Устройство для измерения низких частот

Устройство для измерения низких частот

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 02 ° 03. 81 (21) 3253290/18-21 {$1) М. КП. с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

G 01 R 23/10

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открйтий

Опубликовано 15.10.82. Бюллетень ¹ 38 ($3) УДК 621. 317 ° 7 (088.8) Дата опубликования описания 15.10.82 (72) Авторы изобретения

Р.В.Коровин и И.И.Ковтун (7! ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКИХ ЧАСТОТ

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может найти применение для точного ускоренного измерения сигналов низкой и инфракрасной частоты с представлением результата измерения в единицах частоты.

Известно устройство для измерения частот, содержащее генератор опорной частоты, формирователь, ключ, счетчик импульсов, цифровое отсчетное устройство (1).

Недостатком этого устройства является низкое быстродействие,обуслов.ленное необходимостью вычисления результата измерения в цифровом отсчетном устройстве после выполнения измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является низкочастотный цифровой частотомер, содержащий формирователь,генератор опорной частоты, счетчики, управляемый делитель частоты (2).

Измерение частоты в этом частотоме- 25 ре основано на квантовании периода измеряемой частоты с последующим делением постоянного числа на результат квантования периода. При этом измерении результат получают только 30 после длительного промежутка времени преобразования

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается, тем что в устройство дЛя измерения низких. часТот, содержащее формирователь периода, генератор опорной частоты, управляемый делитель частоты, первый и второй счетчики, и счетчик результата, введены блок сравнения кодов, коммутатор, элемент ИЛИ, блок вентйлей, блок управления, триггер, пер,вый и второй элементы И,,причем вход формирователя периода соединен с входной щиной устройства, а выход - с первыми входами блока управления и первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и первым входом второго элемента И, а. выход первого элемента И подключен к входу первого счетчика, выходы которого. соединены с первыми входами блока сравнения кодов, вторые входы которого подключены к первым выходам второго счетчика, а выход блока сравнения кодов соединен с первыми входами коммута тора и элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому -выходу

966618

65 блока управления, а выход эЛЕМЕнта

ИПИ соединен с первцм входом второго счетчика, второй вход которого соединен с первым входом управляемого делителя частоты и выходом второго элемента И, а вторые выходы второго 5 счетчика соединены с первыми входами блока вентилей, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления и второму входу коммутатора, а выходы блока вентилей соединены с вторыми входами управляемого делителя частоты, третий вход которого (подключен к третьему выходу блока управления, а выход управляемого де1лителя частоты соединен с первым входом триггера и вторым входом блока управления, четвертый выход которого подключен к второму входу триггера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, первый, второй и третий выходы ком- . мутатора подключены соответственно к первой, второй и третьей декадам счетчика результата.

Измерение частоты устройством основано на квантовании периода измеряемой частоты с последующим делением некоторого постоянного числа - делимого 44> на результат квантования периода, в котором осуществляют ряд давлений, при этом в ка- З0 честве .первого (i 1) числа -„ делимого используют число и = 10 и где и -равно целому числу, а в ка честве последующих (i = 2,3,4,...) чисел-делимых используют умноженный 35 на 10 остаток от предыдущего деления, причем общим результатом измерения сЧитают ряд чисел NpÄ, где

Np„ — целочисленный результат i-ro деления. 40

Весь процесс от начала измерения до момента получения результата в устройстве осуществляют эа время, . существенно меньшее чем у известного устройства. Точность при этом 45 остается такой же, как при измерении частоты в известном устройстве.

На чертеже изображена структурная схема устройства.

Устройство содержит Формирователь 50

1 периода, генератор 2 опорной частоты, управляемый делитель 3 частоты первый и второй счетчики 4 и 5, первую, вторую и третью декады 6-8 счетчика результата, первый и второй элементы 9 и 10 И, элемент 11 ИЛИ, блок

12 сравнения кодов, блок 13 вентилей, коммутатор 14, триггер 15 и блок 16 управления..

Для получения результата измерения низкой частоты с индикацией результата в единицах частоты в известном устройстве необходима длительность

Т„„цполного измерительного интервала

"л х+ ».

Время измерения превышает длительность одного или нескольких (и„ ) периодов Тк на величину времени преобразования Т», величина которого достаточно большая. Время преобразования в известном устройстве йспользуется не вполне рационально, так как, например 0,1 Tnpèñnoëüçóåòñÿ для получения информаций а всех значащих цифрах результата подсчета импульсов, кроме последней, а для получения информации о последнем знаке результата необходимо затратить

019 Тпг Аналогично для получения информации о всех значащих цифрах результата, кроме двух последних значащих цифр, необходимо затратить вре0.01тпро всех значащих цифрах результата, кроме трех последних значащих цифр 0,001 Т„, и т.д.

На основе этих рассуждений предлагается раздельно определять- значащие цифры результата, давая возможность существенно сократить время преобразования, а следовательно, получение окончательного результата.

Предположим, что необходимо измерить частоту 1, = 968,4477 Гц,при этом период измеряемой частоты f< равен T> = 1032,5802 мкс, частота следовайия тактовых импульсов f = т

100 МГц (Т- = 0,01 мкс). Для определения укаэанной частоты с отно-5 сительной погрешностью Ь f = b.f>/ f = 10 постоянное число и = О. . ю.

В известном устройстве при частоте тактовых импульсов f 100 МГц и периоде Т. = 1032,5802 мкс в каждый временной интервал Т укладывается и = 103258 периодов тактовых импульсов, так как N = Т /Тт=1032,5802 .0,01=

103258,0? <10 мкс). Тогда число импульсов и пропорциональных частоте

fõ за временной интервал Т„, будет

96844, так как N ..= =N /N =10 : 103258=

96844,79 °

Время преобразования в известном уст ойстве будет T N /f = 10: 100" .10 = 100 с, что, в осйовном, определяет время изменения.

Для определения измеряемой частоты в предлагаемом устройстве прежде всего как и в известном формируют временный интервал, равный периоду измеряемой частоты, и определяют число импульсов

N., соответствующих периоду Ту,. т

Поскольку процесс квантования периода производится сигналами от генератора тактовых импульсов с периодом

T = 0,01 мкс, то результат квантованйя и - "103258. . Первый результат деления в предлагаемом устройстве производят посредством деления на N> не числа 10 как в известном устройстве, а числа и = Н.1(Г = 10: 10 =. 10 при и = 4. ъ

Тогда чиСло, и g пропорциональное частоте Гч, будет и „= N,/N =-10 :

966618

Номер

j -ro деления

Время 1 -ra деления, с

Остаток от 1-ro деления

М

N " N .т ñÐ

Еы NT

Делимое

10

1000000 9,6844796

706780. 6,8447965

929322

7 10

8,7 10 3

4,6. 10

619548

826064

419032, 413032 .

722806

929322

8,447965

4,479459

872320

462540

4,9 -10

495080 4,794592

8,2 10

9, 7 ° 10 "3

6,7- 10"

6,1. 10

7,945921

9,459218

4,592186

5,921865

820480

976740

413032 61148

516290 . 94190

611480

103258 = 9,684976. Иэ этого числа в результате фиксируется целая em часть, т.е. 9, а остаток используется для формирования второго числа— делимого. Время преобразования первого временного интервала Т„ нв 5

10: 10 = 10 с..Второе чйсло - деВ Пр р лимое формируют .как умноженная на 10 разность между первым делимым и произведением результата деления на число N 10

N =(N -И -N )-10=(10 - 9.103258) ° 10 4 Хл т

706780.. Второй цикл преобразования пРоис- 15 ходит как и в первом случае, т.е. опПроцесс преобразования заканчивают автоматически на i — îì цикле, макси- 45 мальное значение которого определяется допустимой погрешностью измерения частоты. Для выбранного примера с ь1 10 i 5.

Результат измерения формируется следующим образом.

Целочисленные результаты отдельных делений при первом (i 1) цикле деления Н „= 9, при втором i = 2 цикле

N< = б, гри третьем i = 3 М = 8 и т.д. составляют ряд.

Ряд N . дает ..исло 96844..., что

1 соответствует коду частоты f .Децимальная точка (запятая в десятичном выражении значения частоты) может устанавливаться автоматически, исходя иэ выбранного порядка числа Й9, значения и и частоты заполнения при измерении длительности периода.

При выбранных значениях И результат определения измеряемой час- 6$ ределяют число И, пропорциональн ое частоте f )(, и = 5l /N = 706780

103258 = 6,84479С5, время преобразования второго временного интервала Т„, Т„В N / f = 706780/10 7 10 с. в

Ъ

Целую часть результата и (т.е. 6) фиксируют для общего результата, а остаток используют для формирования третьего числа — делимого.

В дальнейшем процессы повторяются, (но только со своими численными зна чениями, которые сведены в таблицу.

70678

87232

46254

49508

82048

97674

47418 тоти будет f„ = 968,44, что в свою очередь равно f = —" = 1 :1032,5802 мкс=

968,44777 Гц. Как видно из расчетов Г.„= Ò и определение f в предлагаемом устройстве получен тот же результат.

Нетрудно оценить. выигрыш во времени, получаемый при работе устройства.

Общая длительность процесса вычисления Т составляет сумму временных затрат в каждом i-oM цикле и при

5-ти циклах составляет Т = (10 +

+ 7 + 8,7 + 4,6 + 4,9)-10 = 2,52. 10 с.

Выигрыш во времени при этом (Т„/Т

100 : 0,0352 = 2841) составляет более чем 2800 раз.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом.

В исходном состоянии первый и второй счетчики 4 и 5, а также первая, вторая и третья декады 6-8 счетчика результата обнулены. Первый и второй

966618 раз больше кода остатка второго счетчика 5 (для этого достаточно двоично-десятичный код первой декады второго счетчика 5 передать на вторые входы второй декады управляемого делителя 3, код второй декады второго счетчика 5 передать на вторые входы третьей декады управляемого делителя 3 и т.д.) . После этого блок

16 управления через элемент 11 ИЛИ

1О сбрасывает второй счетчик 5. в нуль, а сигналом .на триггер 15 открывает второй элемент 10 И и начинает второй цикл преобразования — деления (числа Я9 = 10 (Й,- и .Й,, ) на код Мт пе15 риода измеряемой частоты.

20 формула изобретения

45 нения кодов, вторые входы которого подключены к первым выходам второго

69

65 элемент 9 и 10 И заперты соответствующими напряжениями с выходов формирователя 1 периода и триггера 15.

Остальные элементы схемы готовы к работе.

Работа устройства происходит в два этапа — этап измерения и этап преобразования.

Процесс измерения начинается с момента поступления на вход формирователя 1 периода напряжения измеряемой частоты. Формирователь 1 образует временной интервал, равный периоду измеряемой частоты и готовит к работе блок 16 управления. Одновременно на время Г открывается первый элемент И

9 и с генератора 2 опорной частоты на первый счетчик 4 поступает Й импульсов. Процесс преобразования начинается по окончании временного интервала Т„ . Блок 16 управления вводит в управляемый делитель 3 частоты код, соответствующий числу Я „. Это число становится коэффициентом деления управляемого делителя 3. .После установки коэффициента деления в управляемом делителе 3 .блок 16 управле ния переводит триггер 15 s состояние когда на ego выходе присутствует высокий потенциал, открывающий второй элемент 10 И; второй счетчик 5 и управляемый делитель 3 частоты начинают заполняться импульсами тактовой частоты. В момент совпадения кодов первого и второго счетчиков 4 и 5 блок 12 оравнения кодов вырабатывает сигнал, который -через коммутатор 14 поступает на первую счетную декаду 6 и через элемент ИЛИ на первый установочный вход второ. го счетчика 5.

Таким образом, в первую декаду 6 счетчика результата записывается код числа И, второй .счетчик 5 после

1 каждого срабатывания схемы сравнения кодов начинает счет с нуля. После того, как на управляемый делитель

З.частоты поступит число импульсов равное Й „, он срабатывает и на его выходе появляется импульс, поступающий иа триггер 15 и блок 16 управления. Триггер 15 перебрасывается и запирает второй элемент 10 И. Блок

16 управления. вырабатывает сигнал, поступающий на.коммутатор 14, кото" рый под воздействием этого сигнала отключает от своего сигнального вхо» да первую декаду 6 и подключает к нему вход второй декады 7. Кроме того, этот же сигнал с блока 16 управления поступает на блок 13 вентилей, который открывается и переносит код остатка от первого деления из второго счетчика 5 на второй вход управляемого делителя 3, но таким образом, чтсбы коэффициент деления управляемого делителя 3 был в 10

/

В дальнейшем устройство работаЕт аналогично до тех пор, пока не будут заполнены все младшие декады счетчика результата.

Устройство для измерения низких частот, содержащее формирователь периода,генератор опорной частоты,управляемый делитель частоты, первый и второй счетчики и счетчик резуль тата, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок сравнения кодов, коммутатор, элемент ИЛИ, блок вентилей, блок управления, триггер первый и второй элементы И, причем вход формирователя периода соединен с входной шиной устройства, а выход - с первыми входами блока управления и первого элемента И,второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и первым входом второго элемента И, а выход первого элемента И подключен к входу первого счетчика, выходы которого соединены с первыми входами блока сравсчетчика, а выход блока сравнения кодов соединен с первыми входами коммутатора и элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к первому выходу блока управления, а выход элемента

ИЛИ соединен с первым входом второго счетчика, второй вход которого соеди нен с.первым входом управляемого делителя частоты и выходом второго элемента И, а вторые выходы второго счетчика соединены с первыми входами блока вентилей, второй вход которого подключен к второму выходу блока уп« равления и второму входу.коммутатора, а выходы .блока вентилей соединены с вторыми входами управляемого делителя частоты, третий вход которого подключен к третьему выходу блока управления, а выход управляемого делителя частоты соединен с первым

966618

ВНИИПИ Заказ 7837/63 Тираж 717 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Проектная,4 входом триггера и вторым входом блока управления, четвертый выход которого подключен к второму входу триг- гера, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, первый второй и третий выходы коммутатора 5 подключены соответственно к первой второй.и третьей-декадам счетчика результата.

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев. Вища школа, 1973, с. 404-406.

2. Авторское свидетельство СССР

9 359604, кл. G 01 R 23/10, 1972 (прототип) .