Способ измерения периода непрерывного незашумленного аналогового сигнала, не имеющего постоянной составляющей Советский патент 1992 года по МПК G01R23/00 

у

fe

Изобретение используется в электроизмерительной технике для измерения периода непрерывного незашумленного аналогового сигнала без постоянной составляющей. Сущность изобретения: подсчитывают число тактовых импульсов от момента превышения входным аналоговым незашумленным сигналом без постоянной составляющей ненулевого порогового уровня, от которого интегрируют входной сигнал для получения вспомог тельного сигнала, в момент второго пересечения вспомогательным сигналом нулевого уровня фиксируют число тактовых импульсов, пропорциональное периоду входного сигнала. 2 ил.

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть исполь- зовано для измерения периода непрерывного незашумленного аналогового сигнала, не имеющего постоянной составляющей

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующее способ измерения периода; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие операции способа измерения периода.

Техническая сущность способа измерения периода непрерывного незашумленного аналогового сигнала заключается в том, что подсчитывают число тактовых импульсов от момента превышения входным аналоговым незашумленным сигналом без постоянной составляющей ненулевого порогового уровня, от которого входной сигнал интегрируют для получения вспомогательного сигнала, а момент второго пересечения вспомогательным сигналом нулевого уровня фиксируют число тактовых импульсов, пропорциональное периоду входного сигнала.

Устройство, реализующее способ измерения периода (фиг, 1) содержит интегратор 1, генератор 2 тактовых импульсов, счетчик 3, блок 4 индикации, детектор 5. дифференцирующую цепь 6, фильтр 7, ключи 8, 9, компараторы 10, 11, триггеры 12, 13. задат- чик порога 14.

Входная шина соединена с входами фильтра 7 и ключа 8, выход которого через интегратор 1 соединен с входом детектора 5, выход которого через дифференцирующую цепь 6 соединен со входами сброса интегратора 1, счетчика 3, триггеров 12, 13.

XI

О

INJ го

OI

ел

выход фильтра 7 соединен со входами компаратора 10 и ключа 9, выход которого соединен со входом компаратора 9, выход которого соединен с первым входом триггера 13, выход которого соединен со входом управления ключа 8 и входом запуска генератора 2 тактовых импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика 3, выход которого соединен со входом блока 4 индикации, выход компаратора 10 соединен с первым входом триггера 12, выход которого соединен со входом управления ключа 9, шина сброса соединена со входами сброса интегратора 1, счетчика 3, триггеров 12, 13. Устройство работает следующим образом.

Сигналом по шине сброса устанавливаются в исходное состояние интегратора 1, счетчик 3, триггеры 12,13, при этом ключи 8, 9 закрыты, а на интеграторе 1 установлены начальные условия, при которых его выходное напряжение равно порогу V2 (фиг. 2а) компаратора 11, что необходимо для предотвращения преждевременного срабатывания детектора 5 пересечения нулевого уровня.

Фильтр 7 является полосовым фильтром с полосой пропускания, равной диапазону изменения частоты входного сигнала (диапазону измерения), и частично сглаживает шумовые пульсации сигнала, что повышает помехоустойчпоость первого 10 и второго 11 компэрагорое.

В момент ii превышение сигналом с выхода фильтрл 7 порога Vi первого компз- ратора 10 (фиг. 2) последний срабатывает, первый триггер 12 переключается (фиг. 26, в), второй ключ 9 открывается и сигнал с выхода фильтра 7 поступает из вход второго компаратора 11. В момент t2 повторного срабатывания первого компаратора 10, второй ключ 9 остается открытым, т.к. сигнал сброса на соответствующий вход первого триггера 12 не поступает.

В момент 1з превышения сигналом с выхода фильтра 7 порога V2 второго компаратора 11 последний срабатывает, второй триггер 13 переключается (фиг, 2 г), в результате открывается первый ключ 8 и сигнал с входа устройства поступает на вход интегратора 1.

Выходной сигнал второго триггера 13 также служит сигналом пуска генератора 2 импульсов. Счет числа импульсов генератора 2 вы- полняют с помощью счетчика 3. При вторичном срабатывании второго компаратора 11 (в момент t TS) второй триггер 13 аналогично триггеру 12 сохраняет свое состояние.

Выходное напряжение интегратора 1 пропорционально площади под кривой, соответствующей на временной диаграмме входному сигналу в заданном временном интервале. Т.к. на интервале t3 измеряемый сигнал знакопеременный, в момент т.4 равенства отрицательной и положительной площадей напряжение на выходе интегратора 1 равно нулю (фиг. 2 д), в результате срабатывает детектор 5(фиг. 2 е). В момент t второго пересечения выходным 0 сигналом интегратора 1 нулевого уровня детектор 5 срабатывает вторично. Отрицательный перепад выходного сигнала детектора 5 с помощью дифференцирую- идей цепи 6 преобразуют в импульс сброса, 5 поступающий на входы сброса триггеров 12 и 13 и счетчика 3 (одновременно число импульсов генератора 2, накопленное в счетчике и пропорциональное периоду (фиг. 2ж) переписывается в блок 4 индикации), а так- 0 же на установочный вход интегратора 1. Время установки интегратора 1 не должно превышать периода следования импульсов генератора 2).

Если окончание одного цикла счета про- 5 исходит в момент t t6 когда первый компаратор 10 во включенном состоянии первый триггер 12 после сброса переключается снова и процесс измерения повторяется аналогично изложенному выше. При окончании 0 цикла счета в момент t te (на фиг. 2, t t) на установочном входе первого триггера 12 сигнал отсутствует, второй ключ 9 закрыт и следующий цикл измерения выполняется через один период входного сигнала. Таким 5 образом, первый компаратор 10, первый триггер 12 и второй ключ 9 исключают измерение периода в случае, когда в момент to запуска устройства и в начале последующих циклов измерения входной сигнал уже пре- 0 вышоет порог /2 второго компаратора 11. Условие Vi обеспечивает устойчивое формирование сигнала пускз генератора 2 импульсов с помощью второго компаратора 11 и второго триггера 13.

5Конкретное значение порога V2 выбирают с учетом априорно известных данных о статическом характере погрешностей так, чтобы порог V2 был не меньше максимального размаха помехи на выходе фильтра 7, 0 что обеспечивает однократное срабатывание второго компаратора 11.

Период т повторения импульсов генератора 2 выбирают из условия , что обеспечивает методическую достоверность 5 выполнения зависимостей (1).

Положительный эффект достигается снижением погрешности измерения момента второго пересечения вспомогательным сигналом нулевого уровня (моменты окончания счета). Показатель эффективности выбран как отношение коэффициентов вариации измеренных значений периода

W-fe-VSf,

VD/T

D

где Dn и D - соответственно дисперсии измерения периода для прототипа и предлагаемого способа. Для сравнения использовались следующие формулы

-& ШГ где On - среднеквадратическая погрешность измерения;

h - отношение сигнал/шум; п - число промежуточных результатов измерения (число уровней квантования) в способе-прототипе,

Т

N

- число счетных импульсов в

предлагаемом способе, определяемое по приближенной оценке интеграла

Т /I v(t)dt | yi(t)/N 7

0

5

0

где y(t)- измеряемый сигнал.

При n N, h 3 получаем

W 2 .46.

Формула изобретения

Способ измерения периода непрерывного незашумленного аналогового сигнала, не имеющего постоянной составляющей, включающий счет числа тактовых импульсов от момента превышения входным сигналом порога ненулевого уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, интегрируют сигнал от момента превышения порога ненулевого уровня для получения вспомогательного сигнала, фиксируют в момент второго пересечения вспомогательным сигналом порога нулевого уровня число тактовых импульсов, пропорциональное периоду входного сигнала.