй импульсов разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов.

Устройство, реализующее способ, содержит реверсивный счетчик, регистр сдвига, блок сдвига совпадающих импульсов и генератор опорной частоты, причем входная клемма устройства подключена к первому входу блока сдви5 га совпадающих импульсов и к информационному входу регистра сдвига, выход которого подключен ко второму входу блока сдвига совпадающих импульсов, третий вход которого

10 соединен со сдвиговым входом регистра сдвига и подключен к выходу генератора опорной частоты (2).

Однако этот способ и устройство для его реализации имеют ограниченную точность пре15 . образования в цифровой эквивалент входной функции из-эа наличия динамической погрешности осреднения.

Целью изобретения является уменьшение динамической погоешности осреднения.

Поставленная цель достигается том, что в способе измерения частоты, заключающемся в формировании последовательности импульсов, сдвинутой по фазе относительно входной последовательности импульсов на эталонный временной

79 ф

3 8837 интервал, и в непрерывном подсчете числа импульсов разности входной и сдвинутой последовательностей, формируют вторую дополнительную последовательность импульсов с частотой, равной алгебраической сумме частот входной и половине разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов, подсчитывают число импульсов дополнительной последовательности импульсов за время, равное эталонному сдвигу по фазе, а затем полученное число импульсов нег рерьгвно t0 корректируют числом импульсов разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов с учетом знака приращеш я входной частоты.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройство для измерения частоты., со. держащее реверсивный счетчик, регистр сдвига, блок сдвига совпадающих импульсов и генератор опорной частоты, выход которого подключен к сдяиговому входу регистра сдвига

2Î и первому входу блока сдвига совпадающих импульсов, второй вход которого подключен к входной клемме устройства, а третий вход— к выходу регистра сдвига, информационный вход которого подключен к входной клемме устройства, введены два блока вычиташ я импуль coB, âTît|îé блок cpBHl"à совпадающих импульсов, трп триггера, формирователь эталонного временного интервала, пять элементов И, четыре элемента ИЛИ и элемент задержки, причем выходы первого блока совпадения импульсов подключены к псрвому и второму входам первого блока BhI италия импульсов, информационный выход которого подключен к первому входу первого элемспта И и к счетному входу первого триггера, выход которого подключен к пер35 вому входу второго блока сдвига совпадающих импульсов, второй вход которого соединен с входной клеммой устройства, третий вход подключен к выходу генератора опорной частоты, а два выхода подключены к двум входам второ40 го блока вычиташ.я импульсов и соответственно первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого под-:" ключен к выходу третьего элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго блока вычитания импульсов, выход второго элемента ИЛИ подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, соединенного вторым входом с первым входом пятого элемента И и едиричным выходом второго триггера, соответству- Ы ющий вход которого подключен к выходу фор. мирователя эталонного временного интервала, соединенного своим входом со вторым входом четвертого элемента И и нулевым выходом вто рого триггера, соответствующий вход которого соединен через элемент задержки с первым входом четвертого элемента ИЛИ, пусковой клеммой устройства и сбросовым входом реверсивного счетчика, счетный вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, а знаковые входы "Сложение" и "Вычитание" подключены соответственно к единичному и нулевому выходам третьего триггера знака, единичный вход которого подключен к выходу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым входом второго элемента И и подключен ко второму выходу первого блока вычитания импульсов, третий выход которого подключен ко второму входу третьего элемента И и второму входу пятого элемента И, выход которого подключен к нулевому входу третьего триггера знака.

На фиг. 1 изображен временной график, поясняющий способ для измерен частоты; .на фиг. 2 — блок-схема устройства, реализующего этот способ, Сущность способа заключается в следующем.

Получают последовательность импульсов с частотой 1х(т — Т), сдвинутую по фазе на величину y = Т эталонного интервала времени относительно входной последовательности импульсов с частотой 1 (1).

После пуска в течение времен Т имеется только входная последовательность импульсов

f (t). 1ерез время Т формируется вторая последовательность импульсов f> (t — T), сдвинутая по фазе на вели птну Т относительно входной.

Для компенсации динамической погрешности осреднения в предлагаемом способе сначала формируют последовательность импульсов с частотой

Хд = Ъ1х(1) = fX(t) — Г„(т — Т), равной текущему приращению, частоты входной последовательности импульсов относительно сдвинутой. Затем формируют дополнительную последовательность импульсов с частотой

41з. Х }», af(t) равной алгебраической сумме входной частоты и половины разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов. Подсчитывают число импульсов второй дополш тельной после. довательности за время эталонного временного интервала Т, за который образуется числовой эквивалент постоянной части выходного кода

,()=S (р " )a = (s(i+ ®) = Й„(r)+ () Как видим, числовои эквивалент постояшюй части выходного кода компенсируют числом им883779 6 довательности импульсов, На выходе блока 3 т образуется модуль непрерывной разности импульсов входных последовательностей. Блок 3 вычитания импульсов может быть выполнен, нат 5 пример, из триггера с раздельными входами выходы которого подключены к элементам И, вторые входы которых соединены с входами триггера. В зависимости от знака приращения входной частоты на.выходах блока 3 формиру-.

10 ется сигнал Sing .Мх(т). Импульсы с выхода блока 3 делятся на два в триггере 8 со счетным входом, с выхода которого на вход блока 6 сдвига совпадающих импульсов поступают ь ® импульсы с частотои = — . В блоке 6

1 импульсы входной частоты f>(t) и импульсы последовательности, следующие с частотой f2, синхронизируются импульсами генератора 7 и сдв11Таются на полпериода частоты fp. С выхо20 дов блока 6 импульсы этих последовательностей поступают на входы элементов ИЛИ 17 и блока 4 вычитания импульсов. В элементе

ИЛИ 17 импульсы этих последовательностей сум2$ мируются и на выходе его образуется последовательность импульсов с частотой

Е 1 ()+ах(, Х

Устройство работает следующим образом.

С клеммы 22 устройства преобразуемая последовательность импульсов с частотой f< {t) поступает на вторые входы импульсов и на информационный вход регистра 2 сдвига. Регистр 2 сдвига выполняет роль цифровой ли. нии задержки поступающей на его информационный вход последовательности импульсов. Каждый импульс последовательности fy (t) поступаю ций на информационный вход регистра 2, сдвигается импульсами опорной частоты fp, поступающими на сдвигающий вход регистра 2 с выхода генератора 7. На выходе регистра 2 последовательность импульсов f (t) появляется с задержкой, равной Т = Np tp где N и — емкость регистра 2 сдвига; tp — период следования импульсов генератора 7. Входная и задержанная последовательности импульсов поступают на входы блока 5, который обеспечивает сдвиг совпадающих во времени импульсов, необходимый для нормальной работы блока 3 вып тания импульсов. Блок 5 сдвгпа совпадающих импульсов может быть построен на принципе синхронизации сдвинутыми на полпериода импульсами генератора 7 импульсов, пост;пающих на входы блока 5 последовательностей и может быть выполнен, например, из триггера, одновибратора, элементов И и НЕ. С выходов блока 5 на входы блока 3 вычитания импульсов поступают входная fy (t) и задержанная f (t — Т) послепульсов, пропорциональным половине приращения входной частоты за время Т, т.е. устраняю динамическую погрешность осреднения. И только затем полученный числовой эквив:.лент постоянной части Мх(Т) непрерывно корректирую числом импульсов первой дополнительной последовательности импульсов с учетом знака приращения входной частоты.

Процесс формирования выходного числового эквивалента в предложенном способе иллюстрируеткривая С (фиг. 1). 3а время Т изменение числового эквивалента постоянной части показано величиной N> „(т), которая в момент

/ окончания эталонного временного интервала до стигает величины N<(t), скомпенсированной по сравнению с известным способом величиной ьй (T)

1 пропорциональной половине приращения входной частоты за время Т. Затем выходной числовой эквивалент NÄ(t) изменяется

Х в соответствии с изменением входной частоты.

Устройство содержит реверсивньп1 счетчик 1, регистр 2 сдвига, блоки 3 и 4 вычитания импульсов, блоки 5 и 6 сдвига совпадающих импульсов, генератор 7 опорной частоты, триггеры 8 — 10, формирователь 11 этало шого времен ного интервала, элементы И 12 — 16, элементы

ИЛИ 17 — 20 и элемент 21 задержки, входные клеммы 22 и 23.

В блоке 4 импульсы этих последовательностей вычитаются и на выходе блока 4 образуется последовательность импульсов с частотой « ® х(>

4 Х

В зависимости от знака приращения входной част1эты Sing МХ(т) сигналом с вь.ходов блока 3 открывается элемент И 12 или И 13 и соответствующая последовательность импульсов с частотой fz или f< через элемент ИЛИ 18 поступает на вход элемента И 15, открытого на время Т, после пуска сигналом с выхода трйггера 10 управления. Импульсы с выхода элемента И 15 через элемент ИЛИ 19 поступают на счетный вход реверсивного счетчика 1.

II0 сигналу "Пуск", поступающему на вход устройства, обнуляется реверсивный счетчик 1, через элемент ИЛИ 20 триггер 9 знака устанавливается в единичное положение, а счетчик 1— в режим "Сложение". Через время, необходимое для окончания установки счетчика 1 в нулевое положение, пусковой сигнал через элемент

21 задержки поступает на нулевой вход тригге- ра управления, сигналом с соответствующего выхода которого открывается элемент И 15, через который импульсы с выхода элемента ИЛИ 18 поступают через элемент ИЛИ 19 на счетный вход счетчика 1, где они суммируются. Через. время Т на выходах разрядов счетчика.1 образуется код N (t) постоянной части числового эквивалента входной частоты. Благодаря тому, 383779 что числовой эквивалент постоянной части BbIходного кода скомпенсирован числом импульсов, пропорциональнтям половине приращения входной частоты за время Т, уменьшается динамическая погрешность преобразования. IIepepним фронтом сигнала с выхода триггера 10 запускается формирователь 11 эталонного временного интервала, на выходе которого формирует. ся импульс через время t = Т, которым триггер 10 устанавливается в единичное положение.

При этом сигналом с выхода триггера 10 открывается элемент И 14, через который на счетный вход счетчика 1 начинают поступать импульсы с частотой f„и получешгое значение числового эквивалента постоянной части МХ(Т) в счетчике 1 непрерывно корректируется в зависимости от приращения входной частоты, Числовой эквивалент на выходе счетчика 1 будет меняться. Направление изменения числа импульсов в счетчике

1 будет устанавливаться в зависимости от знака текущего приращения входной частоты с помощью сигналов с выходов блока 3, устанавливающих триггер 9 знака в соответствующее гюложение, меняющес направление счета в счетчике 1.

2. Устройство для измерения частоты, содержащее реверсивный счетчик, регистр сдвига, блок сдвига совпадающих импульсов и генератор опор: ной частоты; выход которого подключен к сдвиговому входу регистра сдвига и первому входу блока сдвига совпадающих импульсов, второй вход которого подключен к входной клемме устройства, а третий вход — к выходу регистра сдвига, информационный вход которого подключен к входной клемме устройства, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что в него введены два блока вычиташ я импульсов, второй блок сдзига совпадающих импульсов, три триггера, формирователь эталонного временного интервала, пять элемептов И, четыре элемента ИЛИ и элемент задер>я<и, причем выходы первого блока совпадения импульсов подключены к первому и второму вхоцам первого блока вычитания импульсов, информационньп выход которого подключен к первому входу первого элемента И и к счетному входу первого триггера, выход которого подключен к первому входу второго блока сдвига совпадающих импульсов, второй вход которого соединен с входной клеммой устройства, третий вход подключен к выходу генератора опорной частоты, а два выхода подБлагодаря совокушюсти новых операций данного способа и соответствснпо введештым блокам и связям между ними данного устройства по сравнению с известными теяшческнми решениями уменьшается динамическая погрешность осреднения, что позволяет повысить точность измерешля частоты следования импульсов для широкого класса функций изменения входного сигнала во в1земени.

Формула изобретения

1. Способ для измерения частоты, заключающийся в том, что формируют последовательность импульсов,сдзинутую по фазе относительно входной последовательности импульсов на эталонный временной интервал, и непрерывно под считывают число импульсов разности входной и сдвинутой последовательности, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности осреднения, формируют вторую дополнительную последовательность импульсов с частотой, равной алгебраической сумме частот входной и половины разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов, подсчитьгвают число импульсов дополнительной последовательности за время, равное эталоьшому временному интервалу сдвига по фазе, а затем полученное

° число импульсов непрерывно корректируют числом импульссв разности входной и сдвинутой последовательностей импульсов с учетом знака приращения входной частоты. ключены к двум вхоцам второго блока вычитания импульсов и соответственно первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, выход котороР

ro подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, первый вход которого подключен к выходу второго блока вычитания импульсов, выход второго элемента

ИЛИ подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу третьего элемента ИЛИ; второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, соединенного вторым входом с первым входом пятого элемента И и единичным выходом второго триггера, соответствующии вход которого подключен к выходу формирователя эталошгого временного интервала, соединенного своим входом со вторым входом четвертого элемента И и нулевым выходом второго тригrepa, соответствующий вход которого соединен через элемент задержки с первым входом четвертого элемента ИЛИ, пусковой клеммой устройства и сбросовым входом реверсивного счетчика, счетньш вход которого подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, а знаковые входы "Сложение" и "Вычитание" подключены соответственно к единичному и нулевому выходам третьего триггера знака, единичный вход которого подключен к выходу четвертого эле-мента ИЛИ второй вход которого соединен со

У вторым входом второго элемента И и подключен ко второму выходу первого блока вычи883779 тания импульсов, третий выход которого подключен ко второму входу третьего элемента И и второму входу пятого элемента И, выход ко.торого подключен к нулевому входу -.ретьего триггера знака.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Иовнцкий П. В. и дР. 1ЬфРовь® "Р ° ° м б,ры с о ы д аи Л Энер "я

1970, с. 341.

2. 1гирианвки H. В., Гайдучок Р. М. цифре вые измерения частотно-временных параметров вые изм сигналов. Львов, "Высшая школа", 9, с.

978 с. 93 (прототип) . 883779

° °

Составитель В. Новоселов

Редактор О. Половка Техред И, Асталош Корректор Н. Швыдкая

Заказ 30217/67 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

J)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4