Устройство для измерения отношения частот Советский патент 1984 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено дл измерения отношения двух частот. Известно устройство для измерени отношения частот, содержащее, програ мный блок, входные формирователи импульсов, кварцевый генератор, вре менные селекторы, формирователи вре .менних интервалов, умножители часто ты, блок , счетчик импульсов, индикатор и регистрирующее устройст во, процесс измерения в котором заключается в подсчете числа импульсо частоты F1 , попадающих в интервал, пропорциональный десяти периодам частоты F2 С1Д. Недостатком данного устройства является невысокое быстродействие, особенно в области низких и инфрани ких частот. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения отношения частот, содержащее делитель частоты и накопительный счетчик, причем пер вый вход делителя частоты связан с его выходом и входом накопительного счетчика, последовательно соединенные генератор образцовой частоты, блок управления и блок запоминания, последовательно соединенные первый частотный датчик и преобразователь периода в код, второй частотный дат чик, выход которого соединен с вторым входом блока управления, второй выход последнего подключен k второму входу делителя частоты, третий выход блока управления соединен с третьим входом делителя частоты и с вторым входом накопительного счетчи ка, выход которого соединен с вторым входом блока запоминания, а выход преобразователя периода в код подключен к четвертому входу делите ля частоты. Процесс измерения отношения заключается в измерении периода Т ча тоты первого частотного датчика с помощью преобразования периода в код и последующем делении число-импульсного кода периода Т2 частоты Второго частотного датчика на код, хранящийся в регистре преобразовате ля периода в код, в течение интерва ла Tj C2J. Результат измерения подсчитывает ся накопительным счетчиком.в соответствии с Формулой где К - коэффициент пропорциональности между кодом, сформированным в преобразователе периода в код. и периодом первого частотного датчика fp - частота генератора образцовой частоты. Недостатком известного устройства является невысокая точность при измерении отношений частот близких к единице, так как коэффициент пропорциональности К о/ трудно сделать достаточно большим, потому что верхний предел ffl ограничен быстродействием элементной базы; а нижний предел К - необходимой точностью при измерении периода TI первого частотного датчика, обеспечивая заданную точность в узком диапазоне изменения измеряемых частот. Цель изобретения - расширение диапазона частот при сохранении точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения отношения частот, содержащее последовательно соединенные генератор образцовой частоты, блок управления и запоминающее устройство, а также первый частотный датчик, пре- . образователь периода частоты в двоичный код, информационные выходы которого соединены с первыми входами регистра хранения кода, информационные выходы которого подключены к информационным входам первого делителя частоты, выход которого подключен ,к его входу управления переписью кода, второй частотный датчик, выход которого соединенс вторым входом блока упоавления, втооой вы-, ход последнего подключен к второму входу первого делителя частоты, третий выход блока управления соединен с третьим входом первого делите-ля частоты и с первым входом накопительного счетчика, выход которого соединен с вторым входом запоминающего устройства, четвертый выход бло.ка управления соединен с первым входом преобразователя периода частоты в двоичный код. введены второй делитель частоты, элемент ИЛИ, ступенчатый делитель частоты, коммутатор , формирователь импульсов и счетчик номера интервала, причем второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с первым и вторым входами второго делителя частоты, выход которого связан с вторым входом накопительного счетчика и с первым входом элемента ИЛИ, второй вход КОТОРОГО соединен с выходом первого делителя частоты, а выход элемента ИЛИ подключен к входу управления переписью кода второго делителя частоты, информационные входы которого соединены с инлормационными выходами m старших разрядов п-разрядного регистра хранения кода, выход первого частотного датчика соединен с входом ступенчатого делителя частоты, выходы которого подключены к сигнальным входам коммутатора, выход которого подключен к входу формирователя импульсов и к второму входу преобразователя периода частота в двоичный код, выход котор го соединен с третьим входом блока управления, пятый выход которого подключен К- третьему входу запомина ющего устройства и к входу управления переписью регистра хранения кода, а шестой выход соединен с входо обнуления преобразователя периода частоты в двоичный код, входом обнуления ступенчатого делителя часто ты и входом обнуления счетчика но-, мера интервала, выходы которого под соединены к четвертому входу запоми нающего устройства и управляющему входу коммутатора, выход формирователя импульсов связан с четвертым входом блока управления, седьмой вы ход которого подключен к входу счет чика номера интервала. Сущность изобретения заключается в разбиении частотного диапазона первого частотного датчика на ряд поддиапазонов таким образом, что . верхняя граничная частота каждого поддиапазона в два раза вьше нижней граничной частоты. Заполнение импульсами опорной частоты f счетчика преобразователя периода в код осуществляется в течение одного периода частоты f первого частотного датчика для первого частотного инте вала, в течение двух периодов частоты для второго интервала,, в течение четырех периодов - для трет его интервала,..., в течение 2 п риодов - для i-ro интервала. Кроме того, вводится дополнитель ный делитель для изменения алгоритм деления число-импульсного кода пери ода Т частоты второго частотного датчика На код, хранящийся в регист ре хранения кода. На фиг,1 представлена схема устройства: на фиг.2 - схема блока управления. Устройство содержит преобразователь 1 периода частоты в двоичный код, регистр 2 хранения кода, первы частотный датчик 3, второй частотны датчик 4, генератор 5 Образцовой частоты, блок б управления, первый делитель 7 частоты, накопительный счетчик 8, запомингиощее устройство 9, второй делитель 10 частоты, элемент ИЛИ 11, ступенчатый делитель 1 частоты, коммутатор 13, формиров атель 14 импульсов, счетчик 15 номера интервала.: На фиг,1 и 2 обозначены выходы 16-22 блока 6 управления и его вхо,5i 23-24., Блок б управления (фиг.2) содёржит Формирователь 25, элемент ИЛИ 2 элемент 27 задержки, формирователи |28 и 29, элементы И 30, делитель 31V частоты, ключ 32, элемент НЕ 33, ключ 34, элемент 35 задержки, элемент ИЛИ 36. .. В устройстве для измерения отношения частот информационные выходы преобразователя 1 соединены с информационными входами регистра 2 хранения кода первый вход блока б управления соединен с выходом генератора 5 образцовой частоты, второй вход соединен с выходом второго частотного датчика 4, третий вход 23 связан с выходом преобразователя 1 периода частоты в двоичный код, четвертый выход 19 - с первым входом преобразователя 1 периода частоты в двоичный код, информационные входы делителя 7 частоты соединены с информационными выходами регистра 2 хранения кода, выход накопительного счетчика 8 связан с вторым входом запоминающего устройства 9, первый вход которого соединен с первым выходом 18 блока б управления, второй выход 16 блока б управления связан с вторым входом делителя 7 частоты и первым входом второго делителя 10 частоты, третий выход 17 блока 6 управления соединен с третьим входом делителя 10 частоты, пятый выход 20 блока б управления подключенк третьему входу запоминающего устройства и к входу управления переписью кода регистра 2 хранения кода, информационные выходы m старших разрядов которого связаны с информационными входами делителя 10 частоты, выход которого подключен к второму входу накопительного счетчика 8 и первому входу элемента 11 ИЛИ, вто рой вход которого связан с выходом делителя 7 частоты и его входом управления переписью кода, выход элемента 11 ИЛИ подключен к входу управления переписью кода второго делителя 10 частоты, выход накопительного счетчика 8 подключен к втог рому входу запоминающего устройства, выход первого частотного датчика 3 связан с входом ступенчатого делителя 12 частоты, выходы которого подключенй к сигнальным входам коммутатора 13, выход которого соединен с входом формирователя 14 импульсов и вторым входом преобразователя 1 периода частоты в двоичный код, выход формирователя 14 импульсов связан с четвертым входом 24 блока б управления, шестой выход 22 которого соединен с входами обнуления преобразователя 1 периода частоты в двоичный код, ступенчатого делителя 12 частоты и счетчика 15 номера интервала, выход которого подключен к управляющему вхс5ду коммутатора 13 и четвертоглу входу запоминающего устройства 9. а .вход счетчика 15 номера интервала связан с седьмым выходом 21 блока б управления.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент после подачи команды Старт блок 6 управления с выхода 17 выдает команду установки нулевое состояние делителей 7 и 10 частоты и накопительного счетчика 8, а также команду с выхода 22 для установки в нулевое положение ступенчатого делителя 12 частоты, счетчика 15 номера интервала и преобразователя 1 периода частоты в двоичный код. Ступенчатый делитель 12 частоты состоит из к-1 триггеров, на выходах которых наблюдаются

.ж: пульсы с периодом 2Т,,. 4

и длительностью соответственно Т

tf-in

2Т ..... 2Т . Начало всех импульсов синхронизировано во времени, При поступлении первого импульса чатоты f с выхода первого частотного датчика 3 на вход ступенчатого делителя 12 частоты его выходные сигналы переходят из нулевого уровня в единичный. Сигнал-с первого выхода ступенчатого делителя 12-частоты через коммутатор 13 поступает на вход .преобразователя 1 периода частоты в двоичный код. разрешая счет импульсЬв частоты (д, поступающих с выхода 19 блока 6 управления. Коммутатор 13 подключает на вход преобразователя1 периода частоты в двоичный код тот из его сигнальны входов, соединенных с соответствующим выходом ступенчатого делителя 12 частоты, который соответствует состоянию счетчика 15 номера, интервсша, т.е. при нахождении счетчика 15 в нулевом состоянии на выход коммутатора подается сигнал с его первого входа.

Число К/ определяющее число поддиапазонов частоты 2 находят из выражения

k-l enikjf) L min и

где ,1,- максимальная и минимальная частоты датчика 3.

При поступлении второго импульса частоты ., на ступенчатый делитель 12 частоты на его первом выходе сигнал переходит из состояния 1 в состояние О, который проходит н§ выход коммутатора 13 и далее на формирователь 14 импульсов. Формирователь, 14 импульсов формирует по заднему фронту входного импульса короткий импульс, который поступает на вход 24 блока б управления, сигнализируя об окончании первого измерительного интервала.

На вход 23 блока 6 управления пбр ступает сигнал с преобразователя I периода частоты в двоичный код о состоянии разрядов преобразователя 1. Если число, набранное к этому времени в счетчике преобразователя 1

то блок 6 управления подает

1min

С выхода 21 импульс на счетчик 15 0 номера интервала, прибавляя единицу к содержимому счетчика 15. Выходной сигнал счетчика 15 поступает на управляющий вход коммутатора 13, который подключает к входу преобразо5 вателя 1 периода частоты в двоичный код второй выход ступенчатого делителя 12 частоты, поддерживая единичный уровень выходного сигнала коммутатора 13 еще в течение одного пери0 ода частоты f. Импульсы частотой f будут поступать на вход преобразователя 1 периода частоты в двоичный код с выхода 19 блока б управления в течение еще одного периода часто5 ты f, .

При поступлении третьего импульса частоты на вход ступенчатого делителя 12 частоты на выходе коммутатора 13, соединенном с вторым вы0 ходом ступенчатого делителя 12 частоты, сигнал переходит из состояния 1 в О. Формирователь 14 импульсов выдает на вход 24 блока б управления короткий импульс, сигнализиру5 квдий об окончании второго измери-г тельного интервала. На вход 23 блот ка б управления поступает сигнал с преобразователя 1 периода частоты в двоичный код о состоянии разрядов преобразователя 1. Если код. набранный к времени в преобразова о.

т:о к

этом случае 21

теле 1. и в

llnin

содержимому счетчика 15 номеоя интервала прибавляется еще единица, и импульсы опорной частоты продолжают поступать на вход преобразователя 1 частоты периода в двоичный код еще в течение 2 периодов Т.,.

Работа устройства продолжается аналогично до тех пор. пока после окончания 1-го интервала код. зафиксированный в преобразователе 1. периода частоты в двоичный код. буч дет соответствовать неравенству

М . , .- .тогда после перехода вы -imin :у

ходного сигнала коквиутатора 13 из единичного состояния в нулевое преобразователь 1 периода частоты в двоичный код прекращает счет импульсов частоты foi с выхода 19 блока б управления. а блок б управления вьшает с выхода 20 команду на 5 вход управления переписи регистра На входы блока б управления посту-50 пают импульсы f от генератора 5 образцовой частоты, на основании которых блок 6 управления вырабатывает опорные частоты и и импульсы частоты f2 - второгочастот55 ного датчика 4. При поступлении первого импульса частоты f, после того; как в регистре 2 хранения кода записан код периода 60 частоты -f/f f° ( 2 - с выхода .. 1 1 1 . 1€ блока 6 управления поступают импульсы частоты „2 на вычитающие входы делителей 7 и 10 частоты. Делитель 10 частоты имеет разрядность m(, ..-«.2«; Где а - код i-ro разряда двоичного счетчика. За NJ равенства чисел Ы и Nj число обнулений делителя 10 ч;астоты ,, Уменьшается на величинуNjN , число, зафиксированное в накопительном счетTiLTiro R чиле о .

а 2% ,..+« n h-1 n-tn

.,..

или

с...«„ .+а . ftn-t n-m

...а„.„

,

пИ

г р (Оn-m ог 2

X.2

fc.T,

foif2

Получаем

т

f г г

,rAe

foi2 .2 i 2

.tvtn-l , .0 n-m-1 e

2 +.,. Z -q I - -a 2

0 0 ,

Таким образом в запоминакщем устройстве 9 хранится код, пропорциональный отношению частот $2 i fim n2fi«,-J)H число 1, определяю Q щее масштабный коэффициент М .

Введение второго делителя частоты, элемента ИЛИ, ступенчатого делИ теля частоты, коммутатора, формиро- вателя импульсов и счетчика позво15 лило расширить диапазон частот, величина отношения которых измеряется.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ , ОТНОШЕНИЯ ЧАСТОТ, содержащее последовательно соединенные генератор об-, разцовой частоты, блок управления и Запоминающее устройство, а также первый частотный датчик, преобразоват ль периода частоты в двоичный код, информационные выходы которого соединены спервыми входами регистра хранения кода, информапионные выходы которого подключены к ИН|1)ОРмаиионным входам первого лелителя частоты, выход которого подключен к его входу управления переписью кода, второй частотный датчик, выход которого соединен с вторым входом блока управления, второй выход последнего подключен к второму входу первого делителя частоты, третий выход блока управления соединён с третьим входом первого делителя частота и с первым входом накопительного счетчика, выход которого соединен с вторым входом запоминаютего устройства, четвертый выхол блока управления соединен с первым входом преобразователя периода частоты в двоичный код, отличающееся тем, что, с «елью расширения диапазона час-нот при сохранении точности измерения, в него в дены второй делитель частоты, элемент ИЛИ, ступенчатый делитель частоты, коммутатор, формирователь импульсов и счетчик номера интервала, причем второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с первыг и вторым входами второго делителя частоты, выход которого связан с вторым входсял накопительного счетчика и первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соеди нен с выходом первого делителя частоты, а внход элемента ИЛИ подключен к входу управления переписью кода второго делителя частоты, информационные входы которого соединены с информанионными выходами m старишх раз€ рядов п-разрядного регистра хранения кода, выход первого частотного датчика соединен с входом ступенчатого делителя частоты, внхода которо го подключены к сигнальным входам когФ1утатора, выход которого подклю,чен к входу формирователя импульсов и к второму входу преобразователя .периода частоты в двоичный код, выход которого соединен с третьим вхо- дом блока управления, пятый выход которого подключен к третьему входу эапоютнаюгцего устройства и к входу сд управления переписью регистра хране-vi ния кода, а шестой выход соединен с .входом обнуления преобразователе периода частоты в двоичный код, входом обнуления ступенчатого делителя частоты и входом обнуления счетчика номера интервала, выходы которого подсоединены кчетвертому входу запоминаютего устройства и управляющему входу коммутатора, выход Лормирователя импульсов связан с четвертым входом блока управления, седьмой выход которого подключен к входу счетчика номера интервёша.