Устройство для измерения частоты синусоидальных сигналов Советский патент 1987 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к электроизмерениям и может использоваться в цифровых частотомерах синусоидальных сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммь работы.

Устройство состоит из источника 1 постоянного напряжения, усилителя 2, формирователя 3, блоков сравнения 4 и 5, задатчика 6 временных интервалов, ключей 7 и 8, генератора 9 имблока 5 сравнения, на выходе которого в момент t, равенства этого сигнала с постоянным напряжением U от источника 1 постоянного напряжения форми- 5 руется импульс (фиг.2в), который закрывает ключ 8 и запрещает доступ импульсов от генератора 9 импульсов в счетчик 11. В момент времени t при достижении равенства измеряемого сиг10

нала с постоянным напряжением U от

источника 1 постоянного напряжения на выходе блока 4 сравнения формируется импульс (фиг.2г), закрывающий ключ 7 и запрещающий доступ импульсов в

пульсов, счетчиков 10 - 12 и вычисли- счетчик 10. Через определенное время теля 13. Входы усилителя 2 и формиро- t , формируемое задатчиком 6 временных

25

30

вателя 3 и первый вход блока 4 сравнения соединены с входом устройства. Выход источника 1 постоянного напряжения соедине} с вторыми входами бло- 20 ков сравнения 4 и 5, а первый вход последнего соединен с выходом усилителя 2. Выходы блоков сравнения 4 и

5соединены с первыми входами ключей 7 и 8 соответственно, вторые входы которых, а также второй вход задатчика 6 временных интервалов и второй вход счетчика 12 соединены с выходом формирователя 3. Выходы ключей 7 и 8 соединелы с вторыми входами счетчиков 10 и 11, первые входы которых, а также первый вход задатчика 6 временных интервалов соединены с выходом генератора 9 импульсов. Выход задатчика

6временных интервалов соединен с пер-35 вым входом счетчика 12. Выходы счетчиков 10 - 12 соединены со входами вычислителя 13.

Устройство для измерения частоты работает следующим образом.

Измеряемое напряжение И , которое определяется соотношением

,sinut,

где и - амплитудное значение сигнала; W - угловая частота; t - время,

поступает на вход формирователя 3 и блока 4 сравнения. В момент времени, соответствующий переходу сигнала чеинтервалов, прекращается доступ импульсов от генератора 9 импульсов в счетчик 12.

После этого цикл измерения повторяется .

Таким образом, в счетчиках 10 и 11 накапливается количество импульсов, пропорциональное, соответственно, интервалам времени от момента перехода измеряемого сигнала через нулевой уровень.до t и- t,. В момент времени t, справедливо соотношение

. U KU sincot, (1) где К - коэффициент усиления усилителя 2 .

В момент времени t справедливо соотношение

или

KsincJt, sinut;

(2) (3)

40

Решая это уравнение относительно СД, например, разложением функции sin в ряд Тейлора и ограничиваясь, например, двумя членами ряда, получаем

uU

45

K(c.t,(.4 - V

Откуда

,,(, « t. U2t KU,- ) 6

Kt3-t,

Преобразовав это выражение,

. , ijn чаем рез нулевой уровень, на выходе форми--J

. рователя 3 появляется импульс (фиг.2б), 1 открывающий ключами 7 и 8 доступ импульсов от генератора 9 импульсов в счетчики 10 и 11. По этому же импуль су запускается задатчик 6 временных интервалов и сбрасывается счетчик 12 Усиленный входной сигнал (фиг.2а) с выхода усилителя 2 поступает на вход записать

полу(4)

Уравнение (3) может быть решено 55 любым другим методом.

Преобразовав временные интервалы t, и t j, в числоимпульсные коды, можно

блока 5 сравнения, на выходе которого в момент t, равенства этого сигнала с постоянным напряжением U от источника 1 постоянного напряжения форми- руется импульс (фиг.2в), который закрывает ключ 8 и запрещает доступ импульсов от генератора 9 импульсов в счетчик 11. В момент времени t при достижении равенства измеряемого сиг10

нала с постоянным напряжением U от

5

0

0

интервалов, прекращается доступ импульсов от генератора 9 импульсов в счетчик 12.

После этого цикл измерения повторяется .

Таким образом, в счетчиках 10 и 11 накапливается количество импульсов, пропорциональное, соответственно, интервалам времени от момента перехода измеряемого сигнала через нулевой уровень.до t и- t,. В момент времени t, справедливо соотношение

. U KU sincot, (1) где К - коэффициент усиления усилителя 2 .

В момент времени t справедливо соотношение

KsincJt, sinut;

(2) (3)

40

Решая это уравнение относительно СД, например, разложением функции sin в ряд Тейлора и ограничиваясь, например, двумя членами ряда, получаем

uU

K(c.t,(.4 - V

Откуда

,,(, « t. U2t KU,- ) 6

полуKt3-t,

(4)

, 1 записать

Уравнение (3) может быть решено 55 любым другим методом.

Преобразовав временные интервалы t, и t j, в числоимпульсные коды, можно

N

ai - )

Кг

N

н„

(л)

N1 N1 N3 N3

о о

или

-4l5psf.

где N, - некоторое постоянное число, определяющее дискретность измерения,

N

foto.

где f - частота генератора 9 импуль i -i

сов,

числа импульсов пропорциональные t. и t, .

Число импульсов N записано в ке 12.

Частота f определяется из шения

№. IKN.N)

ZltlKN -N

Решение этого уравнения осуществляется в вычислителе 13 по заложенной программе. Значение коэффициента К заранее вводится в вычислитель.

Результат измерения частоты зависит лишь от интервалов времени t, и t, а также коэффициента усилеУстройство для измерения частоты синусоидальных сигналов, содержащее источник постоянного напряжения, блок сравнения, первый и второй счетчики, первые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а выходы - соответственно с первым и вторьм входами вычислителя, первый вход блока сравнения и вход формирователя объединены и являются входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности в него введе ны первый ключ, последовательно соеди ненные усилитель, второй блок сравне- 20 ния, второй ключ, выход которого подключен к второму входу второго счетчика, последовательно соединенные за- датчик временных интервалов и третий счетчик, вьрсод которого подключен к третьему входу вычислителя, причем первый вход задатчика временных интер валов соединен с выходом генератора импульсов, а второй вход - с выходом формирователя, с вторыми входами первого ключа, второго ключа и третьего счетчика, выход источника постоянного напряжения подключен к вторым входам обоих блоков сравнения, а вход усилителя соединен с входом устройства.

25

30

ния к, которые могут быть получены с ВЫСОКОЙ точностью и не зависят от амплитуды измеряемого сигнала и стабильности источника 1 постоянного нап-35 первый вход первого ключа подключен ряжения,к выходу первого блока сравнения, а

Возможность определения амплитуды вьрсод - к второму входу первого счет- сигнала следует из формулы (2)чика.

ц

Уа

fO

15

й

sinutj Формула изобретения

Устройство для измерения частоты синусоидальных сигналов, содержащее источник постоянного напряжения, блок сравнения, первый и второй счетчики, первые входы которых соединены с выходом генератора импульсов, а выходы - соответственно с первым и вторьм входами вычислителя, первый вход блока сравнения и вход формирователя объединены и являются входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности в него введены первый ключ, последовательно соединенные усилитель, второй блок сравне- 20 ния, второй ключ, выход которого подключен к второму входу второго счетчика, последовательно соединенные за- датчик временных интервалов и третий счетчик, вьрсод которого подключен к третьему входу вычислителя, причем первый вход задатчика временных интервалов соединен с выходом генератора импульсов, а второй вход - с выходом формирователя, с вторыми входами первого ключа, второго ключа и третьего счетчика, выход источника постоянного напряжения подключен к вторым входам обоих блоков сравнения, а вход усилителя соединен с входом устройства.

25

30

-35 первый вход первого ключа подключен к выходу первого блока сравнения, а

KUx

-t

Редактор Т.Парфенова

Составитель Н.Федоров

Техред М.Ходанич Корректор Е.Сирохман

Заказ 7711/46Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035,i Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

(Риг.2

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано в цифровых частотомерах синусоидальных сигналов. Целью изобретения является повышение точности измерений. Устройство содержит источник 1 постоянного напряжения, формирователь 3, блок 4 сравнения, генератор 9 импульсов, счетчики 10 и 11, вьиисли- тель 13. Для достижения поставленной цели в устройство дополнительно введены усилитель 2, блок 5 сравнения, задатчик 6 временных интервалов, ключи 7 и 8 и счетчик 12. Результат измерения частоты зависит лишь от интервалов времени t, и t, определяемых из математических соотношений, приведенных в описании изобретения, а также от коэффициента усиления, которые могут быть получены с высокой точностью и не зависят от амплитуды измеряемого сигнала и стабильности источника постоянного напряжения. 2 ил. i (Л С fpusj