Цифровое устройство для измерения малых отклонений частоты от номинального значения Советский патент 1987 года по МПК G01R17/00 

1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании цифровых измерителей малых отклонений частоты от номинального значения.

Цель изобретения - повьшение точности измерения.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу; на фиг.З - функциональная схема делителя частоты и блока синхронизации; на фиг.4 - функциональная схема блока управления; на фиг.З - эпюры напряжений иллюстрирующие работу блока синхронизации.

Устрюйство состоит из формирователя 1 импульсов измеряемой частоты, первого триггера 2, элемента совпадения 3, реверсивного счетчика А с индикацией, блока синхронизации 5, генератора б опорной частоты, делителя частоты 7, счетчика 8 импульсов опорной частоты, второго триггера 9 и блока управления 10.

Один из вариантов блока синхронизации 5 {фиг.З) состоит из первого элемента совпадения 11, формирователя 12 импульсов среза и второго элемента совпадения 13.

Один из вариантов блока управления 10 (фиг.4) состоит из формирователя 14 импульсов среза, кипп-реле 15 и формирователя 16 импульсов среза.

Один из вариантов делителя частоты 7 состоит из делителя 17 и триггера 18.

Устройство содержит формирователь импульсов измеряемой частоты 1, гене ратор опорной частоты 6, делитель частоты 7, первый триггер 2, выход

1

Блок управления 10 содержит последовательно соединенные первьш формирователь 1.4 импульсов среза, кипп- реле 15 и второй формирователь 16 импульсов среза, выход которого является третьим выходом блока управления 10, первым и вторым выходами которого являются соответственно прямой и инверсный выходы кипп-реле 15, а входом - вход первого формирователя 14 импульсов среза, eлитeль частоть 7 содержит делитель 17 и триггер 18, счетный вход которого соединен с вы50

которого соединен с первым входом элемента совпадения 3, выход которого 45 ходом делителя 17 и является первым соединен со счетным входом реверсив- выходом делителя частоты 7, вторым ного счетчика 4 с индикацией, а так- выходом которого является выход триг- же блок синхронизации 5, счетчик им- гера 18, первым и вторым входом де- пульсов опорной частоты 8, второй . триггер 9 и блок управле ния 10, первый выход которого соединен с вторым входом блока синхронизации 5, второй выход - с третьим входом элемента сов падения 3, а третий выход - с входами установки в нулевое состояние реверсивного счетчика 4 с индикацией и Счетчика 8 импульсов опорной частоты выход которого соединен со счетным .входом второго триггера 9, выход ко55

лителя частоты 7 являются соответственно вход делителя 17 и установочный вход три-ггера 18.

Устройство работает следующим образом.. .

Сигнал измеряемой частоты с формирователя импульсов 1 поступает на один из раздельных входов первого триггера 2 (фиг.2в), на его другой вход -поступает сигнал опорной частоты с делителя частоты 7 (фиг.26).

0

20

,.,

2936602

торого соединен с входом блока управления 10 и управляющим входом реверсивного счетчика 4 с индикацией, выход формирователя 1 импульсов измеряемой частоты соединен с первым входом блока синхронизации 5 и вхо-: дом установки в 1 первого триггера 2, вход установки в О которого соединен со счетным входом счетчика 8 импульсов опорной частоты, четвертым входом блока синхронизации 5 и вторым выходом делителя частоты 7, первый вход которого соединен с выходом генератора 6 опорной частоты и вторым входом элемента совпадения 3,второй вход - с выходом блока синхронизации 5, третий вход которого соединен с первым выходом делителя частоты 7 .

Блок синхронизации 5 содержит последовательно соединенные первый элемент совпадения 11, формирователь 12 импульсов среза и второй элемент 25 совпадения 13, второй и третий входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока синхронизации 5, третьим и четвертым входами которого являются входы первого элемента совпадения I1, а выходом - второй элемент совпадения 13.

Блок управления 10 содержит последовательно соединенные первьш формирователь 1.4 импульсов среза, кипп- реле 15 и второй формирователь 16 импульсов среза, выход которого является третьим выходом блока управления 10, первым и вторым выходами которого являются соответственно прямой и инверсный выходы кипп-реле 15, а входом - вход первого формирователя 14 импульсов среза, eлитeль частоть 7 содержит делитель 17 и триггер 18, счетный вход которого соединен с вы35

40

45 ходом делителя 17 и является первым выходом делителя частоты 7, вторым выходом которого является выход триг- гера 18, первым и вторым входом де-

ходом делителя 17 и является первым выходом делителя частоты 7, вторым выходом которого является выход триг- гера 18, первым и вторым входом де-

лителя частоты 7 являются соответственно вход делителя 17 и установочный вход три-ггера 18.

Устройство работает следующим образом.. .

Сигнал измеряемой частоты с формирователя импульсов 1 поступает на один из раздельных входов первого триггера 2 (фиг.2в), на его другой вход -поступает сигнал опорной частоты с делителя частоты 7 (фиг.26).

:.

На выходе триггера 2 формируются временные интервалы, длительности которых за время измерения изменяются, так как сравниваемые частоты Е,, и д„ отличаются друг от друга (фиг.2г Сформированные временные интервалы поступают на первый вход элемента совпадения 3, на его второй вход поступают счетные импульсы с генератора опорной частоты 6 (фиг.2а). Им- пульсы с элемента совпадения 3 (фиг. (фиг.2д).подсчитываются реверсивным счетчиком 4. На третий вход элемента совпадения 3 поступает длинный положительный импульс, разрешающий на время измерительного цикла прохождение счетных импульсов (фиг.2и).

Одновременно импульсы опорной частоты подсчитываются счетчиком 8 опорной частоты. Его емкость (включая и второй триггер 9) определяет время измерительного цикла. Выход второго триггера 9 управляет реверсивным счетчиком 4 таким образом, что первую половину измерительного цикла ре версивный счетчик 4 суммирует посту- паюпше на его вход счетные импульсы, а вторую половину - вычитает, т.е. за измерительный цикл триггер 9 переворачивается лишь дважды (из О в 1 - на половине измерительного цикла и из 1 в О - в конце цикла, фиг.2е). В результате в конце измерительного цикла в реверсивном счетчике 4 окажется число, пропорциональ-. ное измеряемому отклонению частоты.

Переход триггера 9 из 1 в О слуншт сигналом для блока управления 10 о том, что измерительный цикл за- кончен.

После окончания измерительного цикла 1соротким импульсом с формирователя 14 импульсов среза блока управления 10 запускается кипп-реле 15 блока управления 10, положителы-гый импульс с кипп-реле 15 разрешает работу блока синхронизации 5, с инверсного выхода кипп-реле 15 снимается отрицательный импульс такой же дли- тельности, запрещающий прохождение счетных импульсов через элемент совпадения 3 на реверсивный счетчик А, в это время индицируется полученный результат и срабатьшает блок .синхро- низации 5.

Необходимость блока синхронизации 5, один из вариантов которого пока25

.5 Ш 5

20ЗО35

40

4550 . 55

зан на фиг.З, заключается в следующем.

Общее время измерительного цикла разбивается на две половины, в каждой из которых измеряется среднее значение фазового сдвига. Отклонение частоты определяется через приращение фазового сдвига, который изменяется во времени по закону cf cf, J-дсо t, где Cfо - начальный фазовый сдвиг, UQ- отклонение частоты от номинального значения. Если измеряемый фазовый сдвиг изменяется на линейном участке фазовой характеристики, то результат измерения соответствует истшпгаму значению фазового сдвига. Если фазовый сдвиг изменяется на участке,где происходит скачок фазовой характеристики, то результат измерения будет искаженным.

Введение блока синхронизации 5 предусматривает исключение возможности перехода фазового сдвига через зону скачка фазовой характеристики. Делается это следующим образом. Один раз перед началом измерительного цикла производится анализ взаимного расположения импульсов измеряемой и опорной частот, поступающих на раздельные входы первого триггера 2. Для этого на вход блока синхронизации 5 поступает разрешающий импульс на второй элемент совпадения 13 с блока управления 10 (фиг.5а)

На фиг.56 и 5в показан один из вариантов взаимного расположения импульсов измеряемой и опорной частот, поступающих на раздельные входы триггера 2. Такое расположение импульсов может привести к разрыву фазовой характеристики, для исключения чего на первом элементе совпадения 11 блока синхронизации 5 производится сравнет ние импульсов с входа и выхода выходного триггера 18 делителя частоты 7 (фиг.5в и 5г), из полученных импульсов (фиг.5д) формируют короткий импульс (фиг;.5е) по срезу импульсов, показанных на фиг.Зд, и анализируют его положение уже относительно импульсов измеряемой частоты. При нежелательных ситуациях импульс с выхода элемента совпадения 13 блока синхронизации 5 устанавливает выходной триггер 18 делителя частоты 7 в нулевое состояние (фиг.5з), т.е. исходный фазовый сдвиг между фронтами измеряемого и опорного сигналов, поступаюгаих на первьи) триггер 2 всегда будет находиться в пределах 180±90 Предел отклонения частоты от номинального значения находится из формулы

217 . Д 2

Л

AT

Общее время измерения, равное

«О

ка синхронизации и входом установки 1 первого триггера, вход уста- 0

2Т

ц, , делится на два равных интервала, в течение каждого из которых измеряется среднее значение фазового сдвига Cf, и {f J . Среднеквадратичес- кая погрешность измерения средних значений фазовых сдвигов if, и Cf определяется формулой

«5

f

КБ

20

в

новки в о которого соединен со счетным входом счетчика импульсов опорной частоты, четвертым входом блока синхронизации и вторым выходом делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и вторым входом злемента совпадения, второй вход - с выходом блока синхронизации, третий вход ко . торого соединен с первым выходом де- лите|1я частоты.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что блок синхронизации содержит последовательно соединенные первый элемент совпадения,формирователь импульсов среза и второй элемент совпадения, второй и третий входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока синхронизации, третьим и четвертым входами которого являются входы первого элемента совпадения, а выходом - выход второго элемента совпадения.

3. Устройство по П.1, о т л и ч а- . ю щ е е с я тем, что блок управления I. Цифровое устройство дпя измере- содержит последовательно соединенные ния малых отклонений частоты от номи- первый формирователь импульсов среза.

где К число периодов. Среднеквадратическая погрешность измерения отклонения частоты равна

И . 1лгЛ1 -.

а 360- Т,, J. f .т

- не и

Сравнение среднеквадратических значений погрешностей прототипа и предлагаемого устройства показывает, что в предлагаемом устройстве погрешность уменьшается в -Ж раз.

Формула изобретения

25

30

40

45

нального значения, содержащее формирователь импульсов измеряемой частоты, генератор опорной частоты, делитель частоты, первый триггер, выход которого соединен с первым входом элемента совпадения, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика с индикацией, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности измерения, в него введены блок синхронизации, счетчик импульсов опорной частоты, второй триггер и блок управления, первый выход которого соединен с вторым вхо- дом блока синхронизации, второй выход - с третьим входом элемента совпадения, а третий выход - с входами установки в нулевое состояниие реверкипп-реле, второй формирователь им пульсов среза, выход которого явля ся третьим выходом блока управлени первым и вторым выходами которого ляются соответственно прямой и инв сный выходы кипп-реле, а входом - вход первого формирователя импульс среза.

4. Устройство по П.1, отличающееся тем, что делитель частоты содержит делитель и тригге счетный вход которого соединен с в ходом делителя и является первым в ходом делителя частоты, вторым вых дом которого является выход тригге причем первым и вторым входом дели ля частоты являются соответственно

сивного счетчика с индикацией и счет- вход делителя и установочный вход чнка импульсов опорной частоты, вы- триггера.

12936606

ход которого соединен со счетным входом второго триггера, выход которого соединен с входом блока управления и управляющим входом реверсивного счетчика с индикацией, при этом выход формирователя импульсов измеряемой частоты соединен с первым входом бло

ка синхронизации и входом установки 1 первого триггера, вход уста- 0

в

новки в о которого соединен со счетным входом счетчика импульсов опорной частоты, четвертым входом блока синхронизации и вторым выходом делителя частоты, первый вход которо го соединен с выходом генератора опо ной частоты и вторым входом злемента совпадения, второй вход - с выходом блока синхронизации, третий вход которого соединен с первым выходом де- лите|1я частоты.

0

5

кипп-реле, второй формирователь импульсов среза, выход которого является третьим выходом блока управления первым и вторым выходами которого являются соответственно прямой и инверсный выходы кипп-реле, а входом - вход первого формирователя импульсов среза.

4. Устройство по П.1, отличающееся тем, что делитель частоты содержит делитель и триггер; счетный вход которого соединен с выходом делителя и является первым выходом делителя частоты, вторым выходом которого является выход триггера, причем первым и вторым входом делите- ля частоты являются соответственно

и

ь б,

ГП

а. П дШ

е

ж.

иК.

п - гп I-I

г

П

Л

.2

(Риг. 3.

Риз. 4

д

т

Редактор В.Ковтун

Составитель Е.Соловьев

Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Заказ 382/50 Тираж 731Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

п

9u8. 5

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники и может быть использовано при создании Фиг, Г цифровых измерителей малых отклонений частоты от номинального значения. Цель изобретения - повьппение точности измерения - достигается за счет введения блока 5 синхронизации, счетчика 8 импульсов опорной частоты,второго триггера 9 и блока 10 управления. Кроме того, устройство содержит формирователь 1 импульсов измеряемой частоты, первый триггер 2, элемент 3 совпадения, реверсивный счетчик 4 с индикацией, генератор 6 опорной частоты, делитель 7 частоты.Функциональные схемы делителя -частоты, блоков синхронизации и управления приводятся в описании изобретения. 3 з.п. ф-лы, 5 ил. с S (Л N9 Р СО О) Од