Цифровой измеритель частоты Советский патент 1980 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испопьзовано в информационно-измерительных системах, аппаратуре управления производственными процессами, спецаппаратуре для автоматического измерения истоты в широких пределах. Известные частотомеры недостаточно удобны в эксплуатации, так как в наличии имеются сменные блоки для расширения диапазона измеряемых частот, требуется много времени для измерения частоты, что не позволяет вести процесс измерения автоматически, в реальном масштабе времени, из-за непостоянства погрешности измерения по диапазону частот. Из известных измерителей частоты наиболее близким по технической сущности к изобретен является цифровой измеритель частотьь содерж щий управляемый (вручную) делитель частоты блок формирования и управления, т-декадный счетчик с элементами логики между декадами, счетчик результата, m-Hi-декадный счетчик с элементами логики между декадами, блок управляемых (автоматически) ключей, элемент задержки, делитель частоты и генератор тактовых импульсов. Этот цифровой измеритель частоты обладает лучшими метрологическими характеристиками по сравнению с известными приборами аналогичного назначения, однако он является не полностью автоматическим, точнее - не адативным прибором в силу того, что угфавление делителем частоты осуществляется (с помощью оператора, который устанавливает вручную коэффициент деления, исходя из предварительного знания диапазона измеряемой частоты), однако, на практике такая возможность не всегда имеется; кроме того, пересчет временного интервала в частоту осуществляется на основе использования десятичных счетчиков параллельно-последовательным способом; параллельно по декадам (многократная перепись цифрового кода производится одновременно из каждой декады), но содержимое каждой декады извлекается последовательно путем подачи на каждую декаду пачки из 10 импульсов. Идеальным принципом многократной переписи числа из одного счетчика (метшей емкости) в другой счетчик (большей ем3кости) является принцип, обеспечивающий одноразовую перепись за один импульс. Целью изобретения является повьипение бы родействия при сохране ши постоянной точности измерею1Й во всем диапазоне измеряемых частот и повышение надежности. Это достигается тем, что в известный цифр вой измеритель частоты, содержащий управляемый делитель частота, вход которого подключ к входной шине устройства, а выход - к первому входу блока формирования и управления первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом т-разрядно счетчика импульсов и первым входом счетчика результата, генератор тактовьгх импульсов, вь:ход которого соединен с первым входом ключа, времязадаюший счетчик, выход кг:торого соединен со вторым входом блока формирования и управления, введены блок управления и грубого измерения частоты, т-разрядный , сумматор и т-элементов динамической памяти, причем входы блока управления и грубого измерения частоты подключены к входной ишне устройства, управляющий вход управляемого делителя частоты соединен с выходом блока управления и грубого измерения частоты и вторым входом счетчика результата, третий вхог которого соединен с выходом ключа и управляюшими входами элементов Д1шамической памяти, информацион1гые входы которых подключены к выходам соответствуюш;их разрядов сумматора, выходь т-разрядного счетчика имп льсов соединены с первыми входалж разрядов сумматора, ко вторым входам которы подключены выходы соответствующих элементов динамической гамяти, вход .времязадающего счетчика подключен к выходу последнего разряда сумматора, третий и второй входы бло ка формирования и управления соединены соот ветственно с первым и вторым входами ключа третий вход которого подключен к третьему выходу блока формировш5ия и управления. На фиг. 1 представдена функциональная схема цифрового измерителя частоты; на фиг.2 зависимость погрешности измерения от измеряемой частоты; нд фиг. 3.- зависимость погрешности измерения от частоты тактового генератора. Цифровой измеритель частоты (см. фиг.1) включает управляемый делитель частоты 1, блок формирования и управления 2, т-разрядный счетчик импульсов 3, генератор тактовых импульсов 4, ключ 5, т-разрядный сумматор 6 времязадающий счетчик 7, т-элементов динамической памяти 8, счетчик результата 9, блок управления и грубого измерения частоты 10. Устройство работает следующим образом. Прнходяпдий на вход устройства (цифрового измерителя частоты) сигнал с неизвестной F 2 частотой поступает одновременно на уг авляимый делитель частоты и блок 10 управления и грубого измерения частоты. В блоке 10 с тошостью до поддиапазонов, верхняя частота каждого из которых превышает няжнюю, например в десять раз, тфоизводится автоматическое определение частоты за время, не превышаюшее периода этой частоты. Цо окончании процесса грубого измерения частоты В блоке 10 вырабатывается управляющее напряжение (код), обеспечивающее установку такого значения коэффициента деления делителя I, при котором значение измеряемой частоты будет находиться всегда в одном и том же заранее выбранном поддиапазоне. Одновременно с помощью этого управляющего напряжения кода также автоматически устанавливается запятая на цифровом индикаторе . счетчика . 9 результата измерения. Блок формирования и управления 2 обеспечивает выработку стартовых и стоповых импульсов, заполнение интервала между стартовыми и стоповыми импульсами с частотой генератора тактовых HMn aibcoB 4 осуществляет формщювание напряжения, обеспечивающего индикацию результата измерения -и длительность индикации. С блока 2 на счетчик 3 поступает гачка импульсов, число которых равно K-Tv . о где TX - период входного сигнала; TO - период генератора 4 тактовых импульсов;К - коэффициент деления делителя 1 частоты. Эти N импульсов запоминаются в счетчике 3. После измерения периода неизвестной частоты Fy; начинается процесс преобразования TX в FX путем подачи с блока 2 положительного перепада напряжения на ключ .5. Это напряже1ше формируется из стопового импульса, определяющего ;онец измеряемого временного интервала TX. С подачей с блока 2 на ключ 5 положительного импульса последний открьшается, обеспечивая прохожде1ше на его выход тактовых импульсов с генератора 4. Каждым импульсом с выхода ключа 5 обеспечивается одноразовая перепись кода числа из счетчика 3 в счетчик 7. Одновременно импульсы с выхода ключа 5 поступают на счетгпис результата 9. Импу.г1ьсом переполнения счетчика 7 ключ 5 размыкается. Одновременно импульс переполнения псютугает на блок 2 для формирования напряжения, обеспечивающего индикацию результата измерения. Одноразовая перепись содержимого счетчика 3 в счетчик 7 одним импульсом осуществляется за счет подключения к выходу каждого разряда т-разрядного счетчика3 последовательНО соединенных сумматора и элемента динами ческой гамяги, В61ХОД которого соединен со вторым входом сумматора. При этом второй выход первого разряда сумматора соединен с третьим входом сумматора второго разряда, второй выход которого соединен с третьим входом сумматора третьего разряда и т.д. Вто рой выход сумматора последнего (т-го) разряда подключен ко входу времязадающего счетчика. Основная случайная погрепшость предлагаемог цифрового измерителя частоты, обеспечивающего измерение периода и пересчет его в частоту, во всем диапазоне измеряемых частот равна ;FX о -1 - t K-FO где М - общая емкость т-разрядного суммато ра и 0-разрядного счетчика 7; FX - измеряемая частота, поделенная в К - з.начение коэффициента деления управ ляемого делителя частоты, зависящее от значения FX ( чем выше FX, тем больше значение К). Исходя из приведенной формулы на чертеже (см. фиг. 2) представлен график зависимости величины погрешности 5 от значения измеряемой частоты при различных значениях частоты генератора тактовой (опорной) частоты FO, времени габлюдекия и емкости М. Как видно из графика (см. фиг. 2) величина погрешности уменьшается с ростом FX ( на фиг. 2 эта зависимость соответствует пунктирным линиям - 1) при измерении частоты классическим способом (заполнением салиброванного временного интервала импульсами измеряемой частоты FX) . На фиг. 2 линии, обозначенные точкой-тйре-И, иллюстрнрую что с ростом измеряемой величины FX погреш ность измерения 5 увеличивается, если измерение FX осугцествляют путем измерения пери ода TX с последуюшим пересчетом TX в FXСплоншые кривые - 111, нанесенные на фиг. 2, характеризуют изменение величины погрешности 5 при адаптивном измере1гаи FX, то есть предлагаемым цифровым измерителем частоты. Таким образом, одно из важных достинств федложенного цифрового измерителя частоты заключается в сохранении постоянства погрешности измерения в широком диагнзоне измеря емых частот FX. Kp,)N)e rnro. ripc;i;i(i on:ii,ft цифровой измеритель частоты прост rrii K JHструкпли и обеспечивает высокую то-ишсть при малом времени изменения и позможпсчть выбора нанлучишх значений FQ и М из условия минимальной погрешности измерения. На фнг. 3 пр 1ведена зависимость величины случайдои погрешности измерения от частоты тактового генератора и суммарной емкости счетчиков М. Формула изобретения Цифровой измеритель частоть, содержащий управляемый делитель частоты, вход которого подключен к входной шине устройства, а выход - к первому входу блока формирования и управления, первый и второй выходы которого соединены соответственно со счетным входом т-разрядного счетчика импульсов и первым входом счетчика результата, генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом ключа, времязадаюший счетчик, выход которого соединен со вторым входом блока формирования и управпеш1я, о т л и ч а ю ш ийс я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении постоянной точности измерений во всем диапазоне измеряемых частот и повышения надежности, в него введены блок управления и грубого измерения частоты, т-разрядный и т-элементов динамической .гамяти. пртем входь блока управления и грубого измерения частоты подключены к входной шине устройства, управляю1ций вход управляемого делителя частотьг соединен с выходом блока управления и гр бого измерения частоты и вторым входом счетчика результата, третий вход которого соединен с выходом ключа и управляюшими входами элементов динамической памяти информаянонные входы которых подключены к выходам соответствующих разрядов сумматора выходы т-разрядного счегчика импульсов соединены с первыми входа.к™ разрядов сумматора, ко вторым входам которых подключены выходы соответствующих элементов динамической памяти, вход времязадающего подключен к выходу последнего разряда сумматора, третий и второй входы блока формирования и управления соединены соответственно с первым и вторым входами ключа, третий вход которого подключен к третьему выходу блока формирования и управления.

Вг

Ю

ОГц

Ю

ПЮ

«

70

/0

/о

гав

/О

/0