Устройство для измерения частоты синусоидальных сигналов Советский патент 1992 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к области элек- трорадиоизмерений и может использоваться в цифровых частотомерах.

Целью изобретения является расширение диапазона и повышение точности изме- рений.

Нафиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для измерения частоты си- нусоидальных сигналов содержит аттенюатор 1, фазовращатель 2, формирователь 3, блоки 4 и 5 сравнения, блок б выборки и хранения, элементы И 7-9, счетчики 10- 12, генератор 13 импульсов, задатчик 14 вре- менных интервалов, генератор 15 сброса и вычислитель 16. Входы аттенюатора 1 и фазовращателя 2 объединены с входом форми- рователя 3, выход которого через последовательно соединенные элемент И 9 и счетчик 12 подключен к третьему входу вычислителя 16. Выход генератора 13 импульсов объединены с первыми входами элементов И 7 и 8, выходы которых соответственно через счетчики 11 и 10 подключены к первому и второму входам вычислителя 16. Выход формирователя 3 через задатчик 14 подключен к второму входу элемента И 9, третий вход которого соединен с выходом генератора 13. Вход генератора 15 сброса подключен к выходу формирователя 3, а выход объединен с входами сброса счетчиков 10 - 12 и блока 6 выборки и хранения, вход и выход которого соединены соответственно с входом устройства и вторым входом блока 5 сравнения. Первый вход блока 5 сравнения подключен к выходу аттенюатора 1, а выход - к третьему входу элемента И 8. Первый и второй входы блока 4 сравнения соединены соответственно с входом устрой- ства и выходом фазовращателя 2, а выход объединен с третьим входом элемента И 7 и управляющим входом блока 6 выборки и хранения.

Устройство работает следующим обра- зом.

Измеренное напряжение UBx (фиг.2а), которое определяется соотношением

UBx Umsin y t,

поступает на входы аттенюатора 1, фазов- ращателя 2, формирователя 3, первый вход блока 4 сравнения и сигнальный вход блока 6 выборки и хранения. В момент времени, соответствующий переходу сигнала через нулевой уровень, на выходе формирователя 3 появляется импульс (фиг.2б), поступающий на входы элементов И 7 - 9. Этим же импульсом запускается задатчик 14 временных интервалов. С выхода аттенюатора 1

входной сигнал, ослабленный в К раз, поступает на первый вход блока 5 сравнения.

В момент окончания временного интервала ti на выходе блока 4 сравнения появляется перепад напряжения Щ (фиг.2в), поступающий на управляющий вход блока 6 выборки и хранения, запоминающий мгновенное значение входного сигнала, поступающего на его вход в данный момент времени. В момент окончания временного интервала t2, т.е. в момент равенства величины напряжения на выходе блока 6 выборки и хранения и мгновенного значения напряжения на выходе аттенюатора 1, на выходе блока 5 сравнения появляется перепад напряжения Us (фиг.2г). Импульсы напряжения U4 и Us (фиг.2в, г) с выходов блоков 5 и 4 сравнения поступают на третьи входы элементов И 7 и 8, на другие входы которых подаются импульсы с выхода формирователя 3 и генератора 13 импульсов. При совпадении импульсов во времени с выхода генератора 13 поступают импульсы на счетные входы счетчиков 10 и 11.

Через определенное время to, формируемое задатчиком 14 временных интервалов, доступ импульсов от генератора 13 импульсов в счетчик 12 прекращается. Сброс счетчиков и блока 6 выборки и хранения осуществляется выходным сигналом, генератора 15 сброса, запускаемого спадом импульса с выхода формирователя 3. После этого цикл измерения повторяется.

Таким образом, в счетчиках 10 и 11 накапливается количество импульсов, пропорциональное соответственно интервалам времени ti и t2 от момента перехода измеряемого сигнала через нулевой уровень до моментов срабатывания блоков 4 и 5 сравнения.

В момент окончания временного интервала ц

U0 UmSin 0) ti.(1)

В момент окончания временного интервала t2

U0 K 1.UmSin ft t2,(2)

где К- коэффициент ослабления аттенюатора 1.

Из (2) и (1) следует:

Ksin ш ц sin (t) 12. (3)

Решая это уравнение относительно а) разложением функции sin в ряд Тейлора и ограничиваясь двумя членами ряда, получают

чн-ЦЗ) -«-4s) т

После преобразования

О)

.(боаГ- Т

V I/J3 .з

Ы-ti

Временные интервалы ti и t2 преобра-. зуются в устройстве в пропорциональное им число импульсов NI и N2, поэтому для о) получают

6( К

О) М

Ni N2

N N2

KJ

или

со

) KNf-N2

где No - некоторое постоянное число импульсов, определяющее дискретность измерений.

No foto,

где f0 - частота генератора 13 импульсов.

Таким образом для измеряемой частоты получают соотношение

V 6(KN,

-iA

ТN2)

К N - Ng

В вычислителе 16 осуществляется определение fx по заложенной жесткой программе с учетом введенного в него коэффициента К.

Результат измерения частоты зависит лишь от интервалов времени ti и t2, а также от коэффициента ослабления К аттенюатора 1, которые могут быть получены с высокой точностью и мало зависят от амплитуды измеряемого сигнала и стабильности вноси- мого фазовращателем фазового сдвига.

Так как с изменением амплитуды сигнала во столько же раз изменяется и величина сигналов на выходах аттенюатора 1 и фазовращателя 2устройства, временные интерва- лы ti и t2 и количество импульсов, подсчитываемых счетчиками 10 и 11, остаются количественно такими же. Вследствие

10

15

20

25

30

35 40

45

этого в данном устройстве отсутствуют ограничения на величину амплитуды входного сигнала устройства и повышается точность измерения устройством частоты синусоидального сигнала.

Формула изобретения Устройство для измерения частоты синусоидальных сигналов, содержащее формирователь, первый и второй блоки сравнения, генератор импульсов, задатчик временных интервалов, а также первый, второй и третий элементы И, выходы которых через соответственно первый, второй и третий счетчики подключены к первому, второму и третьему входам вычислителя, выход которого является выходом устройства, причем первый вход первого блока сравнения объединен с входом устройства и входом формирователя, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И, а через задатчик временных интервалов - с вторым входом третьего элемента И, выход генератора импульсов объединен с первыми входами первого и второго элементов И, о т л и- чающееся тем, что, с целью расширения диапазона и повышений точности измерений, в него дополнительно введены аттенюатор, фазовращатель, блок выборки и хранения, а также генератор сброса, вход которого объединен с выходом формирователя и вторыми входами первого и второго элементов И, а выход - с входами сброса первого, второго и третьего счетчиков и входом сброса блока выборки и хранения, причем входы аттенюатора, фазовращателя и блока выборки и хранения объединены с входом формирователя, первый и второй входы второго блока сравнения соединены соответственно с выходами аттенюатора и блока выборки и хранения, а выход-с третьим входом второго элемента И, второй вход первого блока сравнения подключен к выходу фазовращателя, а выход объединен с управляющим входом блока выборки и хранения и третьим входом первого элемента И, выход генератора импульсов соединен с третьим входом третьего элемента И.

фиг. 2

Изобретение относится к электроради- оизмерениям и может использоваться в цифровых частотомерах. Целью изобретения является расширение диапазона и повышение точности измерений частоты. Устройство для измерения частоты синусоидальных сигналов содержит формирователь 3, блоки 4 и 5 сравнения, элементы И 7 - 9, счетчики 10 - 12, генератор 13 импульсов, задатчик 14 временных интервалов и вычислитель 16. Введение аттенюатора 1, фазовращателя 2, блока 6 выборки и хранения, а также генератора 15 сброса позволяет расширить динамический диапазон амплитуд входного сигнала и повысить точность определения частоты. 2 ил.