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

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники. Устройство предназначено для измерения пе ода гармонических сигналов и может быть применено при создании прецизнойных частотно-измерительных устройств. Известен цифровой измеритель сре ней частоты, содержащий схемы И, предварительный счетчик, счетчик времени измерения с переключателем предустановки, блок памяти, блок коммутации, триггер и схему И-НЕ I Недостатком этого устройства является недостаточная помехозащищенность, так как единственным способом уменьшения ошибки, обусловленной наличием аддитивных шумов во входном исследуемом сигнале, является увеличение числа усредняемых периодов, что приводит к увеличению времени измерения, при котором может существенно измениться сама измеряемая величина. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее формирующее устройство, делитель частоты, много канальный формирователь времени измерения, генератор образцовой частоты, линию задержки, электронные ключи, схему ИЛИ, счетчик импульсов и индикатор 2. Недостатком этого устройства является относительно высокая ошибка дискретности, которая определяется периодом образцового генератора. Увеличение частоты образцового генератора ограничено максимальной рабочей частотой используемой элементной базы. Учитывая, что в данном устройстве схема ИЛИ и счетчик импульсов работают на частоте m « fd.fj где m - число независимых каналов усреднения, максимальная частота опорного генератора WH§«-f Целью изобретения является повышение точности измерения периода. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее фо1 ирователь импульсов, БЫХОДС подключенный к входу делителя частоты, выходы которого соединены с входгияк формирователя времени измерения, генератор образцовой частоты, счетчик, выходы которого подключены к первой группе входов индикатора. вбедены реверсивный счетчик, сумматор и регистр п 1мяти. Причем суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к первому вьвсоду формирователя времени измерения, второй выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выходами соединенного с первыми . входами сумматора, вторьте входы которого подключены к второй группе ;входов индикатора и выходам регистра памяти, входы регистра памяти соединены с выходами сумматора, выход переноса которого подключен « счетному входу счетчика, выход генератора образцовой частоты подключен к входам синхронизации формирователя времени измерения и регистра памяти. Введение дополнительнш элементов и связей между ними позволяет осуществлять запо14инание числа одновременн усредняемых в данный момент временных интервалов и производить увеличение содержимого регистра памяти на это число при поступлении каждого последу щего импульса от генератора опорной частоты. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 изображен эпюры, поясняющие принцип его работы, Устройство включает в себя формиро ватель 1 импульсов, делитель частоты 2, многот анальный формирователь времени измерения 3, генератор образцовой частоты 4, реверсивный счетчик 5, сумматор б, регистр памяти 7, индикатор 8 и счетчик 9. формирователь импульсов,делитель частоты 2, многоканальный формирователь времени измерения 3 и реверсивный счетчик 5 соединены последователь но. Выходы реверсивного счетчика соединены с первыми входами сумматора б. Выходы сумматора соединены с входами регистра памяти 7. Выходы регистра па мяти соединены с вторыми входами сумма тора и с входами индикатора 8. Выход генератора образцовой частоты 4 соеди нен с входами синхронизации многоканального формирователя времени измере ния и регистра памяти. Устройство работает следующим об разом. Перед началом измерения реверсивны счетчик 5 регистр памяти 7 и,счетчик 9 установлены в нулевое состояние. По этому по импульсу генератора образцовой частоты 4 в сумматоре б происходит суммирование нулей - реверсивного счетчика и регистра памяти, и устройство пр1одолжает находиться, в ясходиом состоянии. Сигнал, период которого надо измерять, поступает на формирователь 1 на его выходе образуется потоке импуль сов , соответствующих моментам перехода смеси сигнала и шума на входе устройства через нулевой уровень (dfcHr. 2 а); Через делитель частоты 2 импульсы поступают на многоканальный формирователь времени измерения 3, который формирует m временных интервалов , сдвинутых один относительно другого на время t (фиг. 2 б и г), где ty, время корреляции случайного процесса. На суммирующий вход реверсивного счетчика 5 с выхода формирователя 3 поступают импульсы, соответствующие передним фронтам временных интервалов, а на вычитаниций вход импульсы, соответствующие задним фронтам (фиг. 2 е и ж). В многоканальном формирователе 3 происходит привязка фронтов временных интервалов к импульсам генератора 4, в результате которой на входы реверсивного счетчика поступают не импульсы фронтов интервалов, а следующие во времени непосредственно за ними импульсы генератора образцовой частоты фИ1. 2 ей ж). Эта привязка позволяет синхронизировать процессы суммирования и переписи информации в регистр памяти. Импульс, соответствующий переднему фронту первого временного интервала, пройдя, на суммиругощий вход реверсивного счетчика 5, устанавливает на его выходе двоичный код 1, который суммируется с кодом регистра памяти 7. Результат суммирования по каждому импульсу генератора 4 переносится с выхода сумматора б в регистр памяти.. Поэтому с каждым импульсом содержимое регистра памяти увеличивается на единицу. После прихода на суммирукяций вход реверсивного счетчика импульса, соответствующего переднему фронту второго временного интервала, на выходе, реверсивного счетчика устанавливается двоичный код 2, и теперь по каждому импульсу генератора 4 содержимое регистра 7 увеличивается на два и т.д., т.е. после прихода переднего фронта п -го временного интервала содержимое регистра памяти увеличивается на т по каждому импульсу образцовой частоты генератора 4. Импульсы, соответствующие задним фронтам временных интервалов, уменьшают состояние реверсивного счетчика 5 на единицу каждый. Поэтому после появления заднего фронта первого временного интервала каждый импульс генератора 4 увеличивает содержимое регистра 7 на m-1, а после заднего фронта m-го временного интервала на.выходе реверсивного счетчика устанавливается код О и изменение сосёел ния регистра прекращается. При этом в,регистре фиксируется число, пропорциональное среднему периоду измеряемого сигнала, которое определяется с помсмцью индикатора 8. Регистр 7 имеет количество ра рядов (к), равное разрядности сумматора, KOTOjioe равно числу разрядов реверсивного счетчика и выбирается из соотношения 4 2. Счетчик 9 имеет количество разрядов е с., где с - число разрядов необходимое для измерения максимального значения измеряемой величины с учетом одновременного усреднения m интервалов На вход счетчика 9 подается сигнал с выхода переноса сумматора 6. Сумматор осуществляет суммирование содержимого реверсивного счетчика 5 и содержимого регистра 7 по модулю к., а число сигналов переноса подсчитывается сч етчйком 9. При этом младшие разряды числа, пропорционального среднему периоду измеряемого сигнала фиксируются в реглстре 7, а старшие разряды - в счетчике 9. В данном многоканальном измерител периода как бы параллельно работают m независимых каналов, измеряющих средний из п периодов исследуемого сигнала. Расстояние между началом I и I +1-ГО окна формируется делителем 2 и многоканальным формирователем времени измерения 3 и определяется временем корреляции случайного процесса. Очевидно, что ошибка дискретности при применении предлагаемого устройства определяется периодом образцового генератора, рабочая частота которого с целью получения минимальной ошибки дискретности может быть выбрана максимальной для данной элементной базы, т.е. fo.r .нокс 1 .w, U. : В ТО время как в известном устройстве 2 рабочая частота в m раз меньш максимальной, Из сравнения соотношения (1) и (2 видно, что применение данного устрой ства позволяет уменьшитьошибку диск ретности, а следовательно, повысить точность измерения в m раз. Кроме того, увеличение m не ведет к заметному увеличению объема оборудования. так как число разрядов реверсивного Ъчетчика с ростом числа каналов рас гет не пропорционально гп , а пропорционально fog 2 , а число разрядов сумматора6 и регистра 7 не зависит от m и определяется максимальным значением измеряемой величины с учетом одновременного усреднения m интервалов. Применение устройства позволяет снизить не только ошибку, обусловленную шумами, без заметного увеличения времени измерения, но и ошибку дискретности, т.е. обеспечить измерение периода с более высокой точностью. Формула изобретения Цифровой измеритель периода, содержащий формирователь импульсов, выход которого подключен к входу делителя частоты, выходы которого соединены с входами формирователя времени измерения, генератор образцовой частоты, счетчик, выходы которого подключены к первой группе входов индикатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены реверсивный счетчик, сумматор и регистр памяти, причем суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к первому выходу формирователя времени измерения, второй выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выходы которого соединены с первыми входами сумматора, вторые входы которого подключены к второй группе индикатора и выходам регистра памяти, входы которого соединены с выходами сумматора, выход переноса которого подключен к счетному входу счетчика, выход генератора образцовой частоты подключен к входам синхронизации формирователя времени измерения и регистра памяти. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 468176, кл. G 01 R 23/02, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР № 611158, кл. G 04 F. 10/04; 1978.

M

i/i./