Цифровой измеритель частоты Советский патент 1991 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиоизмерениям и может бьпь использовано дня измерения частоты гармонических элекфических сигналов.

Цель изобретения попышонцг; точности измерения частоты сигналов г, неизчестной начальной фазой

На фиг. 1 приведена блоь-схема усфой- ства; на фиг. 2 - блок-схема синхронизатора; на фиг. 3 - пояснения к алгоритму работы измерителя частоты.

Цифровой измеритель частоты содержит синхронизатор 1 первый регистр 2, первый счетчик 3, второй регистр 4, ключ 5, накапливающий сумматор G, делитель 7, умножитель 8, второй счетчик 9, третий регистр 10, квадратор 11 распределитель 12, формирователь 13 нуль-пересечений, элемент 14 задержки и элемент 15 памяти, вход 16 устройства, информационный вход 17, управляющий вход 18, вход 19 синхронизатора, выход 20, выход 21 синхронизации считывания.

Синхронизатор 1 (фиг. 2) содержит первый и второй триггеры 22 и 23, формирователь 24 импульсов, элемент 25 задержки, распределитель 26 импульсов, генератор 27 импульсов.

Второй регистр 2, первый счетчик 3. второй регистр 4. накапливающий сумматор 6. делитель 7 и умножитель 8 последовательно соединены. Также последовательно соединены формирователь 13 нуль-пересечений, ключ 5, элемент задержки 14. Выход квадратора 11 соединен со вторым входом делителя 7. Второй вход умножителя 0 соединен с выходом элемента 15 памяти Измерительный сигнал подается на вход 16 формирователя 13 нуль-пересечений. На информационный вход 17 и на управляющий t од 18 первого регистра памяти 2 от внешней аппаратуры в виде параллельного кода подается число-уставка, задающее длительность измерительного интервала и сигнал записи уставки соответственно. На вход 19 синхронизатора 1 от внешней аппаратуры поступают пускоСП

С

о

00

ь.

х| О

iuiMiMnyyiUri Ьрнчпвч дсип poiuun ID (id 1 roe ni Mi rp run pi ifjp ) inro , « 11 ui1. i } ioj i i и и оц L 4 vtj и: rn, i го( дииен с r i, дин( нш чи упр. м щ IM.I ОУОД МП i i i cm п но г тс i i о i чр| itu a } и iiaf о) I/HI i |Ц i i г р la i р ) 6 а т l ее пред тритгл j ou ,CTc4iuBK.i n ptui

ГО СЧР1ЧИ (Ч 3 i Г г Ч 1 Г I 0д ( HII POIUIJ )Н р 1 I I Д1 i-i f Н ( , li П ПИ М г,0 1 Hpt ДРЛШРМ 12 ЧеЧ Рр ЫИ rii 1«ОД СИНХрОтт

тора 1 со: динен го входом прямого с MPI i lit роого сметчике) Пягыигыход чмхрсни затора 1 соединен г упр п ппщим входо i

К 1ЮЧг) ) JJv, ТЬП СИП 1 ГООДИИРМ С 04 Ш| j4 1 ГПНХ| С НИ ПЦИИ I

iLin 1 /с i |j i n j Г р1 i i vnp0 т.1 |ци

0О I . HI Т1 I f) J 1 П ,,l 1C I ОП Oj С I

1НИ Г 1 ( jl Hi 1 j Т I О И I ;ПМ м г l НГ1 П ЛР 0(0 fiPrulK П ° V l| I/ 1 01Ц1 И В «ОТ, ( ИМ vpOMb И i i i н i 1,1 i , Ч lit П 11 t i ti i при Cl f P i i M I HI i И И I p l Ч CMI , О H1 i Г П I Г ( П Н I I I

i оы i i и ui о (up; ч и i h i юг i и П

1 l I П i ill ПГ JF О U l Т Ч К 1 ) Ч / 1Н I

i т , ел о гр T-IH р г ic rf) 1 ген /м го о„1 i i тимги t -х j 1ртора 1 1

I l- ) I 1 h П 411 г ( ) L П/|,Г| - 11 НИ R iи р I I1 1Ч О l К fl ll I 1 -t I

;a I ь ц r ,1 и i f c ч in и и IK in

Л I f О l v T1 llupn 6 I I ОДОГ1 20 У Ipn, II I I If (i IЛОТ, ЧЧО 4 ,1 I nq f

I IiTM Ь И . Т jllL И LI Г ,b I (. i1H | и 1И П ) i CO HUICIM( D ltillnHhO Г ,1

С )ПГ П U j ) 3 1 Н iri)/ Til . I

I1 i ,. i jn i -i/i i т n i и i t:, i L ,/ PL puoro r Hi vm J Ч (P ri ll 3 и i Р1СЧ морим i ) ь с i крситагг f i 1 трет и ni -0,4 гч i oi о г / 1 i г 4i хр or i

IMO Jt О 1 рИ« С i ) V М, ч 1 11О1Ц1 it I DvOfV I firU Прб ДС НПГ1 I l L IVPtit 1 I-1 I TL/pn I Ш1Ч(

дм которою и лч лея сот.рп юемио пер

СЫН L IGTPOpn М ШлОДамИ СПНХрОМИ.а П 1 BL ОД ПОР i О ip rrt pa 2 ЧС,ЯРГГП П I

гим ьы одогч синхро чттора 1 а иьперс мчи ncpio.o триггера 22 черрч последосат пьп COLAI I гнмые формирот TPIS 24 ИМП//Ч гпр ц эп1Ч т 25 задержки соединен с ШРСГПГ nnxpi ччзато |ia 1 выход reuppdrupi 7 имп/л1 гоп соеди НРЬ со 1)одоп р г) пределит г с я 26 импулы оц

г | оистро f) Гюттот с ппд юн рч обр 5 т/м

1 1фор |Рппятг лямУ 11

ПММЙ НСПр | ЧП ) ГЮ( , pl ПМ1РИ1РП1

ii ,1 ruii 1/ U t) Mpi ( i i iii ии cnhoi гмесь idpr iQM.i 161 коп г иг i S t) и yз jno л ос i 0.1 помехи г it) С Mfh rp и со;редо то1, и л п i n i т f f) где f hemp и и к ii i Ч т г

nn Г lununMd no/ioi n idCTor помехи LHc тога(игнрлаf тткж л in п укатанной nn ore ч i тог Формиро ж ц 1Ь нуль пр ш е (рнии нснре пнпо нчр Ситнваог на с в тег i ш КОДР короть in t г п, п (11 n МОГ- PHI 11 nipfvOfl3 коле СЮНИРП ilft) M/IODOIO уровни iid R маправлрш и гни у сверх

1 ( ПО 1 J КИ1РЛ1 НОН ПрТИЗВО 1.НОИ

1 lei llfMin UOl И H°4f I PtHH Hill )J

J 1 7 np ijoi о регигтра / п uiqi и к виде много рэчрпАного двоичною ко/р ПОДЭРТСЯ число устаока равное ( 05 l/dt) где 1 Ц) ни льмогть ингс-ргт ia м jnep ния dt пе рпод ГЛРДОЙС.1НИ i сч гни и Miyi гсш с пер

i пою пни чртврртою ьчход i f инхронитора 1 ими , i , i i литии ч, о i г цг1 пней т in ,) n/pi ни (pi,11 чи in i IBI j

П ГЧсЯ V |i 41 | f И П П 14 111

Is момент и и iti m 19 i iupohi т if р ) i i f к IIIH и аппнрпури „ am у i i щи i f n i i о t т симхрп HI n гор 1 с и н ик г i i MIDI м PI ixoд i откры п м v; ю t г i ah л HI д к r DC) r вон в юрой

LMV|- IHI 1 ИМИ) II- Г И ГТг)

С5 н 1 лигт т L ну i ни i i ип i) щпи г у мм пор Ь i и ории |утчи 9 1 i н ч учи твляет чиспэ у тавм1 и } cor о pt i игтр,; 2

ВJ лр ь pf пор l i i r И1 3

ni по in bimf чи н L тупившие

I П О i U1 ill r-l i I /ОДОВ СИНХрОНИ ч 0)i |1с)ПС|1О I О П И1Ц ШЧ рИТСЛ1.

i л о и г , i in i гi i )() i r i |Н жиме

им иг iiiiiq i н i пк | 1 рсхиме ( оже i .л (н ч пи1| i i iu i n i регистра 4 ) п i п ч к IK r ( in почпленич иг пу ri н/ i IK | i се мин

uMii/iiroM п,ль пересече н ч . г ш дшич i р ч к л ю i I r рсгис тр 4 п . Г ii гг i чи„ i r i м оц i гчетчика 3

0 /n ire е чигдо not rv i и in внид накнпливгШ п(сго t ммато)ч Г -( к, ними импуль соч нул| ни i поступившим на Tri1 говм.1 м i-cin ии )пщсго сумматора через элемент } RI 1полняется

5 сложение вновь посетившего числа с рзмее нзкоплгннои с,ммои Одновременно им г1 isc нуль пересечения череч распредели- г пь 12 посыпает на вход прямого счета I t г)сивного счетчика 9 Зтог счет иж под

О r i -гывает число импульсов нуль пересече- 1ми Распределитель 12 управляется сп нэпом с третьего выхода синхронизато TIт Работа элементов 3 4 5 Ь 9 12 14 измерителя с приходом очередной импуль

-) is пересечении повторяется списан 1 мм ншс образом до i « пор пока но закончится перпа 1 половина измерительно t tj интервала В этот момент показания счет i IKT 3 становятся равными 0 и на его i ход переноса (т с первом в одесинчро

низатора) появляется импульс Этим им пульсом п третий .гр 10 записываете показание второго счетчика 9 - число cvnb пересечении реалч к,в эпа1И ся на полови не измерительною интервала (равное N/7) Одновременно в синхронизаторе 1 под воз действием импульса поступившего на пер внй упра вляЮ Ц.1 вход выполняются переключенич и лпчне кми уровень ппча- ла на его третьем г, , изменяется На второй половине I SM i i-т1 ьигю имгорпа- ла распредетитош 12 имп/л с. нуль-пересечений ui обратно п второго ™ а г

Ква фатор 11 к HHI ш i вмхоп/ третьего регистр |П возводит чиспо (N/ 2) в квадпат R делмтеп ъ HI пол-ч гея до е ние числа (N/2) MI с умм наколл-сную к данному момент д пени R г умматоп/- Г Р. умножителе 8 ре v/льтат долепи учн , па ся на констант, испенно частого запопненип гчетчика 3 10|| ттнта хранится п 15 памяти Розупьтат умно -кения m пы ио/т, 70 нэги ритг ля Работа и-ччер ля т птгрои половине измерительного и irppf.i/ia проюп негся как описано г ыше С i-ci + дым HfjHbm н.мпуль сом нуль по отчни орого счетчика 9 yen ,IH испг У|азаннии ГЧРТ- чик прекращ|рт и , i ршель 1ыи гч т ii,i/i в момент раоепстт с одор пмито С1ггчи я числу О Р чют МПГ/РНТ гигн,)л г i ю i и-ода переноса nocT,naiT m нторпи ттрапляю (цпй РХСД гинчрг нияатор i Таким в измерителе сбо печинагтс pirenruo ко лпчесгьа нуль пересечении пост п i 0 цих ( обгабоп-у на перпг и и второй поюг-и на-. измерительного интервала соответственно и тем самым ислпючнотгя аномальные ошибки итл рении В ОТВРГ пп упрттляю щии импульс синхг; низатор 1 (. тадер i ои tapp подает нашестей выход импульс что дает иозмо/1-ност гнгшн и аппарату зарегистрировать результат тмерен/я

Таким обратом при рабпте измерения на выходе 20 непрерывно прис/т ствует не правильний ре зультат за исключением мо- менга наличия коротко-о импульса на выходе 21 В этот момент внешня аппаратура и регистрирует праЕ.ипьныи результат измерения

Синхронизатор 1 работает следующим образом В момент начала измерений на вход синхронизатора поступает импульс Он обеспечивает установку в единицу1 триггеров 72 и 23 Импульс со входа низатора поступает так/ке на второй выход (по этому импульсу в схеме измерителя выполняется гюдгоювка У ишероничм) Первый триггер 22 сохраняет состояние дп

концт измерительного интервала иг, -i 1 г , триггера 72 (с пчтогп RI i -е ) п течение измерительного интерната гсдд -р жирает в открытом гопомч и кпюч Ь п ГУРМР измерителя Триггер 23 /д°ржиоаетсч в го стоянии 1 только на первой попогчи и мерительного интервала Сигнатом г выхода этого трип ера управляется гтспое делитель 76, а также распредрпител1 12 р схеме измерителя (туда сигнал пост/маег через третий вькод синхронизатооа; Par чреде титель 26 на первс-и половине и мери тельного интервала 1юдает потпь nM i//u i ot i енератора 27 на первый выход синкр тнита тора а на второй полорине - на четвертый выход Переключение ionrrepa23 дит в г- омрш пост1, плеч и ч ямг./л1 с а на пер вый вход синхронизатора i i,c выхода перенос.1 счетчика 3 измерителя) Форг- иро вчтель 2А вирабатывтет короткий импульс по фронту сигнала на инверсном ылоде триггера 22 (т е в момент завершения иэме рительного интервала) С необходимой нре меннои задержкой этот импульс через элемент задержки 7Ь ттеступает на шестой выход 21 синхронизации считывания по вотяя внешней аппаратуре чарегигтриро ла i ь результат измерения

VciponcrBo реализует в дискретном ви де алгоритм оценивтчня чги готы гармо ы ческою сигнала со случайной начальном фазой наблюдаемою нл фоне нормальных шумов

N

2(t.

)

(1)

где Игр t2rp - статистики Формируемые по экспериментальным данным потоку нуль-пересечении {ti} измерительного сигнала coi ласно алгоритмам

Г} N 2 - V гр - |q-)Zi

t2rp

N

ri

/-/ - ri f 1

2

t.(2)

Величина М представляет собой обтцее число зарегистрироваттных на измеритель- i ом интервале длительностью Г нуль-пересечений измерительного сигнала Несложные преобразования позволяют привести (1) к виду

(3)

где t i - 11 - временное расстояние между моментами реализации -ых(т.е. одноименных) нуль-пересечений на первой и второй половинах измерительного интервала соответственно. Учитывая, что нуль-пересечения измеряют импульсами тгчтовой частоты

flRKT, ТО

(У. 2

Г -ттакт -- -A-J-3 (За)

Л I л I

где tj ti - времена реализации нуль-перп- сечений, выраженные в числе импульсов тактовой частоты.

Фиг. 3 иллюстрирует методику измерения частоты, реализованную в измерителе. На интервале Т выполняется(N/2)замеров временных расстояний t i1 - i i . каждое из которых равно (IM/2) периодов измерительного сигнала. Ошибки единичных замеров измерений усредняются при суммировании. Этот алгоритм и реализован в измерителе.

Показано, что алгоритм (3) обеспечивает оценивание частоты с ошибками, величина которых лиш;- ь 4/3 раза (по дисперсии) превышает величину ошибок, достшаемых при оптимальных (т.п. теоретически наиболее точных upLi заданном отношении сигнал/помеха) измерениях.

Формула изобретения

Цифровой измеритель частоты, содержащий первый и второй счетчики, накапливающий сумматор, выходная шина которого соединена с первой входной шиной делителя, квадратор и умножитель, отличающийся гем, что, с целью повышения точности измерения частоты сигнала с неизвестной начальной фазой, в него введены первый, второй и третий регистры,синхронизатор, распределитель, формирователь нуль-пересечений, ключ, элемент задержки и элемент памяти, выходная шина которого соединена с первым входом умножителя, второй вход которого соединен с выходом делителя, а выход является информационным выходом устройства, вход которого через формирователь нуль-пересечений соединен с сходом ключа, управляющий

вход которого соединен с пятым выходом синхронизатора„а выход - с входом записи второго регистра и входом элемента задержки, выход которого соединен с входом записи накапливающего сумматора и вторым Е.ХОДОМ распределителя, первый вход которого соединен с третьим выходом синхрони- з.атора, а первый и второй выходы - соответственно с сходами прямого и обратного счета второго счетчика, выходная шина которого соединена через третий регистр и квадратор с второй входной шиной делителя, вход установки в О - с вторым выходом синхронизатора, входом установки в О накапливающего сумматора и входом предварительной записи первого счетчика, а выход переноса разряда с вторым входом синхронизатора, первый вход которого соединен с выходом переноса разряда первого

счетчика и входом записи третьего регистра, первый и четверт ый выходы синхронизатора соединены соответственно с входами обратного и прямого счета первого счетчика, выходная шина которого через второй

регистр соединена с входной шиной накапливающего сумматора, а входная шина - через первый регистр соединена с информационным входом цифрового измерителя частоты, управляющий вход которого

соединен с exoflos записи первого регистра, причем синхронизатор содержит первый и второй триггеры, формирователь импульсов, элемент задержки, генератор импульсов и распределитель, первый и второй

выходы которого являются соответственно первым и четвертым выходами синхронизатора, первый и второй входы которого соединены соответственно с входами установки в О второго и первого триггеров,

третий вход - с входами установки в 1 этих триггеров и вторым выходом синхронизатора, третий выход которого соединен с выходом второго триггера и управляющим входом распределителя, вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход первого триггера соединен с пятым выходом синхронизатора, а инверсный его выход через формирователь импульсов и элемент задержки - с шестым выходом синхронизатора, являющимся выходом синхронизации считывания устройства.

Изобретение относится к радиоизмерениям, а именно к измерениям частоты гармонических электрических сигналом Цель изобретения повышение точности измерения частоты сигналов с неизвесжой лчаль ной фазой. Поставленная цель досгтается тем. что в известный цифровой измеритель частоты введены первый - третий регистры, формирователь импульсов нуль-пересечений, синхронизатор, ключ, элемент задержки, квадратор, блок памяти, распределитель и по-новому организованы связи между элементами устройства, за счет чею появляется возможность более точною измерения периода (частоты) при примерно равном аппаратурном объеме 3 ил