Способ измерения частоты импульсных сигналов и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01R23/00 

тервал времени, за который осуществляется первый цикл измерения числа N импульсов не.иэвестного сигнала В последующих циклах увеличивают длительность интервала на случайную равномерно распределенную в некотором интервале величину. Фиксируют число измерений, при которых число импульсов больше, чем определено в первом цикле.Зиая максимальную величину отношений интервалов времени по соответствующей формуле, определяют период и частоту сигналов. За счет определения точного расположения N+1 импульса исключается погрешность дискритизации конца счета.

Изобретение относится к эле ;тро- измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для измерения частоты (периода) электрических сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерения частоты и периода импульсных сигналов путем статистической обработки результатов много- кратных измерений с изменяющимся из- мерительным временным интервалом.

На фиг. 1 изображена временная Диаграмма, поясняющая сущность предлагаемого способа} на фиг. 2 - блок- схема устройства для реализации пред лагаемого способа измерения частоты (периода) импульсных сигналов.

Устройство содержит (фиг. 2) блок

Iформирования, селектор 2, счетчик

3, индикатор А, блок 5 управления, генератор 6 меток времени, кварцевый генератор 7, кварцевый резонатор 8, частотно- задающий управляемый элемент 9, делитель 10 частоты, ключи

IIи 12, блок 13 формирования слу- чайного напряжения, генератор 14 плавающей частоты, счетчик 15, регистр 16, цифроаналоговый преобразователь 17, делитель 18 напряжения.

В устройстве выход блока 1 фор- кирования подключен к входу селектора 2,другой вход которого присоединен к выходу блока 5 управления, вхо пуска которого подключен к выходу

50976

т,е. достигается цель изобретения. Устройство для осуществления способа содержит блок t формирования, селектор 2, блок 5 управления, генератор 6 меток времени, индикатор 4, кварцевый генератор 7, кварцевый резонатор 8, делитель 10 частоты, ключ 11, счетчик 15, регистр 16, цифро- аналоговый преобразователь 17, делитель 18 напряжения. Для Достюсения цели дополнительно введены частотно- задающий управляемый элемент 9, ключ 12, блок 13 формирования случайного напряжения. Блок 13 содержит генератор плавающей частоты 14, а также блоки 15-18, 2 з.п. ф-лы, 2ип.

/люча 11, а вход опорной частоты присоединен к выходу генератора 6 меток времени, состоящего из последовательно соединенных кварцевого генератора 7 и делителя 10 частоты, выход селектора 2 подключен к входу счетчика 3, выход которого подключен к входу блока 4 индикации, выход блока 1 формирования подключен к информационному входу блока 5 управления, выход синхронизации которого присоединен к входу управления кварцевого генератора 7, а последовательно в цепь кварцевого резонатора 8 подключен частотно-задающий yпpaanяe в элемент 9, управляющий вход которого через ключ 12 подключен к выходу блока 13 формирования случайного напряжения, состоящего из генератора 14 плавающей частоты,выход которого подключен к входу счетчика 15, выходы которого подключены к входам занесения регистра 16, выходы которого присоединены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя 17, выход которого подключен к делителю 18 напряжения, выход которого является выходом блока 13 формирования случайных напряжений, а входом которого является управляющий вход регистра 16.

Сущность предлагаемого способа измерения частоты неизвестного им312

пульсно1 о сигнала заключается в следующем.

За первый цикл измерения определяется число импульсов N неизвестной частоты (фиг. 1), содеря эщихся в эталонном интервале времени. Следующий за ними (N+1)-ft импульс в этот Интервал не попадает. В последующих циклах измерений (фиг. 1) происходит увеличение длительности эталонного импульса на случайную величину, равномерно распределенную в интер

вале & t

WlKf

при этом в каждом цикле

измерения значение этой случайной величины оказывается различным и постоянным в течение данного цикла. В процессе многократных измерений происходит или не происходит перекрытие (N+1)-ro импульса увеличенным по длительности импульсом измерительного интервала. При этом об- разуются две временные области, в которые попадает заданный фронт увеличенного на случайную величину импульса измерительного интервала. Соотношение между протяженностями этих областей и определяется расположением (N-(-l)-ro импульса внутри интервала . Как видно из графика фиг. 1, время появления импульса, равное (N+1) Tj, где Т, - неизвестный период, оказывается равным

T,(N-H)

Т,ut.

где Tj - неизвестный период измеряе-

мой частоты импульсов; Т - длительность эталонного импульса без случайного увеличения;

it - длительность (протяжен- ность) временной области.

Многократность измерений позволяет рассматривать весь процесс статистически и определить соотношения между длительностями областей через вероятность событий. Длительность временной области at может быть определена выражением

at At

aw с

П-П( П

at

макс

П максимальное значение случайной величины, на которую увеличивается эталонный интервал времени , число измерений

5

0

п, - число измерении, при

которых количество импульсов за время эталонного интервала времени, увеличенного на случайную величину, бьшо бы больше или равно N+1.

Тогда период измеряемой частоты импульсов определяется так:

ТПА.„.,

п-п п

15

N+1

а его частота выражается как обратная величина

f. :i20

5

0

5

0

5

0

5

Таким образом, зафиксировав после первого измерения число импульсов, равное N, за длительность эталонного интервала, увеличивая на случайнзто величину эталонный интервал и определяя при последующих измерениях число п,, при которых показания окажутся больше или равны (N+1), и зная максимальную величину отклонения случайной величины At, на которую увеличивается эталонный импульс, можно определить неизвестные период и частоту измеряемых импульсных сигналов .

За счет определения точного расположения (N+1)-ro импульса исключается погрешность дискретизации конца счета, т.е. достигается цель изобретения .

Предлагаемое устройство работает следующим образом,

В исходном состоянии ключи 11 и 12 разомкнуты.

При включении электропитания устройства производится начальная установка блока 5 управления, счетчика 3, индикатора 4 (цепи электропитания и начального сброса на функциональной схеме фиг. 2 длЯ простоты не обозначены).

По входной шине измеряемые импульсные сигналы подаются на вход блока Сформирования, на выходе которого появляются импульсы стандартной амплитуды и длительности с периодом, равным периоду измеряемых импульсных сигналов. Эти импульсы поступают на вход селектора 2 и вход блока 17 уп5

равнения. Процесс измерения начинается с нажатия ключа 11, с которого разрешающий сигнал поступает на пусковой вход блока 5 управления. Блок 5 управления формирует одиночный импульс заданной длительности, посту- паюпшй на вход селектора 2 и разрешающий пропускание на выход селектора 2 стандартных импульсов с неиз- BtcTHbjM периодом. Одиночный импуль заданной длительности формируется и импульсов меток времени, поступающих на вход опорной частоты блока 5 управления с выхода генератора 6 меток времени. Метки времени представляют собой импульсные сигналы стабильной частоты, задаваемой кварцевым генератором 7. Пачка импульсов, прошедшая через селектор 2, заполняет счетчик 3, который преобразует ее на своем выходе в двоичный код, которьтй индуцируется индикатором 4. Для временной привязки входных и;м- пульсов и начала эталонного импуль- са заданной длительности, импульсы с выхода блока 1 формирования дополнительно поступают на информационный вход блока 5 управления, который синхронизирует запуск кварцевого генератора 7 в момент начала счета.

Описанная работа устройства аналогична работе прототипа.

После первого измерения в индикаторе 4 индуцируется число импульсов, равное N.

После замыкания ключа 12 производится второй цикл измерения, при этом процесс измерения аналогичен первому циклу. Отличие его заключается лишь в том, что период кварцевого генератора 7 увеличивается и, следовательно, увеличивается интервал между метками времени, а соответственно увеличивается длительность эталонного импульса, открывающего селектор 2. Увеличение этого импульса происходит на некоторую случайную величину. Это достигается тем, что при нажатии ключа 11 на выходе блока 13 формирования случайного напряжения появляется случайная величина напряжения, которая сохраняется постоянной за время одного цикла измерения и в течение этого цикла поступает па вход частотно-задающего управляемого элемента 9, увеличивая его емкость и

25

097F.«

уменьшая тем самым резонансную частоту кварцевого генератора 7 что приводит к увеличению длительности эталонного импульса. С индикатора 4 5 считывается новое показание числа импульсов, зафиксированньп в счетчике 3 ,

Следующее нажатие ключа 11 вызывает появление на вьгходе блока 13

10 формирования случайного напряжения новой величины, которая через замкнутый ключ 12 поступает на вход частотно-задающего управляемого элемента 9. В этом цикле измерения увели15 чение длительности импульса происходит на другую случайную величину, не превьпиающую заданное максимальное значение. Поскольку блок 13 формирования случайного напряжения выра20 батывает случайную величину напряжения по равномерному закону, то,следовательно, по равномерному закону будет управляться и частотно-задающий управляемый элемент 9, вызывая соответствующее уменьшение частоты импульсов кварцевого генератора 7. Блок 13 формирования случайньк напряжений 13 работает следующим образом.

30 Нестабильная частота, вырабатываемая генератором 14 плавающей частоты, поступает на счетный вход счетчика 15. В процессе поступления нестабильных по длительности импульсов

35 происходит периодическое заполнение и сброс счетчика 15. При этом значении кодов на вьгходе счетчика 15 сохраняется различное время в зависимости от частоты входных импульсов.

40 При поступлении ш пульса на вход

блока 13 формирования случайного напряжения, которым является управляющий вход регистра 16, в нем фиксируются те значения кода, которые

45 были на выходе счетчика 16 в момент опроса. Это значение запоминается в регистре 16 и поступает на вход цифроаналогового преобразователя 17. Содержимое регистра 16 кажд.ый раз

50 меняется при поступлении нового импульса на его вход занесения. Случайный характер значений кода, запоминаемых каждый раз в регистре 16 и поступающих на вход цифроаналого55 вого преобразователя 17,объясняется отсутствием корреляции между временными параметрами тактовых импульсов ня входе счетчика 15 и временем за7

несения в регистр 16, Таким образом при поступлении разрешающего сигнала на вход блока 13 формирования случайного напряжения с ключа 1t на его выходе появляется значение случайной величины напряжения, которое затем поступает на частотно-задаю- вшй управляемый элемент 9 и сохраняется постоянной в течение этого цикла измерения.

Основное преимущество предложенных способа и устройства по сравнению с известньми заключается в повышении точности измерения частоты и периода за счет уменьшения ошибки дискретизации конца счета,

Формула изобретения

1. Способ измерения частоты импульсных сигналов, зaкJШчaищийcя в подсчете числа импульсов неизвестно частоты за известный интервал времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, счет импульсов неизвестной частоты производится многократно, причем после первого подсчета числа импульсов за известный интервал времени при каждом последушцен длительность известного интервала времени увеличивается на случайную величину с равномерным законом распределения, а неизвестная частота импульсных сигналов определяется из выражения

N + 1

Т,- макс

П

де Т - длительность эталонного (известного) интервала времени; , - максимальное значение

случайной величины увеличения эталонного интервала времени

N - число импульсов неизвестной частоты, содержащихся в эталонном интервале времени;

509768

п - число измерений/ П( - число измерений, при которых количество импульсов за время эталонного интервала времени, уве- 5 личенного на случайную величину, было бы больше или равно N+1.

2. Устройсчно для измерения частоты импульсных сигналов, содержащее блок фор шроваиия, выход которо- 0 го подключен к первому входу селектора, второй вход которого присоединен к выходу блока управления, пер- вый вход которого подключен к выходу первого ключа, а второй вход при- 5 соединен к шлсоду генератора меток времени, состоящего из последовательно соединенных кварцевого генератора и делителя частоты, а выход селектора подключен к входу счетчи20

ка, выход которого подключен к входу

индикатора, а выход блока формирования подключен к третьему входу блока управления, второй выход которого присоединен к входу управления кварцевого генератора, отличаю ще еся тем, что, с целью повышения точности, последовательно в цепь кварцевого резонатора, входящего в состав кварцевого генератора, подключен частотно-эадающий управляеьмй элемент, управляюв й вход которого через второй ключ подключен к выходу блока форьшрования случайного напряжения, вход которого соединен с выходом

первого ключа.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, чтр блок формирования случайного напряжения содержит генератор плавающей частоты, выход которого подключен к входу счетчика, выходы которого под- юночен к входам занесения регистра, выходы которого присоединены к соответствующим входам цифроаналогово- го преобразователя, выход которого подключен к делителю напряжения,выход которого является выходом блока формирования случайных напряжений,

а входом его является управлягачий вход регистра.

A

t

.1

J tMOKC

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике, может быть использовано для измерения частоты (периода) электрических сигналов. Цель изобретения заключается в повышении точности измерения частоты и периода импульсных сигналов. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Задается эталонный ин