Устройство для измерения частоты и сдвига фазы
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советск@к
Социалистических
Республик
«i>960651 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено 2М180 (21) 3008740/18-21
Р }М К з с присоединением заявки ¹â€”
G 01 R 23/02
G 01 R 2 3/10
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—
Опубликовано 239982. Бюллетень ¹ 35. (53} УДК 621. 317 °. 3 (088.8) Дата опубликования описания 23.09.82 (72) Автор изобретения
В.Э. Штейнберг (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ
И СДВИГА ФАЗЫ
Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано при разработке быстродействующих информационно-измерительных и управляющих систем, цифровых измерительных приборов и мультиме ров и т.п, Известно устройство для измерения частоты следования импульсов, принцип действия которого основан на вычитании из кода наибольшей измеряемой частоты импульсов, частота которых изменяется обратно пропорционально квадрату времени вычитания f13.
Недостатком его является ограниченная точность из-эа недостаточно строго соблюдения обратного закона, по которому должна изменяться частота вычитающих импульсов, а также ограниченные функциональные возможности вследствие невозможности измерения сдвига фазы.
Известно также устройство для измерения частоты и сдвига фазы, содержащее формирователь, связанный входом с первой входной шиной,. генератор опорной частоты, подключенный к .первым входам вентиля и ограничителя верхнего уровня, выход которого соединен со вторым входом вентиля, подсоединенного к одному входу первого умножителя, связанного выходом с первым входом счетчика и с входом первого делителя, подключенного через первый блок формирования коэффициентов умножения к другому входу первого умножителя, при этом второй вход и выход. счетчика связаны соответственно с третьим входной и первой выходной шинами (2). . Однако это устройство имеет низкую точность и ограниченные функциональные возможности.
Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей и повышение точности.
Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее формирователь, связанный входом с первой входной шиной, генератор опорной частоты, подключенный к первым входам вентиля и ограничителя верхнего уровня, выход которого соединен со вторым входом вентиля, подсоединенного к одному входу первого умножителя, связанного выходом с пер вым входом счетчика и с входом первого делителя, подключенного через
960651 первый блок формирования коэффициентов умножения к другому входу первого умножителя, при этом второй вход и выход счетчика связаны.соответственно с третьей входной и первой выходной шинами; снабжено блоком выделения разностного интервала времени, дополнительным счетчиком, блоком вентилей, сумматором, двумя дополнительными умножителями, вторым делителем, вторым блоком формирования коэффициентов умножения и дополнительным формирователем, подключенным своим входом ко второй входной шине, а выходом — к первому входу блока выделения разностного интервала, второй вход которого связан с выходом формирователя, с вторым входом ограничителя верхнего уровня и с третьим вхвдом вентиля, выход генератора опорной частоты подключен к третьему входу блока выделения разностного интервала, выход последнего соединен со входом дополнительного счетчика и с первым входом блока вентилей, выход дополнительного счетчика связан с управляющим входом первого дополнительного умножителя, к выходу которого подключены тактовый вход сумматора и вход второго делителя, связанного через второй вход формирования коэффициентов умножения с первым входом . второго дополнительного у множителя, второй вход которого подключен к выходу вентиля, а выход второго дополнительного умножителя соединен с другим входом первого дополнительного умножителя, причем, выход блока вентилей подключен к кодовому входу сумматора, четвертая входная и вторая выходная шины подключены соответственно ко второму входу блока вентилей и к выходу сумматора.
На фиг.1 приведена диаграмма, поясняющая работу устройства (а измеряемая частота, б — смещенная частота, в — разностный интервал времени, равный смещению начала периодов измеряемой и смещенной частот,.r - импульсы опорной частоты, д — изменение кода остатка — результата вычитания импульсов из кода наибольшей измеряемой частоты, проинтегрированного в раэностном интервале времени с частотой опорных импульсов, е — изменение кода остатка результата вычитания импульсов из кода наибольшей измеряемой частоты, ж — период измеряемой частоты); на фиг.2 представлена схема устройст
Устройство содержит формирователи 1 и 2 входных сигналов; генератор 3 опорной частоты; блок 4 выделения разностного интервала (времени ), вентиль 5, счетчик 6, блок 7 венти1 лей, сумматор 8 кодов, счетчик 9 вы-> читающий, умножители 10-12, делите- ли 13 и 14 с фиксированным коэффициентом блоки 15 и 16 формирования коэффициентов умножения, ограничи
5 тель 17 верхнего уровня, причем вход формирователя 1 подключен к входной шине 18 ввода измеряемой частоты, а выход - к первому входу блока 4, к первому входу вентиля 5
)0 и к первому входу ограничителя 17.
Вход формирователя 2 подкючен к входной шине 19 ввода смешанной частоты, -а выход — ко второму входу блока 4, выход которого связан со входами счетчика 6 и блока 7 вентилей.
Выход генератора 3 подключен к третьему входу блока 4, ко второму входу вентиля 5 и ко второму входу ограничителя 17, выход которого подключен к третьему входу вентиля 5, выход которого соединен со входами умножителей 10 и 11. Выход умножителя 10 соединен со входом умножителя 12, кодовые входы которого подключены к выходам счетчика 6, а выход связан со входами делителя 13 и сумматора 8 кодов, кодовые входы которого подключены к выходам блока 7 вентилей, связанного с входной шиной 20, на кодовых входах которых установлен код наибольшей измеряемой частоты. Выход делителя 13 соединен со входом блока 15. Выход умножителя 11 соединен со входами счетчика 9, подключенного к входной шине 21, и делителя 14, выход которого подключен ко входу блока 16, сумматор 8 связан с входной шиной 22, а счетчик 9 — с выходной шиной 23.
Устройство работает следующим образом.
Выделяется разностный интервал времени (фиг. 1, в), соответствующий смещению начала, например i периода измеряемой частоты (фиг.1, а), и начала i периода смещенной частоты (фиг.1, б) . В разностном интервале ьс времени интегрируют импульсы опорной частоты и код наибольшей измеряемой частоты с частотой опорных импульсов, в результате чего в момент окончания раэностного интервала времени фиксируют два результата интегрирования соответственно
gtFo и ЬсЕОГ"„, „„..С начала следующего (i + 1) периода осуществляют отсчет интервала времени, равного периоду наибольшей измеряемой частоты (фиг. 1, ж), с момента окончания которого осуществляют следующие операции. Из кода наибольшей измеряемой частоты вычитают импульсы, которые формируют путем умножения опорной частоты на число, равное разности квадрата и первой степени
960651
n — число вычитающих импульсов, поделенное с постоянным коэффициентом, или равное
dF.
В момент окончания периода T
5 измеряемой частоты фиксируют код остатка F мой частоте. Процесс измерения кода остатка в течение периода (фиг.1,е) поясняется следующим численным npuf 0 мером, 3 4 5 (m - и) - (а - (и) 1
Fm
Fo
Г т где m
Fo Kn»
Гк = 1000 900 800 700
Т„ = 1250 1428
dF = 100
600 500 Гц
1666 2000 мкс
90 72 .56
100 Т00 100
ТО О
30 20
100 100
Т п1 и
m = 10 мкс
178, 238 333 и, кроме того, умножают на код, рав-. ный результату интегрирования импульсов опорной частоты в разностном интервале времени (фиг.1, д)
4,» = t, Г Г » - Г (-и) - (а-и)
2 х=д o п х о д . Fo
К
»
К
35 т.е. в момент окончания периода Т„ (фиг. 1, ж) фиксируется код остатка, равный сдвигу фазы между измеряемой и смещенной частоты в i пе- риоде.
Блок 4 осуществляет выделение ин45 тервала времени dt и заполнение его импульсами опорной частоты с выхода генератора 3 при поступлении на его входы сигналов с выходов формирователей 1 и 2. В течение раэностного интервала времени счетчик 6 интегрирует импульсы опорной частоты, а сумматор 8 интегрирует код наибольшей измеряемой частоты с частотой опорных импульсов, поступающей на разрешающий вход блока 7. В течение следующего (i + 1) периода сигнал с выхода формирователя 1 запускает ограничитель 17, в результате чего разрешающий сигнал на выход
60 ограничителя 17 поступит по окончании отсчета интервала времени Т,„;„, . соответствующего наибольшей измеряемой частоте,. и откроет вентиль 5.
С этого момента времени на входы умножителей 10 и 11 поступает опорная
6S частота, а коэффициенты умножения разности постоянного числа и числа вычитающих импульсов, поделенных с постоянным коэффициентом (фиг.1,е) постоянное число, равное
Г AF
О 1 2 дТ; = 111 139
При опорной частоте 1 мГц на первом участке отсчета числа дF = 100 благодаря умножению III микросекундных импульсов на коэффициент 90/100
-сформируется как раз 100 вычитающих импульсов, после чего осуществляется изменение коэффициента K„ умножения в соответствии с выражением (1), на ктором участке на 139 микросекундных импульсов сформируется также
100 вычитающих импульсов и т.д, Так ,как изменение коэффициентов умножения осуществляется с отсчетом по оси частот, или по вертикали, то, очевидно, имеет место кусочно-линейная аппроксимация закона, связывающего период и частоту с шагом квантования по вертикали, т.е. на наболее крутом участке кривой располагается как раз наибольшее число изломов,.что ведет к уменьшению погрешности аппроксимации в сравнении с шагом квантования по оси времени. Благодаря же тому, что коэффициент умножения (1) включает, кроме квадрата, также и первую степень переменного числа, в каждый момент отсчета принятого постоянного числа вычитающих импульсов значение кода остатка соответствует интервалу времени, складывающемуся из интервала Т и и времени вычитания дТ;, и связан с ним обрат.ной зависимостью. В момент окончания интервала- времени из кода, равного результату ин. тегрирования кода наибольшей измеряемой частоты с частотой опорных импульсов, вычитают импульсы, которые формируют вышеописанным методом, dt - Fo(F raaw - FoKn) = dt- Гх
960651 на кодовых входах упомянутых блоком на первом участке равны
10 ., m - n 1
10 10 (>) m - п
10 и подаются с кодовых выходов блоков 15 и 16 .
Суммарное произведение указанных коэффициентов умножения тождественно выражению (1)
m - n - 1 m - n. (m-n) -(m-n)
m m lll m
Формула изобретения
Устройство для измерения частоты и сдвига фазы, содержащее Формирователь, связанный входом с первой входной шиной, генератор:опорной частоты, подключенный к первым входам вентиля и ограничитель верхнеа их реализация обеспечивается, например, двоично-десятичным умножителем. Импульсы с выхода умножителя 11 поступают на вход делителя 14-с фиксированным коэффициентом и на вход вычитающего счетчика 9, а импульсы с выхода умножителя.10 сначала умножаются на число at-F< с помощью умножителя 12, а затем йоступают на вход делителя 13 с фиксированным коэффициентом деления и на вход вычитания единицы сумматора 8.:По мере отсчета чисел д и>
При необходимости устройство может быть выполнено двухканальным и отрабатывать измерение обоих параметров в следующем режиме.
Устройство обеспечивает более высокую точность эа счет исключения методической погрешности, и также более широкие Функциональные возможности благодаря измерению фазы с использованием одного и того же принципа нелинейного кодирования периода. го уровня, выход которого соединен со вторым входом вентиля, подсоединенного к одному входу первого умножителя, связанного вьыодом с первым входом счетчика и с входом первого делителя, подключенного через первый блок формирования коэффициен-, ma умножения к другому входу первого умножителя, при этом второй вход и выход счетчика связаны соот10 ветственно с.третьей входной и первой выходной шинами, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей и повышения точности,.оно снабжено блоком выделения разностного интервала времени, дополнительным счетчиком, блоком вентилей, сумматором, двумя дополнительными умножителямиg вторым делителем, вторым блоком фор20 мирования коэффициентов умнбжения и дополнительным формирователем, под— ключенным своим входом ко второй входной шине, а выходом — к первому вхо ду блока выделения разностного инg5 тервала, второй вход которого связан с выходом формирователя, с вторым входом ограничителя верхнегоуровня и с третьим входом вентиля, выход генератора опорной частоты подключен к третьему входу блока выделения разностного интервала, выход последнего соединен со входом дополнительного счетчика и с первым входом блока вентилей, выход .дополнительного счетчика связан с управляюЗ щим входом первого дополнительного умножителя, к выходу которого подключены тактовый вход сумматора и вход второго делителя, связанного через второй блок формирования коэффициентов
46 умножения с первым входом второго дополнительного умножителя, второй вход которого подключен к выходу вентиля, а выход второго дополнительного умножителя соединен с другим вхо45 дом первого дополнительного умножителя, причем выход блока вентилей подключен к кодовому входу сумматора, четвертая входная и вторая выходная шины подключены соответствену но ко второму входу блока вентилей и к выходу сумматора .
Источники информации принятые во внимание при экспертизе у 1. Авторское свидетельство СССР
Р 370536, кл. G 01 R 23/02, 1973.
2. Авторское свидетельство СССР
Ф 370535;кл. G 01 R 23/02,1973 (прототип).
960651
Fx
Составитель О. Кибовская
Редактор Н. Пушненкова Техред N. Коштура K pp о екто .О. Макаренко
Закаэ 7255/51 Тираж 71,7 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытйй
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная,. 4