Способ измерения частоты электрических колебаний Советский патент 1987 года по МПК G01R23/02 

11

Изобретение относится к электронно-счетным способам измерения частоты электрических колебаний и является усовершенствованием основного изобретения по авт. св. № 953585.

Цель изобретения - повышение точности измерения частоты путем уменьшения возможности ошибки, возникающей за счет выбросов и скачков фазовой ошибки значения измеряемой часто- ты. .

Способ измерения частоты электрических колебаний состоит в том, что предварительно фиксируют длительность полупериода измеряемой частоты, фор- мируют последовательность импульсов, частота которой в целое число раз К больше частоты, соответствующей ранее зафиксированной длительности полупериода, подсчитывают импульсы сформированной последовательности и в случае совпадения К-го имйульса этой последовательности с окончанием текущего полупериода измеряемой частоты измеряют частоту сформированной последовательности импульсов-, причем значение измеряемой частоты находят делением на число 2К результата измерения частоты сформированной последовательности импульсов, а в случае несовпадения К-го импульса с окончанием текущего полупериода повторяют последовательно все предварительные операции до совпадения. При этом измерение частоты сформированной последовательности импульсов основано на накоплении периодов эталонной частоты и формировании временного интервала измерения частоты, равного

-

сумме двух других интерналов эталон

ного и дополнительного, первый из которых равен целому числу периодов эталонной частоты, а дополнительный интервал формируется от конца эталонного интервала времени до начала пе- риода эталонной частоты, следующего непосредственно за ближайшим после конца эталонного интервала началом периода сформированной последовательности импульсов,

На фиг.1 дано устройство, реализующее способ; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы его работы. .

Устройство содержит входную шину I, шину 2 Начало работы, формирователь 3 импульсов, элементы И 4-14, умножитель 15 частоты, элементы НЕ б-18, счетчики 19-21 импульсов.

5

О

. ь 20 чп3525

40

4550

55I оi.

триггеры 22-26, шину 27 импульсов эталонной частоты, шину 28 Конец измерений.

Входная шина 1 соединена с входом формирователя 3 импульсов, выход ко- торого соединен с первым входом элемента И 4, выход которого соединен с входами умножителя 15 частоты, элемента НЕ 16, первым входом элемента И 7 и входом Сброс счетчика 19, выходы которого через соединительные шины или через элементы НЕ 17 (соединение производится таким образом, чтобы при накоплении в счетчике необходимого количества импульсов, равного К-1, на входах следующего элемента И 6 присутствовали единичные потенциалы с выходов счетчика) соединены с входами элемента И 6. Выход умножителя 15 частоты соединен с первым входом элемента И 5, второй вход которого соединен с выходом элемента НЕ 16, и вторым входом элемента И 7-, выход которого соединен с S-входом триггера 23, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И 8, а инверсный - с вторым входом элемента И 4. Выход элемента И 5 соединен с вторым входом элемента И 8, счетным входом счетчика 19 и R-BXO- дом триггера 22, S-вход которого соединен с выходом элемента И 6, а выход - с третьим входом элемента И 7. Выход элемента И 8 соединен с первыми входами элементов И 9, 10 и 14, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным вьпсо- дами триггера 24 и прямым выходом триггера 26 соответственно. Выход элемента И 9 соединен с S-входом триггера 25, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И 11,выход которого соединен с R-BXO- дом триггера 26, S-вход которого соединен с выходом элемента И 10, а прямой выход - с первым входом элемента И 12, выход которого соединен с вторым входом элемента И 11 и счетным входом счетчика 20. Выходы счетчика 20 через соединительные шины или через элемент НЕ 18 соединены с входами элемента И 13, выход которого соединен с S-входом триггера 24. Второй вход элемента И 12 соединен с шиной 27 импульсов эталонной частоты, а инверсный выход триггера 26 соединен с шиной 28 Конец измерений, выход элемента И 14 соединен со счетным

R-входы триггеров Начало рабошиной

счетчиков 20 и 21, 23-25 соединены с та. -

Предлагаемый снособ в устройстве осуществляется следующим образом.

Формирователь 3 импульсов формирует из электрических колебаний, поступающих по входной шине I (фиг.2а), последовательность импульсов, соот- ветствующих пересечениям электрическими колебаниями нулевого уровня (фиг.26), которые поступают на вход элемента И 4, закрытого нулевым потенциалом с инверсного выхода тригге- ра 23. С началом работы устройства импульс по шине 2 Начало работы обнуляет счетчики 20 и 21 и устанавливает в нулевое состояние триггеры

23-25. Единичный потенциал с инверс- 20 и 14. Первый импульс через открытый

ного выхода триггера 23 открывает элемент И 4 и импульсы с формирователя 3 импульсов через элемент И 4 поступают на вход умножителя 15 частоты. Импульсы частотой 2fK (фиг.2в), где К - коэффициент умножения умножителя 15 частоты, поступают через элемент И 5 (фиг.2г), открытый единичным потенциалом, на счетный вход счетчика 19, который считает число импульсов за полупериод электрического колебания , что соответствует времени между импульсами с выхода формирователя 3 импульсов. Через каждый полупериод

счетчик 19 обнуляется очередным им- - 35 достигается за счет определенного

пульсом с выхода элемента И 4. Если к моменту прихода очередного импульса с выхода элемента И 4 в счетчике 19 накопится число импульсов, равное К-1, то на выходе элемента И 6 (фиг.2д) за счет определенного соединения его входов с выходами счетчика 19 посредством соединительных шин и элементов НЕ 17 появится единичный

потенциал, который перебросит триг- 45 элемент И 9 откроется, а элемент

гер 22 в единичное состояние (фиг.2е), единичный потенциал с прямого выхода которого подготовит к открытию элемент И 7.

I

50

Если к моменту прихода очередного импульса с выхода элемента И 4 на вход счетчика 19 поступит К-й импульс с выхода умножителя 15 частоты, то он перебросит триггер 22 в нулевое „ состояние, нулевой потенциал с прямого выхода которого закроет элемент И 7. В случае, если за предьщущий или за текущий полупериоды электри

произойдет, то импульс с выхода элемента И 4 , совпадет с К-м штульсом для данного полупериода с выхода ум- ножителя 15 частоты и (К-1)-м импуль- сом с выхода триггера 22 на элементе И / и единичный потенциал с его выхода установит в единичное состояние триггер 23 (фиг.2ж), единичный потенциал с прямого выхода откроет элемент ИВ, а нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 23 прекра-- ТИТ доступ импульсов с выхода форми- роват еля 3 импульсов на вход умножителя 15 частоты, что обеспечит на его выходе стабильную частоту импульсов, равную 2fK, которая через открытый элемент И 8 (фиг.2) поступит для измерения на входы элементов И 9, 10

5

0

элемент И 10 поступит на S-вход триггера 26, установит его в единичное состояние и тем самым откроет элементы И 12 и 14. После этого на счетные входы счетчиков 20 и 21 через открытые элементы И 12 и 14 начинают проходить импульсы эталонной частоты fg и измеряемой частоты 2fK соответственно. Таким образом, начинает формироваться эталонный интервал Г . При накоплении в счетчике 20 определенного числа импульсов эталонной частоты Ng на выходе элемента И 13 появится единичный потенциал, что

соединения выходов счетчика 20 с помощью соединительных шин или элементов НЕ I8 с выходами элемента И 13, при котором при записи в счетчике 40 20 N д числа импульсов на входах элемента И 13 присутствуют единичные потенциалы. Единичный потенциал с выхода элемента И 13 перебросит .триггер 24 в единичное состояние.

0

И О закроется. После окончания эталонного интервала счетчик 20 продолжает считать импульсы эталонной частоты, так как элемент И 12 продолжает оставаться открытым. Это означает,

что начинает формироваться дополни- I

тельный интервал измерения Ci . Очередной импульс, соответствующий началу ближайшего после конца эталонного интервала периода сформированной последовательности импульсов, установит триггер 25 в единичное состояние и откроет элемент И 11. Бли513

жайший после этого момента импульс эталонной частоты через открытый элемент И 12 проходит на счетный вход счетчика 20 и через открытый элемент И 11 на R-вход триггера 26, который устанавливается в нулевое состояние, закрывает, элементы И 12 и 14, прекращает доступ импульсов на счетчики 20 и 21 и формирует сигнал по шине 28 Конец измерений.

В случае, если за предьщущие или текущие полупериоды электрических колебаний происходит изменение фазы, то совпадение сигналов на элементе И 7 не происходит (фиг.З) и устройст- во начинает анализ следующего полупериода электрических колебаний, до момента отсутствия фазовой ошибки. Совпадение или несовпадение импульсов на элементе И 7 позволяет однозначно судить о постоянстве фазы на исследуемых интервалах времени, т.е. об отсутствии фазовой ошибки, так как число импульсов за полупериоды электрических колебаний на выходе умножи- теля 15 частоты равно К только в том случае, если изменения фазы за анали- зируемьй или предащущий полупериоды не произойдет, при этом совпадение импульсов с выходов умножителя 15 частоты и элемента И 4 на элементе И 7 также необходимо, так как это устраняет ошибку, которая могла бы возникнуть из-за дискретности заполнения счетчика 19.

Частота f определяется по формуле

...Nllit,

. 2 N,.- К

эт

где

N число импульсов сформиро- 40 ванной последовательности

186

импульсов, записанных в счетчике 21; N - число импульсов эталонной

частоты, записанных в счетчике 20;

К - коэффициент умножения умножителя 15 частоты. Предлагаемый способ, по сравнению с известным, позволяет измерять частоту электрических колебаний с высокой точностью, исключая фазовую ошибку.

I

Формула изобретения

Способ измерения частоты электрических колебаний по авт.св. № 953585 отличающийся тем, что, с целью повьшхения точности измерений предварительно фиксируют длительност полупериода, измеряемой частоты, формируют последовательность импульсов, частота которой в постоянное целое число раз К больше частоты, соответствующей ранее зафиксированной длительности полупериода, подсчитывают импульсы сформированной последовательности и в случае совпадения К-го импульса этой последовательности с окончанием текущего олупериода измеряемой частоты измеряют частоту сформированной последовательности импульсов, причем значение измеряемой частоты находят делением на число 2-К результата измерения частоты сформированной последовательности импульсов, а в случае несовпадения К-го импульса с окончанием текущего полупериода повторяют последовательно все предварительные операции до совпадения.

П

П

П П

Г К-1 к

1 К 1

д

П

К 1

П П

Фиг. 2

Редактор Л.Гратилло

Составитель Н.Федоров

Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Заказ 1793/36

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 V

П

П

6

П

/ К-1 К

П

/ К-1 к

ftuz.S

Изобретение относится к электронно-счетным способам измерения частоты электрических колебаний. Является дополнительным изобретением к авт. св. № 953585. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты - достигается путем уменьшения возможности ошибки, возникающей за счет выбросов и скачков фазовой ошибки значения измеряемой частоты. Устройство, реализз тощее способ, со- держит входную пшну 1, шину 2 Начало работы, формирователь 3 импульсов, элементы И 4-14, умножитель 15 частоты, элементы НЕ 16-18, счетчики импульсов 19-21, триггеры 22-26, шину 27 эталонной частоты, шину 27 эталонной частоты, шину 28 Конец измерений . Предложенный способ позволяет измерять частоту электрических колебаний с высокой точностью, исключая при этом фазовую ошибку. 3 ил. (Л 00 ГЧ)