Частотомер-фазометр Советский патент 1979 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к области цифровой контрольно-измерительной техники и может найти применение в медицинских информационных и диагностических системах.

Известен частотомер-фазометр, содержйщий три умножителя, генераторы опорных частот, триггер, формирователь и счетчик результата 1. Недостатком его является наличие умножителей, снижающих эффективность использования устройства.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство, содержащее счетчики сумматор, триггер, ключевую схему, генератор, группу ключевых схем и измеритель периода 2.

Недостатком такого частотомера является избыточная сложность его схемы, определяемая наличием нетипичног вычислительного узла-сумматора, который используется неэффективно, что, в свою очередь,снижает эксплуатационные характеристики прибора.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности устройства.

Это .достигается тем, что в частотомер-фазометр, содержащий измерител периода, первый счетчик импульсов.

S

первые выходы которого через блок ключевых элементов соединены с первыми входами сумматора, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход триггера соединен с первым выходом измерителя периода, а выход триггера подключен через ключевой элемент ко входу второго счетчика и к управляющему входу блока ключевых элементов, при этом второй вход ключевого элемента соединен с выходом генератора эталонной частоты, дополнительно введены ключевой элемент, блок ключевых элементов, элемент ИЛИ, блок упSравления и коммутатор, вход которого соединен со входом измерителя периода, второй выход которого соединен через элемент ИЛИ с первым входом первого счетчика, вторые выходы которого сое) динены через дополнительный блок ключевых элементов со вторыми входами сумматора, причем второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу дополнительного ключевого элемента, первый вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, при этом выходы блока управления соответственно подключены ко второйу входу первого счетчика, ко второму входу дополнительного ключевого элемента и ко вторым входам дополнительного блока ключевых элем тов, а входы блока управления соеди нены соответственно с первым входом триггера и с выходом коммутатора. Структурная схема частотомера-фа метра приведена на чертеже, В устройства: входит измеритель п риода 1, элемент ИЛИ 2, счетчик имп сов 3, триггер 4, ключевой элемент генератор эталонной частоты 6, клю™ чевой элемент 7, счетчик 8, суммато 9, блок управления 10, ключевой эле мент 11, коммутатор 12, ключевой эл мент 13. Блок управления 10, построенный на базе измерителя периода 1, обесп чивает формирование в цикле измерен на первом выходе импульса длительностью, равной фазовому интервалу между импульсами входных последовательностей: опорной UQ и измеряемой и(, а также импульса, синхронного с первым импульсом последовательности Ц на втором выходе и импульса сброс счетчика на третьем выходе. Принцип работы прибора заключает ся В измерении частоты сигнала в ви де , где i - цифровой отсчет m - масштаб измерения; - истинное значение измеряемой частоты; - абсолютная.погрешность измерения, а также фазового сдвига импульсов в виде . , -Z. -«- Л1 1 -К. - о , где. К - масштаб измерения; t - временной фазовый сдвиг сигналов; Т - период входного сигнала Устройство функционирует следующим образом. В исходном состоянии в режиме измерения частоты счетчики 3,8 и сумматор 9 погашены, ключевые элементы 5, 7, 11, 13 закрыты, коммутатор 12 разомкнут. При поступлении первого импульса измерйемой последовательности U , на вход измерителя периода 1 на его первом вйходе формируются импульсы с частотой д, которые через элемент ИЛИ 2 поступают на вход счетчика 3. При поступлении на вход измерителя периода 1 второго импульса последовательности UK формирование импульсов на первом выходе измерителя периода прекращается, а в счетчике 3 оказывается записанным число N-T-f, где Т - период следования импульсов последовательности UQ. Одновременно с приходом второго импульса УИ на втором выходе измерителя периода Формируется импульс. включающий триггер 4. Единичным уровнем с плеча триггера 4 открывается ключевой элемент 5 и импульсы генератора 6 Поступают на объединенные входы ключевого элемента 7 и входы счетчика 8, при этом каждым имг1ульсом с выхода ключевого элемента 5 содержимое сумматора 9 увеличивается на N, а содержимое счетчика 8 на единицу. После выполнения i сложений имеет место перепо.пнение сумматора, и импульс переполнений выключает триггер 4. Процесс измерения частоты закончен. Число 1, записанное в счетчике 8, пропорционально измеряемой частоте. Условие переполнения суг-лматора имеет вид -iN-C-t-u, (Л где С - емкость сумматораf . д - число в сумматоре после переполнения. Перейдя к частоте заполнения f получаем 1-Т-Го с-1-д, (2 откуда Обозначив постоянную определяющую iOJ масштаб преобразования, через m и -фчерез f вполучим . Максимальное значение остатка в суматоре , При И соотношение (.4) может быть записано в виде .+l. и в режиме измерения фазового .сдвига в исходном состоянии счетчики 3 и 8, сумматор 9 и блок управления 10 погаены, коммутатор 12 замкнут. При поступлении первого импульса опЬрной последовательности UQ на вход блока управления 10 на первом выходе формируется уровень, разрешгиощий поступление импульсов генератора б через ключевой элемент 11 и элемент ИЛИ 2 на вход счетчика 3. При поступлении первого импульса последовательности и через коммутатор 12 на второй вход управления на ее первом выходе устанавливается уровень, запрещающий прохождение импульсов через ключевой элемент 11 и в счетчике 3 оказывается записанным число Kf,, где t - интервал, соответствующий фазовому сдвигу. Одновременно с первым импуль сом UH на втором выходе схемы управл .ния формируется импульс, выполняющий занесение содержимого счетчика 3 через ключевой элемент 13 в сумматор в дополнительном коде, после чего н третьем выходе блока управления фор мируется импульс сброса счетчика 3. Таким образом в сумматоре 9 оказывается записанным число С-п, а в счетчике 3 число 0. Этим же импульсом последовательности (J запускается измеритель периода 1, на первом выходе которого формируется пачка и N импульсов, поступающих в счетчик При появлении на входе измерителя периода 1 второго импульса последовательности (JH поступление импульсов на вход счетчика 3 прекращается и им пульсом со второго выхода измерителя периода включается триггер 4, разре шающий поступление импульсов генера тора 6 через ключевой элемент 5 на входы ключевого элемента 7 и вход счетчика 8. Каждым импульсом с выход ключевого элемента 5 содержимое сум матора увеличивается на N, а содержимое счетчика 8 на единицу. Процесс измерения заканчивается в момент переполнения сумматора, пр Этом импульс переполнения сумматора выключает триггер 4 и возвращает в исходное состояние блок управления 10. Условие переполнения сумматора в режиме измерения фазового сдвига jiMeeT вид C-V&, Сб) где й- число в сумматоре после переполнения, . П-1-Д п отсюда. . t-d, (8) -н- --.к. maj При .l соотно1чение (8) прини мает вид Время обработки результата измере ния (t,,) зависит от конструктивных особенностей чатотомера-фазометра и равно времени заполнения сумматора или времени накопле.ния результата в счетчике 8 620 В режиме частотомера выражение(10) имеет вид . f и .° l iLMSM К, О о в режиме фазометра ft/ari- О о So j. -JL ИЗМ- - О Из выражений (11), (12), (13) видно, что время обработки результата, в основном, определяется частотой опорного генератора. Формула изобретения Частотомер-фазометр, содержащий измеритель периода, первый счетчик импульсов, первые выходы которого через блок ключевых элементов соединены с первыми входами сумматора, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход триггера соединен с первым выходом измерителя периода, а выход триггера подключен через ключевой элемент ко входу второго счетчика и к управляющему входу блока ключевых элементов, при этом второй вход ключевого элемента соединен с выходом генератора эталонной частоты, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности устройства, в него дополнительно введены ключевой элемент, блок ключевых элементов, элемент ИЛИ, блок управления и коммутатор, вход которого соединен со входом измерителя периода, второй выход которого соединен через элемент ИЛИ с первым входом первого счетчика, вторые выходы которого соединены через дополнительный блок ключевых элементов со вторыми входами сумматора, причем второй вход элемента ИЛИ подключен к выходу дополнительного ключевого элемента, первый вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, при этом выходы блока управления соответственно подключены ко второму входу первого счетчика, ко второму входу дополнительного ключевого элемента и ко вторым входам дополнительного блока ключевых элементов, а входы блока управления соединены соответственно с первым входом триггера .и с выходом коммутатора . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 368554, кл. G 01 R 23/10, 2. Ермолов Р. С. Цифровые частоЭнергия Л., 1973, с.12-13, томеры , рис. 1-6,