Способ измерения частоты Советский патент 1990 года по МПК G01R23/06 

Vuz.i

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих низкочастотных частотомеров, та- хометров, измерителей частоты сердечных сокращений и т.п.,

Цель изобретения - повьпиение точности измере шя частоты.

На фиг.1 приведена функциональ- ная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы работы устройства для осуществления способа измерения частоты.

Устройство для измерения частоты (фиг,1) содержит источник 1 опорного напряжения, ключ 2, интегратор 3, ключ 4, интегратор 5, операционный усилитель 6, общую щину 7, резистор 8j конденсатор 9, блок 10 сравнения, генератор 11 импульсов опорной частоты, ключ 12, счетчик 13, блок 14 цифровой индикации, блок 15 запуска и сброса, формирователь 16 опорного интервала времени, входной форг-шро- ватель 17, вход. 18, ключи 19-22 и элемент ИЛИ 23.

На фиг.2 обозначено: U, (t) - сиг- рал на входе 18 устройства с измеряемой частотой U .jCO-U Ct) ; U(t),

и„ (t), u,2(t), u,j(t), и,,(t),

и (t) - напряжение на выходах ключа

2, интегратора 3, ключа 4, усилителя

6, блока 10, 1шюча 12, формирователе

16и 17 и элемента 23; .t)- и -., (t) - напряжения соответственно

на первом, втором, третьем и четвер- том выходах блока 15 запуска и сброс

Для пояснения предлагаемого способа измерения частоты рассмотрим ра боту устройства, реализующего этот способ.

В исходном состоянии при отсутствии сигнала U fj (t) с измеряемой частотой FX на выходе 18 и, следователь но, на выходе входного формирователя

17по сигналам низкого уровня на выходе формирователя 16 опорного интервала времени и первом выходе блока

15 запуска и сброса, ключи 2, 4, 12, 19 и 21 закрыты, а на втором выходе блока 15 запуска и сброса формируется управляющий сигнал высокого уровня, ксторьм интегратор 3 со сбросом устанавливается в режим Сброс, т.е U3(t)0.

С приходом на вход 18 устройства входного сигнала с измеряемой частотой YX на выходе -формирователя 17

формируется импульс длительностью Т;(, на время действия которого открывается ключ 2, передним фронтом импульса Ту. интегратор 3 со сбросом переводится в режим Интегрирование и начинает интегрировать опорное напряжение U источника 1 опорного напряжения. Одновременно по переднему фронту импульса 1 формирователь 16 опорного итервала времени начинает формирование опорного интервала времени длительностью (Т,„ Tjf) путем подсчета опреде ленного числа N, импульсов опорной частоты F(, с периодом следования Тд(). Импульс длительностью

СП

через элемент ИЛИ 23 поступает

на управляющий вход ключа 4, открывая его.

Таким образом, по переднему фронту импульса Т у ключ 2 открывается на интервал времени длительностью Т,а К.ПЮЧ 4 - на интервал -времени длительностью Тр.

В процессе интегрирования на выходе интегратора 3 со сбросом формируется напряжение ) : t .

; U3(t) - - .

1 0

t1

где ill, 1)2 постоянные времени интегрирования интегратора со сбросом.

Через открытьй В тече1ше опорного времени ключ 4 напряжение UgCt) поступает на вход интегратора 5. На выходе операционного усилителя 6 к моменту окончания опор.ного интервала времени формируется напряжение U(t Т,): .

1

- . U.,(t)dt

1-г

- л-л -рГ

2 (-1 I

В момент окончания опорного интервала времени ключ 4 закрывается. Накопленный за время интегрирования на конденсаторе 9 заряд с этого момента сохраняется неизменным до окончания интервала времени Tj,. Напряжение на выходе операционного усилителя 6 при этом неизменно и составляет

UoTio

7 1 -р , t

. Интегрирование опорного напряжения DO интегратором 3 со сбросом продолждется до окончания интервала времени Т. К моменту окончания интервала времени 1 на выходе интегратора 3 со сбросом формируется напряжение

U3(t T,):

U() - -1- 5 . г., о

UoTx

--.

По заднему фронту импульса Ту, с выхода входного формирователя 17 ключ 2 закрывается, прекращая интег- рирова1ше опорного напряжения источ вика 1 опорного напряжения интегратором 3 со сбросом. По сигналам управления ключи 20 и 22 закрываются, а ключи 12, 19 и 21 открываются. Переключением ключей 19-22 обеспечивается перекоммутация выводов конденсатора 9, что приводит к смене полярности напряжения на выходе операционного усилителя 6 при сохранении его абсолютного значения

u,(t т ) - u,(t TJ

UoTon olffl

If f f

-t -i

Одновременно высокий логический уровень с первого выхода блока:15 запуска и сброса через элемент ИЛИ 23 переводит ключи 4 и 12 в открытое состояние. При этом начинается интег рирование интегратором 5 напряжения

U2(), а на счетчик 13 начинают поступать импульсы опорной частоты F с генератора 11 импульсов опорной частоты. Напряжение на выходе операционного усилителя 6 (на конденсаторе 9) изменяется по закону

1 ,.UoTon .

dt - 2TT i ii

U()Uj( fxrt1

-I u,,,dt.

H- 1 . -Oi i

+

i

L, l-u

. Конденсатор 9 разряжается, и момент полного разряда конденсатора фиксируется блоком 10 сравнения. Длительность интервала времени Т, . за который конденсатор 9 полностью разряжается, определяется и уравнения

{i

L , 11

T,0.

Отсюда

Ti

т - ion

2T.

В момент фиксации блоком 10 сравнения достижения нулевого напряжения на конденсаторе 9 устройство возвращается в исходное состояние: ключи 2, 4, 12, 19 и 21 закрыты, ключи 20 и 22 открыты, интегратор 3 со сбросом установлен в режим Сброс. За интервал времени Т в счетчик 13 поступило Nj( Fp импульсов опорной частоты.

В результате в счетчике 13 формируется код результата измерения N, который индицируется блоком 14 индикации

5

м Т F -

N)C-T,FO- --2Т.

F.

оЛа. NJ

. X

2 F Т

о )r

2Fc

0

5

0

5

0

5

Таким- образом, погрешность результата измерения зависит только от нестабильности опорной частоты F, тогда как в известных устройствах Погрешность измерения частоты значительно больше, поскольку зависит от нестабильности отношения сопротивлений резисторов и постоянной времени интегрирования.

Формула изобретения

Способ измерения частоты, основанный на преобразовании периода изме- ряемой частоты в напряжение, посредством интегрирования первого опорного напряжения в течение этого периода с сохранением результата преобразования до окончания измерения, преобразовании длительности опорного интервала времени, начало которого совмещают с началом периода измеряемой частоты, в напряжение посредством интегрирования второго опорного напряжения в течение этого интервала времени с сохранением результата преобразования до окончания периода измеряемой частоты и определении длительности информативного интервала времени, пропорционального значению измеряемой частоты, посредством интегрирования напряжения, пропорционального длительности периода измеряемой частоты, от напряжения противоположной полярности, пропорционального длительности опорного интервала времени, до нуля, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в качестве второго опорного напряжения используют текущее значение результата преобразования периода измеряемой частоты в напряжение.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих частотомеров, тахометров, измерителей частоты сердечных сокращений. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты. Изобретение частоты осуществляется путем преобразования в напряжение периода измеряемой частоты интегрированием опорного напряжения и длительности опорного интервала времени интегрированием текущего значения результата преобразования периода в напряжение и определения длительности информативного интервала времени интегрированием напряжения, пропорционального периоду измеряемой частоты от напряжения, пропорционального длительности опорного интервала времени, до нуля. На чертеже показан пример устройства для реализации способа. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, ключи 2, 4, 12, 19-22, интегратор 3 со сбросом, интегратор 5, схему сравнения 10, генератор 11 импульсов образцовой частоты, счетчик 13, блок 14 цифровой индикации, блок 15 запуска и сброса, формирователь 16 опорного интервала времени, входной формирователь 17, вход 18. 2 ил.