Способ измерения частоты Советский патент 1985 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измесении частоты электрических колебаний.

По основному авт.ив. № 763807 известен способ измерения частоты, заключающийся в форм 1ровании первой последовательности пакетов импульсов совпадений, образованной совпадениями импульсов первой эталонной и исследуемой последовательностей, формировании второй последовательности пакетов импульсов совпадений, образованной совпадениями импульсов второй эталонной и исследуемой последовательностей, формировании первого мерного интервала посредством вьщеления в качестве его начальной границы импульса в произвольном пакете первой последовательности пакетов импульсов совпадений, а в качестве конечной граиииза - аналогичного по порядку следования импульса в одном из последующих пакетов первой последовательности пакетов импульсов с Ьвпадений, формировании второго мерного интервала посредством выделения в качестве его начальной границы иьтульса в произвольном пакете второй последовательности пакетов импульсов совпадений, а в качес;тве конечной границы - аналогичного по порядку следования импульса в одном из последунщих пакетов второй последовательности пакетов импульсов совпадеНИИ, подсчете числа периодов первой эталонной последовательности и числа пакетов первой последовательности пакетов импульсов совпадений в первом мерном интервале, подсчете числа периодов второй эталонной последовательности и числа пакетов второй последовательности пакетов импульсов совпадений во втором мерном интервале, расчете неизвестной частоты по полученным данным l j.

Однако известный способ допускает значительные погрешности измерения частоты. Это объясняется тем, что совпадающие импульсы имеют конеч ную длительность, а способ допускает формирование границ мерных интервалов по импульсам сравниваемых последовательностей, совпадающих не в одинаковых фазах. Вследствие этого в каждом из интервалов укладывается не целое число периодов одной из сравниваемых последовательностей, в то время как результат измерений определяется по целому числу.

Цель изобретения - повьипение точности измерения частоты.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения частоты дополнительно определяют временные интервалы ЛТ ,дТ между передними (или задними) фронтами импульсов измеряемой и эталонной частот, образующих импульсы совпадений, вьвделение в качестве начальных границ соответственно первого и второго мерных интервалов, вр.еменные интервалы 4X3, мезвду передними (или задними) фронтами импульсов измеряемой и эталонной частот, образуквцих импульсы совпадений, вьщеленные в качестве конечных границ соответственно первого и второго мерных интервалов, а также временные интервалы лт, Т между передними (или задними) фронтами импульсов измеряемой и эталонной частот, образующих импульсы совпадений, которые следуют непосредственно за импульсами совпадений (или предшествунщие импульсам совпадений), принятыми в качестве начальных границ соответственно первого и второго мерных интервалов, и .неизвестную частоту определяют по формуле

де Тд, т - периоды следования импульсов первой и второй эталонных последовательностей;

т

число пакетов импульсов совпадений в первом мерном интервалеj число пакетов импульсов

m совпадений во втором мерном интерв,але}

N

-число периодов эталонотной последовательности

в первом мерном интервале;

-число периодов второй

em эталонной последовательности во втором мерном интервале-,.

дт /лТ2-4т;/; «лт 4Тз-4Т i дт Мт -лт;7, . На фиг.1 представлены последовательности импульсов-, на фиг-. 2 - схе ма устройства для реализации способа; на фиг.З - пример реализации блока вьщеления первого импульсаj на фиг.4 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. Способ ос ествляют следующим образом. Сравнивают во времени исследуемую последовательность, импульсы которой ,следуют с периодом TX неизвестной частоты f„ и имеют длительность Су (4мг,16,д),с первой зталонной последовательностью, импульсы которой еле дуют с периодом Т и имеют длительность С(фиг.1а). Формируют первую последовательность пакетов импульсов совпадений, образованную совпадениями импульсов первой эталонной и исследуемой последовательностей (фиг.1в) Аналогичным образом сравни вают о времени исследуемую последог вательность импульсов (фиг.16,д) со второй эталонной последовательностью импульсы которой следуют с периодом т и имеют длительность t (фиг.1г Формируют вторую последовательносЧь пакетов импульсов совпадений, образо ванную совпадениями импульсов второй эталонной и исследуемой последовав ел ностей (фиг.1е). В предлагаемом способе, как в известном, используются близкие значения периодов Т, Т эталонных частот, таких, что /Т-т / Tjt о 2 а длительность импульсов исследуемой и эталонной последовательностей удов летворяет условиям т -S «-о « 2 х+Ф; /т;-кт«/ х ; . , « ч-/т;-кт /, где К - коэффициент кратности период TX периодам Т, Т, характеризуювий ближайшие к f гармоники К/Т,К/Т эталонных частот. При выполнении укв закньвс условий импульсы совпадений сгруппированы в пакеты (фиг.1в,е}. Формируют первый мерш интервал по импульсам совпадений первой после довательности пакетов импульсов совпадений, причем в качестве его начальной границы выделяют импульс в некотором произвольном пакете импульсов совпадений, принятым за нулевой, i а в качестве конечной границы вьоделяют аналогичный по порядку импульс в т-м относительно нулевого йакете импульсов совпадений. Формируют второй мерный интервал ло шшульсам совпадений второй последовательности, . причем в качестве его начальной границы выделяют заданный по порядку импульс в некотором произвольном пакете импульсов совпадений, принятым за нулевой, а в качестве- конечной границы вмделяют аналогичный по порядку импульс в т-м относительно нулевого пакете импульсов совпадений. Подсчитывают число Т периодов Т первой эталонной последовательности в первом мерном интервале. Подсчитывают число Т1 периодов ТJ второй эталонной последовательности во втором мерном интервале. Для импульсов совпадений первой последовательности пакетов импульсов совпадений определяют временной интервал Т между передними (или задними) фронтами импульсов первой эталонной и исследуемой последовательностей, которые образуют импульс совпадений, вьщеленный в качестве начальной границы первого мерного интервалаjвременной интервал ДТ между передними (шш задними) фронтами шшульсов первсА эталонной и исследуемой последовательностей, которые образуют импульс совпадений, следующий (или предшествую-: щий) непосредственно за импульсом, вьаделенным в качестве начальной границы первого мерного интервала временной интервал дТ между передними (или задними) фронтами импульсов первой эталонной и исследуемой последовательностей,, которые образуют имлульс совпадений, выделенный в качестве конечной границы первого мерного интервала. Для Импульсов совпадений определяют: временной интервал между передними (или задними) фронтами импульсов второй эталонной и исследуе|4ой последовательностей, которые образуют импульс совпадений, .выделенный в качестве начальной границы второго мерного интервала) временной интервал й1 между передними (или задними) фронтами импульсов второй этвлонной и исследуемой последовательностей, которые образуют импульс сов падений, следующий (или предшествующий) непосредственно за импульсом, вьщеленным в качестве начальной гран цы второго мерного интервала временной интервал лЧ между передними (или задними) фронтами импульсов вто рой эталонной и исследуемой последовательностей, которые образуют импульс совпадений выделенный в качест ве конечной границы второго мерного интервала. Определяют разности интер валов 4T /4T2--4Ti/; , 4T //3T2-4TJ,/; 4Тз-4Т |. Неизвест ную частоту f определяют с псймощью следукицего расчетного соотношения: Можно измерить непосредственно не интервалы д т:{ ,дТ ,4X3 , ,ДТ| ,4Т между фронтами импульсов сравниваемы последовательностей,а интервалы ut , д{;, At f ut, 4t, At, дополняющие указанные до периода Т неизвестной частоты, т.е. интервалы между передними (или задними) фронтами соответствуннцих импульсов совпадений и ближайших с ним импульсов измеряемой частоты: 4t Tv-4T ; ,-4T:;; ,J; , dt Tx-dT. При этом значения &т , Т, сЛТ, сП, определяющие поправки, запишутс в виде , t -dt; 4T /4t;-dt«/. Л У л. f лл 1-- ы 1 л / Указанные действия позволяют уменьшить динамический диапазон измерения интервалов, что дает возможность с большей точностью получать значения поправок. Устройство (фиг.2а,б) содержит формирователь 1 импульсов, элемент И генераторы 3 и 4 эталонных частот, измеритель 5 временного интервала, блок 6 выделения первого импульса па кета, состоящий из регистра 7, счетч ка 8, блока 9 сравнения кодов и ключ 10, коммутаторы 11 и 12, триггеры 13 17, ключи 18-20, счетчики 21-,23, дешифратор 24, регистры 25-28 сдвига, устройство 29 управления коммутатором, блок 30 вычислений. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии все счетчики и триггеры 14-17 обнулены, триггер 13 установлен в единичное состояние, соотвеТствунлцее открытому состоянию ключа 18, ключи 19 и 20 закрыты, коммутатор 11 находится в состоянии, соответствующем прохождению через него импульсов генератора 3 эталонной частоты. На пербый вход элемента И 2 поступают импульсы, сформированные формирователем 1 из сигнала измеряемой частоты (фиг.Зб). На второй вход элемента 2 поступают импульсы с генератора 3 в первом цикле измерения и с генератора 4 во втором цикле (фиг.За). При этом на выходе элемента И 2 в первом цикле измерений формируется пер-: вая последовательность пакетов имимпульсов совпадений (фиг.Зв). Блок 6 вьвделяет первый импульс каждого пакета (фиг.Зг). Эти импульсы поступают на импульсные входы триггера 18 и счетчика 21. По первому импульсу первого пакета, прошедшему через открытый ключ 18, происходит установка триггера 14 в единичное состояние (фиг.Зд), переброс триггера 16 в единичное состо5 ние (по переднему фронту, фиг.За) и триггера 13 в нулевое состояние (по заднему фронту). При этом ключ 18 закрывается, запрещая прохождение импульсов, а управляемые триггерами 14 и 16 ключи 20 и 19 открываются и счетчики 23 и 22 начинают подсчет импульсов, поступающих на импульсные входы через открытые ключи. Счетчик 22 осуществляет подсчет импульсов эталонной частоты, счетчик 23 подсчитывает импульсы совпадений с выхода элементна И 2, а счетчик 21 подсчитывает первые импульсы пакетов совпадений. Измеритель 5 временного интервала работает в старт-стопном режиме, т.е. его запуск осуществляется по переднему фронту импульса на его первом входе, а останов - по переднему фронту импульса на его втором входе. По заднему фронту первого импульса совпадений первого пакета, поступившего на импульсный вход счетчика 23, последний устанавливается в единичное состояние. При этом с первого выхода дешифратора 24 на управляемый вход регистра 27 поступает управляннцее напряжение (фИг.Зи). По заднему 1 фронту второго импульса совпадений первого пакета счетчик 23 установитс во второе состояние. При этом на вто ром выходе дешифратора 24 появляется управляющее напряжение, а на первом выходе исчезает (фиг.З к,и). Сформированный описанным образом на первом выходе дешифратора 24 управлякнций им пульс своим задним фронтом осу&,ествляет запись в регистр 27 измеренног измерителем 5 значения временного интервала 41 , границы которого образованы передним фронтом первого импульса первого пакета первой после довательности пакетов импульсов совпадений и передним фронтом, следунще го непосредственно за ним, импульса измеряемой частоты (фиг.З). Положительный перепад напряжения, возникающий ни втором выходе дешифратора 24 (фиг.Зк), поступает на счетные входы триггеров 14 и 17 и перебрасывает их: триггер 14 - в нулевое, а триггер 17 - в единичное состояние (фиг.3д,к). При этом закрывается ключ 20, прекращая дальнейшее поступ ление импульсов совпадений первого пакета на иьшульсный вход счетчика 23 (фиг.Зз). По третьему импульсу совпадений первого пакета, поступающего на установочный вход нуля триггера 17, происходит переброс последнего в нулевое состояние. Таким образом, на управляющем входе регистра 26 был сформирован импульс (фиг.Зк), по заднему фронту которого осуществляется запись в регистр 26 измеренного измерителем 5 значения временного интервала 4t, границы которого образованы передним фронтом второго импульса совпадений первого пакета первой последовательности пакетов импульсов совпадений и передним фрон том следукмцего за ним импульса измеряемой частоты (фиг.З). В дальнейшем счетчик .22 продолжает подсчет импуль сов эталонной частоты, поступакяцих на его импульсный вход через открытый ключ 19, а счетчик 18 подсчитывает первые импульсы пакетов первой последовательности пакетов импульсов совпадений, вьщеляемые блоком 6. Пос ле того, как счетчик 21 установится в заданное . т-е состояние, осуществляемое по заднему фронту первого импульса т-го пакета первой последовательности пакетов импульсов совпадений, на его выходе появляется уп068равляющее напряжение, которое поступает на установочный вход единицы триггера 13. При этом триггер 13 ус-, танавливается в единичное состояние, открьшая управляемый им ключ 18. (На фиг.З представлена диаграмма, соответствующая заданному значению ). Первый импульс (т+1)-го пакета первой последовательности пакетов импульсов совпадений поступает через открытый ключ 18. на счетные входы триггеров 13 и 16 и установочный вход единицы триггера 14. По переднему фронту этого импульса происходит пе.реброс триггера 14 в единичное состояние (фиг.Зд), а триггера 16 - в нулевое (фиг.Зе). При этом управляемый триггером 16 ключ 19 закрьшается, запрещая дальнейшее поступление импульсов генератора 3 иа импульсный вход счетчика 22, а управляе1Л 1й триггером 14 ключ 20 открывается, пропуская первый импульс («r+D-ro пакета первой последовательности пакетов импульсов совпадений на импульсный вход счетчика 23. По заднему фронту этого импульса счетчик 23устанавливается в третье состояние. При этом на третьем вьЬсоде деШ1«| ратора 24 появляется управлянщее напряжение (фиг.3л). По заднему фронту второго импульса совпадений (пн+1)-го пакета счетчик 23 устанавливается в четвертое состояние. При этом на четвертом выходе дешифратора 24появляется управляющее напряжение (фиг.3м), а на третьем выходе исчезает (фиг. 3л). По заднему фронту сформированного на третьем выходе дешифратора 24 импульса осуществляется запись в регистр 28 измеренного измерителем 5 значения временного интервала ut, границы Которого образованы передним фронтом первого импульса (ш+1)-го пакета первой последовательности пакетов импульсов совпадений и передним фронтом, следующего непосредственно за ним, импульса измеряемой частоты (фиг.З). Этим импульсом осуществляется запись подсчитанного счетчиком 22 числа импульсов эталонной частоты генератора 3 в интервале меяду передними импульсами первого и (пн-О-го пакетов первой последовательности пакетов импульсов совпадений. Появившееся на четвер- « том выходе дешифратора 24 управляющее напряжение поступает на установочные входы нуля счетчиков 21-23, триггера 14 и счетный вход триггера 15. При этом происходит установка счетчиков 21-23 и триггера 14 в нулевое состояние и переворот триггера 15 в единичное состояние (фиг.Зж). По единичному состоянию триггера 15 на выход коммутатора 11 пропускаются импульсы эталонной частоты генератора 4. . С этого момента начинается второй цикл измерения, аналогичный первому и отличающийся от.него тем, что на выход коммутатора 11 поступают импульсы эталонной частоты генератора 4, а на выходе элемента И 2 формируется вторая последовательность пакетов импульсов совпадений (фиг. К концу второго цикла измерений в регистр 27 дополнительно заносится эначение временного интервала границы которого образованы передним фронтом первого импульса первого пакета второй последовательности пакетов импульсов совпадений и передним фронтом, следующего непосредственно за ним, импульса измеряемой частоты (фиг.З). В регистр 26 дополнительно заносится значение временного интервала t, границы которого образованы передним фронтом второго импульса первого пакета второй последовательности пакетов импульсов совпадений и передним фронтом, следующего непос редственно за ним, импульса измеряемой частоты (фиг.З). ,В регистр 28 дополнительно заносится эначение вре менного интервала Atj, границы которого образованы передним фронтом первого импульса (т+1)-го пакета вто рой последовательности пакетов импульсов совпадений и передним фронтом, следующего непосредственно за ним, импульса измеряемой частоты (фиг.З). В регистр 25 дополнительно заносится число импульсов эталонной частоты генератора 4, подсчитанного в интервале между первыми и тульсами первого и (т+О-го пакетов второй последовательности пакетов импульсов совпадений. При появлении к концу . второго цикла на четвертом выходе дешифратора 24 управляющего напря;1кения (фиг.3м) происхожит переброс триггера 15 в нулевое состояние. По заднему фронту импульсов, сформированного на выходе триггера 15 (фиг.Зж) происходит запуск устройства 29 управления коммутатором, под действием управляющих сигналов которого коммутатор 12 осуществляет последовательное подключение своих информационных каналов к входу блока 30 вычислений. После занесения информации с регистров 25-28 сдвига в блок 30, последний осуществляет pgicчет неизвестной частоты f. Описанная работа устройства из- мерения частоты периодически повторяется. Функционирование блока 6 выделения первоЛ) импульса пакета осуществляется следующим образом. Счетчик 8 подсчитывает поступающие на его импульсный вход импульсы с генератора эталонной частоты между моментами прихода импульсов на управляющие входы счетчика 8, регистра 7 и импульсный вход ключа 10 с выхода элемента И 2, после чего эта информация заносится в регистр 7. В момент прихода импульса на управляющий вход счетчика 8, его состояние фиксируется. Блок 9 сравнения кодов сравнивает код счетчика 8 и код регистра 7, в котором хранится результат предьщущего показания счетчика. Если в этот момент времени код счетчика 8 больше кода регистра 7, то блок 9 открывает ключ 10 и пропускает импульс, поступакнций в этот момент на его импульсHi вход. Вследствие того, что интервалы между импульсами совпадений, входящими в один пакет, равны периоду Igd) эталонной частоты, а между пакетами больше или равны 2Т(2Тд), через ключ 10 будут пропускаться только первые импульсы пакетов. За счет того, что в предлагаемом способе обеспечивается возможность включения в расчетное соотношение более точных значений Nj,, Nj,, характеризующих интервалы между границами отрезков совпадений, точность измерений предлагаемым способом повышается.

д е

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ по авт.св. № 763807, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, дополнительно определяют временные интервалы jT , меткду передними (или задними) фронтами импульсов измеряемой и эталонной частот, образующих импульсы совпадений, вьщеленные в качестве начальных границ соответственно первого и второго мерных интервалов, временные интервалы лТ, 4Т между передними (или задними) фронтами импульсов измеряемой и эталонной частот, образующих импульсы совпадений, вьделенные в качестве конечных границ соответственно первого и второго мерных интервалов, а также временные интервалы iTj , лТ между передними (или задними) фронтами импульсов измеряемой и эталонной частот, образующих импульсы совпадений, которые следуют непосредственна, за импульсами совпадений (или предшествуют импульсам совпадений), принятыми в качестве начальных границ соответственно первого и второго мерных интервалов, и неизвестную частоту определяют по формуле т N +сЛТ/лТ Оп1 пульсов соответственно первой и второй эталон(Л ных последовательносс тей; ( число пакетов импульсов совпадений в первом мерном интервапе ; II число пакетов импульсов m совпадений во втором О) мерном интервалеi ,- число периодов первой О) эталонной последовательности в первом мерном интервале V. о N - число периодов второй OW эталонной последовательности во втором мерном интервале-, ATrlaTi-uTjbAT..aT;)., ; г ейт1-лг1.

Фиъ 3

и tj

4J- н tt utj

n