Способ определения отклонения частоты от номинального значения Советский патент 1989 года по МПК G01R23/00 

4: 4 ;0 СО ND СО

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для сличения стабильных источников частот с высокой точностью и может быть использовано в радиоизмерительной технике, технике средств связи и в метрологии, в случаев, когда необходимо измерять в теч ение короткого времени очень малое отклонение частоты от номинала, а частоты сигналов измеряемого и эталонного генераторов различны.

Цель изобретения - повьшение разрешающей способности и сокращение времени измерения.

На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации способа определения отклонения частоты от номинального значения.

Выход измеряемого генератора, f, подключен к счетному входу первого делителя 1 с переменным коэффициентом деления (ДПКД), и выход эталонного генератора .f, к второму ЩКЛ-2 выходы же ДПКД подключены к входам релейно-фазового детектора 3 (РФД) и к формирователю 4 импульсов управления (ФИУ), а выходы РФД 3 подключены к другим входам ФИУ 4, выходы которого подключены к тактовым входам блоков 5 и 6 управления, а также к определителю 7 расфазировки

10

15

25 ЗО

499232

(ОРС), к входам счетчика 8 времени (СчВр подключены выход ДПКД 1 и дополнительные выходы блоков 5 и 7, а выходы блоков 5 и 6 соединены с управляющими входами ДПКД, выходы же СчВр 8 соединены с управляющими входами блоков управления 5 и 6, а специальный выход блока управления 5 подключен к входу ОРС 7, выходы которого соединены с входами вычислителя 9 отклонения частоты (ВОЧ),

Способ и работа устройства для его реализации рассматривается на примере сличения эталонной частоты fа 5 МГц и измеряемой частоты f 8448 KFu-vuf, где Af - отклонение частоты от номинального значения, определяется с точностью Ш fц. Предварительно определяют коэффициенты деления ДПКД. Для выбора этих коэффициентов используют апгоритм Евклида,

20

Очевидно, что сравнение частоты

г, и iv, ди ть лить

ц ± ftf может происхо- на общей для них частоте сравнения f. В данном случае f 8 кГц, Чтобы получить частоту

ОTIT

fc.

fg необходимо разделить на N

625, а Г„э на М 1056,

Определяют по алгоритму Евклида неполные частные q, (г - остаток)

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить разрешающую способность и сократить время измерения. Устройство, реализуюрхее способ, содержит делители 1 и 2 с переменным коэффициентом деления, релейно-фазовый детектор 3, формирователь 4 импульсов управления, блоки 5 и 6 управления, определитель 7 разфазировки, счетчик 8 времени п вычислитель 9 отклонения частоты. Способ используется в том случае, когда необходимо измерять в течение короткого времени очень малое отклонение частоты от номинала, а частоты измеряемого и эталонного сигналов генератора различны и их наибольший делитель много меньше любой из частот. I ил.

М q,N + г.,, 1056 1x625+431, q 1 N + r. 625 1x431 + 194, q 2. 1 r q,r, + r. 431 2x194+43, q 2 194 4x43+22, q4 4

q

к I +1

+ i-R.z 3 1x22+21, q.y 1 22 1x21+1, q 1 21 21x1+0, qy 21 С помощью неполных частных определяют коэффициенты деления, при которых различие периодов поделенных сигналов минимально и равно одному кванту.

1

1

Ц. f.

М -f.

б25 8448-10

1„.

1056 5 10

Л О,19 НС.

Коэффициент деления находится путем . рещения целочисленного уравнения первой степени с двумя неизвестными

N , m - Мш ± 1 , где пит искомые величины.

Величина m получается из рекурент- ного значения Р, а п из рекурентно- го значения Q,

Р d,; Q, 1; PC. пг q.2 + 1;

Qj, 2«

P.-, q.K + P

к- 2

Qi, QR-,- qk- + Q.-i при КйЗ.

в данном случяе

Р,

I

Р4

Pf Р

2x2 5x4+2

О.. 1

0.

О., 1x2+1 3 ЗхА+1 13

2 2.

5;

22; 0,4

22x1+5 27; 0,5- 13х1+3 - 16 .g - 27x1+22 49; Qg 16x1+13 29

т.к. Р 1056, а Q7 625, то, следовательно, m 49, а п 29, Действительно: 625x49 - 1056x29 30625-30624 1

106 : 4,17- 25, но меньше 26, так что после 26-го деления передни Фронт поделенного f, опередит перед

10

НИИ фронт, полученньш от fит, и при этом величина рясфаэировки равна

4,17x26 - 106 2,42 не.

Теперь однократно устанавливаются коэффициенты деления 16 и 27, ко торые в сумме с коэффициентами 13 и 22 образуют коэффициента деления 29 и 39 и затем устанавливают коэффи

Итак, сближение фронтов поделенных 5 деления 29 и 49 и производят

точное сближение фронтов. 16 „„ 27

сигналов на величину одного кванта происходит при коэффициенте деления для f,, равном 29, а для f,, равном 49.

Но фазировать с помощью такого малого шага и только в одну сторону неудобно, поэтому выбираются условия дня грубого фазирования путем определения компенсирующих коэффициентов деления при уходе фазы за период сравнения при точном фазировании

N .n-K + n, иМ тК+т,.

N делится на п и получается величина К 21 и остаток п, 16, а аналогично т, 27. При делении на 16 и, 27 сдвиг передних фронтов происходит на 21 квант и в обратную сторону по сравнению с делением на 29 и 49. Целесообразно определить условия грубого фазирования и в другую сторону п п-п, н т. m-m ; П2 13, а Pig 22. При этих коэффициентах деления смещение передних фронтов равно 22 квантам.

Процессе измерения отклонения частоты от номинала начинается с предварительного сближения фронтов поделенных сигналов (фазирования).

Пусть вначале имеется расфазиров- ка, равная 106 не, и передний фронт полученный от деления fnjs опережает передний фронт поделенного эталонного сигнала на (- 106 не).

Сначала проводится грубое сближение передних фронтов и устанавливаются в ДПКД коэффициенты деления 13 и 22 (так как фронт f, опережает) .После каждого деления поделенные фронты сближают на 4,17 не, так как

3о .

--- 2,6

1э

МКС,

2,60417 МКС.

1449923

106 : 4,17- 25, но меньше 26, так что после 26-го деления передний Фронт поделенного f, опередит перед

НИИ фронт, полученньш от fит, и при этом величина рясфаэировки равна

4,17x26 - 106 2,42 не.

Теперь однократно устанавливаются коэффициенты деления 16 и 27, которые в сумме с коэффициентами 13 и 22 образуют коэффициента деления 29 и 39 и затем устанавливают коэффи-

деления 29 и 49 и производят

точное сближение фронтов. 16 „„ 27

4 -- 9

3,2 МКС,

f

и

3,19602 МКС или сдвиг фронтов в обратную сторону равен - 3,98 не.Так что при переходе к делению на 29 и 44 сдвиг равен

-3,98 + 2,42 -1,56 НС, 1,56 : 0,, но меньше 9.

При девятом делении определяется, что произошло предварительное сближение и действительная расфазировка при этом меньше 0,19 не:

0,19 X 9 - 1,56 1,71 - 1,56

0,15 НС.

Начинается следуюп1ая операция - формирование интервала выдержки. Для того, чтобы точность измерения бьша не хуже от f,, при измерении с помощью квантов, равных 0,19 НС, интервал выдержки должен быть равен Ю квант 19 с.

При формировании интервала выдержки необходимо, чтобы периоды, полученные из f, и из n 8448 кГц, бьши равны, т.е. интер- вап выдержки должен быть кратен пе1риоду частоты сравнения ---

е

125 МКС. На интервале выдержки таких периодов 152 тысячи, т.е. 152 тысячи раз ДПКД делят на 625 и 1056 соответственно.

После окончания второй операции - формирование временного интервала выдержки - начинается третья операция - повторное сближение передних фронтов поделенных сигналов с точностью до одного кванта.

X

Пусть частота f...

10-V.

f

п

- 37

X

„, тогда после окончания интервала измерения снлчлла поступает

ронт поделенной частоты f,, а заем через время & фронт поделенной

астоты f.

vtcJfHt

S9 С + Л

ilQ56ii52:;ig},

.f,

« 1056 -152

- 19 с (1+37-10

Л - (

(И-37

) + 0,15 topMc

и -ti

Ю-)

НС или 7,18 НС,

где 0,15 НС - начальная ошибка.

Так как фронт поделенной частоты f поступил раньте, то устанавливается деление ДПКД на- 16 и 27, при которых разность периодов равна -3,98 НС. После двухкратного деления (к 2) положение поделенных фронтов изменится при разности фаз, равной

-2x3,98 + 7,18 -7,96 + 7,18

-0,78 НС.

После этого устанавливается деление на 29 и 49 и производится К делений до нового изменения взаимного положения фронтов К 5.

5 X 0,19 - 0,78 0,17 не.

Следующая операция состоит в подсчете величины отклонения частоты путем умножения величины отличия периодов поделенных импульсов на число повторных делений и суммирование данных умножения

-К,- 2lS + KjS - 425 + 5S о - 37S 2-(- 3,98нс) + 5 X

X 0,19 НС,

т.е. как раз той величине, что fibma эадана вначале, где 5 - величина кванта, отнесенная к .интервалу измерения .

Таким образом определено, что if - 37- .

В устройстве, реализующем способ определения отклонения частоты от номинального значения, установка нужных коэффициентов деления производится по командам с блоков, 5 и 6 соответственно. Данные команды формируются путем дешифрации сигналов с ФИУ 4 и СчВр 8. СчВр 8 определяет время начала сближения, а последовательность сигналов с ФИУ 4 определяет команды, формируемые в блоках

4499236

5 и 6. В ФИУ 4 формируют управляющие сигналы в фазе с импульсами, поступающими на выходы ДПКД 1 и 2 по командам РФД 3. Если вначале сближения передний фронт поделенного импульса с ДПКД 1 опережает соответст- вующий фронт с ДПКД-2, то устанавливают период поделенных импульсов 10 в ДПКД 1 больше, чем в ДПКД 2, при изменении взаимного положения фронтов поделейных.импульсов производят точное сближение фронтов. При точном сближении фронтов периоды поделенных 15 сигналов отличаются на один квант. При изменении временного интервала взаимного положения фронтов поделенных сигналов в процессе точного сближения фиксируют окончание про- 20 цесса сближения. Сближение производится в начале и конце интервала измерения, который определяется СчВр8, который начинает считать число делений ДПКД 1 по сигналам с блока 5. 25 ОРС 7 производит умножение данньтх о разности периодов поделенных сигналов , которые на него поступают с блока 5, на число таких периодов,подаваемых с ФИУ 4. Время начала умно- OQ женин и суммирования определяется СчВр 8. Подсчет отклонения частот поделенных сигналов производит ВОЧ 9 по данным с ОРС.

0

5

0

5

Формула изобретения

Способ определения отклонения частоты от номинального значения,основанный на измерении изменения временного интервала между импульсами эталонного и измеряемого сигналов к концу интервала вьщержки, формируемого из импульсов эталонного сигнала, путем деления частоты эталонного сигнала f Д° частоты, в целое число раз меньшей номинальной частоты измеряемого сигнала f,, и последующего вычисления отклонения частоты как отношение измеренного изменения временного интервала к интервалу выдержки, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения разрешающей способности и сокращения времени измерения, перед началом форми рования интервала вьщержки фазируют начало интервала вьщержки с измеряемым сигналом путем последовательного выделения пары импульсов эталонного и измеряемого сигналов и определе714499238

ния знака взаимного положения ихфронтов сигналов при минимальном выбфронтов, причем последовательное вы-ранном k, а при измерении изменения

деление пары импульсов производятвременного интервала между импульсачерез п периодов эталонного сигнала эталонного и измеряемого сигналов

и п периодов измеряемого сигнала прик концу интервала вьщержки повторяют

mN - пМ ±k,, где k - целое число,фазирование измеряемого и эталонного

большее или равное единице, а сигналов, измеряют и суммируют при

,- заканчивают фазирование вэтом значения различий в интервалах

момент изменения знака сравниваемых Qвьщеленных пар импульсов.