Цифровой измеритель периода Советский патент 1988 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использова- 10 при создании высокоточных измерителей периода электрических сигна- с лов.

Целью изобретения является увеличение точности измерения периода за :счет уменьшения влияния шумов на входе формирователя импульсов на по- JQ грешность измерения.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого измерителя.

Цифровой измеритель периода содержит формирователь 1, блоки 2 задержкиt5 первого импульса, состоящие из триггера 3, элемента 4 задержки и элемента 5 совпадения вентиля, делители 6 частоты, число которых равно п и каждьм из которых представляет собой 20 параллельно и независимо работанлций делитель частоты на т, многоканальный формирователь 7 времени измерения, генератор 8 эталонной частоты, линию 9 задержки, п ключей 10 - 13, элемент25 ИЛИ 14, счетчик 15 импульсов и индикатор 16. Вход формирователя 1 является входом всего устройства, выход формирователя 1 соединен с S-входом RS-триггера 3 первого блока 2 задерж- О ки импульса и объединенными вторыми входами вентилей 5 всех блоков 2 задержки импульса от второго до (п-О- го и входом первого делителя 6 частоты.. 35

В каждом блоке 2 задержки импульса выход RS-триггера через элемент 4 задержки соединен с первым входом вентиля 5, а R-входы RS-триггеров 3 всех (п-1) блоков 2 задержки импуль- до са объединены и соединены с входом Сброс устройства. Выход вентиля 5 каждого К-го блока 2 задержки импульса соединен с S-входом RS-триггера 3 последукядего ( К + 1)-го блока 2 за- 45 держки импульса и входом (К + 1)-го делителя 6 частоты. Выход К-го делителя 6 частоты и всех остальных динен соответственно с К-м и остальными входами многоканального фор- eg мирователя 7 времени измерения. К-й и все остальные выходы многоканального формирователя 7 времени измерения соединены соответственно с вторыми входами К-го и остальных п ключей 10- ,, ГЗ, первые входы которых соединегсы с соответственно с К-м и остальными выходами линии 9 задержки, вход которой подключен к выходу генератора 8

эталонной частоты. Выходы каждого из п ключей 10 - 13 соединены с входами элемента ИЛИ 14, выход которого подключен к входу счетчика 15 импульсов Выход счетчика 15 подключен к инди:. катору 16.

Устройство работает следующим образом.

В начальньй момент времени RS- триггеры 3 блоков 2 задержки импульса сброшены, так что вентили 5 закрыты. Входной сигнал, период которого подлежит измерению, поступает на вход формирователя 1., осуществляющего преобразование входного сигнала в последовательность коротких импульсов. Преобразование осуществляется в моменты перехода смеси сигнала и шума через порог срабатывания формирователя 1. Длительность формируемых импульсов должна быть значительно меньше периода их повторения, например D « 0,05 Т, а параметры формирователя должны быть выбраны так, чтобы выйолнялось соотношение

0,-5 Т,

с-,

,5

2 D,

где хГ - в. еличина задержки в каждом из блоков задержки первого импульса; Т период повторения входного

измеряемого сигнала; D - длительность импульса, формируемого формирователем 1 . Это необходимо для исключения возможности преждевременного пропускания импульса каждым из блоков 2 задержки импульса.

С выхода формирователя импульс поступает на вход первого из делителей 6 частоты и на Б-вход RS-триггера 3 первого из блоков 2 задержки импульса, устанавливая этот RS-триггер в единичное состояние. Через время , определяемое временем задержки элемента 4, открывается вентиль 5 и следуюш1ий импульс с формирователя 1 приходит на вход как первого, так и второго из делителей 6 частоты и, кроме того, открывает вентиль в следующем канале. За счет такой реали- захщи устройства каждый последующий канал начинает работать через интервал времени, равный одному периоду измеряемого сигнала.

Каждый из п каналов многоканального формирователя 7 времени измерения

31394158

формирует на выходе импульс, длитель- в течение m периодов входного сигна- ность которого о зависит от моментов ла, причем моменты начала и конца преобразования входного сигнала в фор- поступления импульсов по каждому из мирователе 1 и определяется каналов последовательно сдвинуты на

один период измеряемого сигнала, m Т„ + i.При этом суммарное время измерения

Тц составит где длительность импульса Г в

i-M канале;. Ю Т, m i Т 4- п Т .

m - значение коэф4)йциента деле НИН делителей 6;Обычно величина m п и, следовад - погрешность формирования тельно, дополнительное увел.ичение

временного интервала в i-м времени измерения, связанное со сдви- канале, связанная с наличи- 15 гом в начале работы отдельных кана- ем шумов на входе формиро- лов, незначительно.

вателя 1.Число импульсов, пропорциональное

Число m выбирается из необходимой среднему периоду измеряемого сигнала, точности измерения и допустимого вре- определяется счётчиком 15 импульсов мени усреднения Т входного сигнала. 20 и индикатором 16.

Импульсы генератора 8 эталонной Средний период измеряемого сигна- частоты поступают на линию 9 задерж- ла может быть определен по формуле ки и с ее выходов через открытые ключи 10 - 13 и элемент ИЛИ 14 на вход счетчика 15 импульсов.25Т

Наличие линии 9 задержки необходи- МО для того, чтобы импульсы тактовой д содержимое счетчика 15 им- частоты, вырабатьшаемые генераторомпульсов, полученное в резуль8, бьши разнесены во времени для каж- измерения.

дого из п каналов измерения периода. 30 лj.

i- « Учитывая, что погрешность формиЭто исключает возможность одновремен-

J рования при измерении среднего из ного поступления двух или большего

периодов в каждом из каналов изчисла импульсов на входы-элемента

„„„ , ,мерителя определяется погрешностью

ИЛИ 14 и, соответственно, потери од- ,

- м формирования первого и последнего ного или нескольких импульсов, что ис-35 «мпульсов, а она зависит от шумов казило бы результат измерения. Вели- формирователя, то разнесе- чина времени задержки между выходами времени моментов формирова- двух. соседних каналов линии 9 задерж- первого и последнего импульсов ки составляет 6,, и изменяется от О равносильно введению п независимых, для 1-го канала до (п-О ,. . Для 40 параллельно работающих каналов изме- п-го канала. Значение с„ выбирается р случаях, когда спект- в соответствии с условиемральные характеристики помехи на входе формирователя близки к белому шуТ с Т -i - tМУ среднеквадратическая погрешность

с ц э п

измерения среднего из m периодов измеряемого сигнала, обусловленная шугде Т - время окончания переходных. де формирователя, снижает- процессов в счетчике им- д Лп раз.

пульсов ;Среднеквадратическое значение отТ, - период генератора эталонной „осительной погрешности при измерении

частоты . .среднего из m периодов, обусловленПри этом длительность импульсов наличием шумов на входе формиро-.- эталонной частоты должна быть меньше , определяется как Т, . Минимальная их длительность оп- . . ределяется характеристикой конкрет- gg ной реализации счетчика 15 импульсов.(

На вход счетчика 15 импульсов по- ступают импульсы генератора 8 эталон- 2 9U m

ной частоты по каждому из п каналов

где С7 - среднеквадратическое значение напряжения шумов на входе формирователя I; } - амплитуда измеряемого сиг-

нала, .

Погрешность предлагаемого устройства в результате усреднения результата измерения по п каналам по общему правилу суммирования средне- квадратических погрешностей определяется по формуле

TC 42irU in V

I Таким образом, в предлагаемом уст- |ройстве уменьшаются в -.раз состав- |ляющие погрешности, обусловленные |как дискретностью генератора эталон- |ной частоты, так и наличием шумов на. |входе формирователя, что существенно повышает точность измерителя.

Формула изобретения

1. Цифровой измеритель периода, содержащий формирователь импульсов, |п делителей частоты, многоканальный формирователь врвмепк измерения, электронные ключи, линию задержки, генератор эталонной частоты, выход которого подключен к линии Задержки, и последовательно соединен- ые элемент ИЛИ, счетчик импульсов и Индикатор, при этом входы элемента

0

5

0

5

0

5

ИЛИ подключены к выходам ключей, первые входы которых соединены с выходами линии задержки, а вторые входы ключей соединены с выходами многоканального формирователя времени измерения, входы которого подключены к выходам делителей частоты, при этом первый вход п делителей частоты соединен-С выходом формирователя импульсов, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения, в него введены последовательно соединенные п-1 блоков задержки импульса, вторые входы п-1 блоков задержки импульса объединены и подключены к выходу формирователя импульсов, третьи входы п-1 блоков задержки импульса объединены и подключены к шине Сброс, а выходы п-1 блокоб задержки импульса под1слючены к п-1 входам п делителей частоты.

2. Измеритель периода по п. 1, отличающийся тем, что каждый блок задержки импульса содержит последовательно соединенные RS- триггер, элемент задержки и элемент совпадения, второй вход которого является вторым входом блока задержки импульса, выход элемента совпадения является выходом блока задержки импульса, S-вход RS-триггера является первым входом блока задержки импульса, а R-вход RS-триггера - третьим входом блока задержки импульса.

Изобретение служит для увеличения точности измерения периода. Цифровой измеритель со; ержит формирова-. тель 1 импульсов, делители 6 частоты, многоканальный формирователь 7 времени измерения, генератор 8 эталонной частоты, линию 9 задержки, п ключей 10-13, элемент ИЖ 14, счетчик 15 импульсов и индикатор 16. Введение в устройство п - 1 блоков 2 задержки импуьсов, состоящих из триггера 3 элемента 4 задержки и элемента 5 совпадения, и образование новых функциональных связей уменьшают влияние шумов формирователя 1 импульсов на погрешность измерения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.