Устройство для измерения частоты гармонического сигнала Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения частоты гармонического сигнала в широком диапазоне частот.

Целью изобретения является повышение точности измерения частоты.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения частоты гармонического сигнала; на фиг. 2 - структурная схема прототипа с выделенными в нем вычислителем аргумента и измерителем полупериода.

Устройство для измерения частоты гармонического сигнала содержит аналого- цифровой преобразователь (АЦП) 1, вычислитель 2 аргумента, первый регистр 3 сдвига, вычислитель 4, измеритель 5 полупериода, второй регистр 6 сдвига, дешифратор 7, запоминающий элемент 8, генератор 9 импульсов, элемент 10 задержки. При необходимости в состав устройства может включаться образцовый измеритель 11 временных интервалов, что позволит корректировать числа, записанные в запоминающем элементе 8.

Выход АЦП 1, информационный вход которого, объединенный с информационным входом измерителя 5 полупериода, является входом устройства, через последовательно соединенные вычислитель 2 аргумента, первый регистр 3 сдвига подключен к первому входу вычислителя 4, выход которого является выходом устройства, а второй и третий входы соединены соответственно с первым и третьим выходами дешифратора 7, первый вход которого подключен к выходу второго регистра 6 сдвига, вход которого соединен с информационным выходом измерителя 5 полупериода, тактовый вход которого, объединенный с тактовыми входами АЦП 1, вычислителя 2 аргумента, подключен к выходу генератора 9 импульсов, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с управляющим и разрешающим выходами измерителя 5 полупериода, разрешающий выход которого подключен

fe

также через элемент 10 задержки к тактовым входам регистров сдвига 3, 6,при этом выход запоминающего элемента 8 соединен с вторым входом дешифратора 7.

Вычислитель 2 аргумента содержит второй и третий блоки 12, 13 задержки, второй, третий и четвертый регистры 14, 15, 16 памяти, сумматоры 17, делитель 18.

Информационным входом вычислителя 2 аргумента является информационный вход второго регистра 14 памяти, тактовым входом - тактовый вход четвертого регистра 16 памяти, объединенный с входом второго блока 12 задержки, при этом выходом вычислителя 2 аргумента является выход делителя 18.

Измеритель 5 полупериода содержит регистр 19 сдвига, элемент20 ИЛ1/1-НЕ, формирователь 21 импульсов, триггер 22, элемент И 23, счетчик 24 импульсов, генератор 25 тактовых импульсов, первый регистр 26 памяти, первый блок 27 задержки.

Информационным входом измерителя 5 полупериода является вход формирователя 21 импульсов, тактовым входом - вход регистра 19 сдвига, информационным выходом - выход первого регистра 26 памяти, разрешающим выходом - третий выход регистра 19 сдвига, управляющим выходом - выход элемента И 23.

Устройство для измерения частоты гармонического сигнала работает следующим образом.

В исходном состоянии в запоминающем элементе 8 хранится значениеТо/2, где Т0- период следования тактовых импульсов на выходе генератора 9 импульсов. На информационный вход измерителя 5 полупериода измеряемый сигнал не поступает, на разрешающем выходе измерителя полупериода присутствует 1, на управляющем выходе - О, на информационном выходе - код, соответствующий 0, Внутренний кварцевый генератор генератора 9 импульсов работает постоянно, но тактовые импульсы на выходе последнего отсутствуют.

Устройство измеряет частоту гармонического сигнала на основании выражения

1

f(2n+1)+

2л: То (-1Г.К..П (

частота) обеспечивает с помощью выражения (1) измерение частоты в широком диапазоне;

Ui,lJ2,U3 - мгновенные значения напряжения входного сигнала устройства, полученные соответственно в моменты времени ti, t2 и хз, следующие через интервал Т0.

При поступлении на вход устройства первого положительного полупериода измеряемого гармонического сигнала произ-. водится измерение длительности этого полупериода 1 /(2f)Tn.n измерителем 5 полупериода, на информационном выходе которого затем появляется результат

измерения, а на управляющем выходе отрицательный перепад напряжения, который поступает на первый управляющий вход генератора 9 импульсов, с выхода которого тактовые импульсы начинают поступать на

тактовые входы АЦП 1, вычислителя 2 аргумента и измерителя 5 полупериода. На выходе АЦП 1 через интервалы времени Т0 в цифровом виде появляются соответственно значения Ui, U2 и Уз, которые последовательно записываются в регистры памяти вычислителя 2 аргумента.

После поступления третьего тактового импульса, т.е. после получения АЦП 1 Уз, на разрешающем выходе измерителя 5 полупериода появляется положительный перепад напряжения, который поступает на второй управляющий вход генератора 9 импульсов, который прекращает выдачу на свой выход тактовых импульсов. К этому моменту вычислитель 2 аргумента вычисляет значение (U3+Ui)/(2 U2), которое подается на вход первого регистра 3 сдвига, при этом на входе второго регистра 6 сдвига присутствует результат измерения полупериода. Задержанным на время этих вычислений в элементе 10 задержки положительным импульсом значение (U3+Ui)/(2 -Da) записывается в первый регистр 3 сдвига, а значение полупериода 1 /(2 -f) - во второй регистр

6 сдвига. Значение 1 /(2 -f) поступает на первый вход дешифратора 7, на второй вход которого из запоминающего элемента 8 подается значение Т0/2. Дешифратор 7 вычисляет значение 2 тгТ0, отношение

ГГо/2)(2 -f)l To-f

и по следующему правилу ,5, 0, ,0, п-1 1,,5,

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения частоты гармонического сигнала. Целью изобретения является повышение точности измерения частоты. Изобретение содержит преобразователь 1, вычислители 2, 4, регистры 3, 6, измеритель 5, дешифратор 7, запоминающий элемент 8, генератор 9, элемент 10. Особенностью изобретения является введение элементов 8, 10, регистров 3, 6, вычислителя 4, дешифратора 7, с их связями. 2 ил.

где f - оценка измеряемой частоты;

,1415926...;

,1,2,3... - числа, смена которых в зависимости от значения T0f (f - измеряемая

определяют значение п.

С первого и второго выходов дешифратора 7 соответственно значения п и 2 тгТ0

подаются на второй и третий входы вычислителя 4, на первый вход которого с выхода первого регистра 3 сдвига поступает результат деления (U3+Ui)/(2 Ite). Вычислитель 4 на основании этих значений производит вычисление оценки частоты гармонического сигнала по формуле (1) и выдает результат измерения на выход устройства.

При этом измеритель 5 полупериода до окончания текущего цикла измерений не реагирует на поступающий на его вход положи- тельный полупериод входного сигнала. Очередной цикл измерений начинается только после получения результата измерения с приходом первого положительного полупериода гармонического сигнала.

В изобретении кварцевый генератор работает постоянно и без перестройки частоты, что позволяет реализовать потенциальные возможности генератора по стабильности интервалов между тактовыми импульсами, а тем самым обеспечивает повышение точности измерения частоты.

Формула изобретения

Устройство для измерения частоты гармонического сигнала, содержащее аналого- цифровой преобразователь и измеритель полупериода, входы которых объединены и являются входом устройства, вычислитель

L

г1

и iij

0

5

0

5

0

аргумента, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, генератор импульсов, выход которого соединен с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя, вычислителя аргумента и измерителя полупериода, управляющий и разрешающий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляемыми входами гэнера- тора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, введены элемент задержки, первый регистр сдвига и вычислитель, соединенные последовательно, второй регистр сдвига и дешифратор, соединенные последовательно, запоминающий элемент, выход которого соединен с вторым входом дешифратора, причем вход элемента задержки соединен с разрешающим выходом измерителя полупериода, вход первого регистра сдвига соединен с выходом вычислителя аргумента, информационный выход измерителя полупериода соединен с входом второго регистра сдвига, тактовый вход которого соединен с выходом элемента задержки, первый и второй выходы дешифратора соединены соответственно с вторым и третьим входом вычислителя, выход которого является выходом устройства.

h

Фиг.1

Фиг 2