Измеритель частоты Советский патент 1980 года по МПК G01R23/00 

f

Изобретение относится к электрическим измерениям и может быть использовано в информационно-измерительных и информационно-вычислительных комплексах для преобразования частотных S сигналов в код.

Известно устройство для измерения частоты, содержсццее счетчик с млсцдаими и старшими разрядами, делитель частоты, генератор эталонной частоты, 10 двоичный умножитель, три элемента совпадения, три триггера управления, преобразователь кодов и частотный датчик.

Начало отсчета мерного интервала tS в данном устройстве синхронизи{ювано с первым импульсом измеряемой частоты, поступающей на вход старших разрядов счетчика, поэтому в мерный интервгш попадает не только целое чис- 20 ло периодов измеряемой частоты, но и неполная часть периода, расположенная в конце ме1}ного интервала. Количество полных периодов просчитывается старшими разрядами счетчика, а уточняется25 результат путем измерения части периода измеряемой частоты, дополняющей мерный интерваип до целого числа периодов . Для этого в младшие разряды счетчика, работающие в режиме вычита-30

ния, перед измерением записывается код полного периода. Во время измерения части периода, дополняющей мерный интервал до целого числа периодов, на вход младших разрядов поступает сигнал с генератора эталонной частоты через Двоичный умножитель, коэффициент умножения которого задается со-держимым старших разрядов счетчика. В результате измерения в старших разрядах записано количество полных периодов измеряемого сигнала, а в млгщших - часть периода измеряемого сигнала, попавшая в мерный интервал 1}

Недостатком этого устройства является непостоянство фактического врег мёни измерения входного сигнала, так как а уменьшением частоты измеряемого сигнала время измерения части периода, дополняющей мерный интервал до целого числа периодов, становится соизмеримо и Дсике может превышать длительность мерного интерваша. Кроме того, происходит увеличение погрешности измерения при уменьшении частоты входного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому является измеритель частоты сигнгшов, содержащий опорный генератор, делитель частоты, первый триггер,первый элемент совпадения, счетчик полных периодов, формирователь, второй триггер, делитель с переменным коэффициентом деления, второй элемент совпадения и прецизионный счетчик.

В данном устройстве начало отсче- та мерного интервала синхронизировано с первым импульсом измеряемой частоты, поступившим на вход счетчика полных периодов, в котором по окончании мерного интервала оказьавается записано количество полных периодов измеряемой частоты. Часть периода, расположенная в конце мерного интервала, измеряется с помощью генератора, делителя с переменным коэффициентом деления и прецизионного счетчика, следующим образом.

Во время измерения сигнал с генератора опорной частоты через делитель, коэффициент Деления которого задается состоянием счетчика полных периодов, поступает на вход прецизионного счетчика, причем сигнальным импульсом измеряемой частоты прецизионный счетчик сбрасывается в нулевое состояние. После сброса последним на мерном интервале сигнальным импульсом прецизионный счетчик заполняется частично, и его показания пропорциональны длительности неполной части периода сигнала, оказавшейся в мерном интервале, т.е. процесс измерения заканчивается с окончанием мерного интервала .

Недостатком данного устройства является ограниченный диапазон из-, меряемых частот за короткий интервал времени (1-10 мс).

Цель изобретения - расширение диапазона частот, измеряемых с заданной погретиностью за короткие интервалы времени.

Указанная цель достигается тем, что в измеритель частоты, содержащий последовательно соединенные делитель частоты, первый триггер, первый элемент совпадения, второй триггер и второй элемент совпадения, а также генератор эталонной частоты, прецизионный счетчик и счетчик полных периодов, вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения, а выход подключен ко входу управления делителя с переменным коэффициентом деления, счетный вход которого соединен со входом делителя частоты, дополнительно введены последовательно соединенные делитель частоты, делитель с переменным коэффициентом деления и коммутатор, второй вход которого соединен с выходом счетчика полных периодов, а выход подключен к счетному входу прецизионного счетчика, вход установки ноль которого соединен с выходом первого элемента совпадения и входом установки в ноль дополнительного делителя частоты, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента совпадения и счетным входом основного делителя с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен к счетному входу дополнительного делителя с переменным коэффициентом деления и третьим входом коммутатора, при этом выход генератора эталонной частоты соединен со вторым входом второго элемента совпадения, а выход делителя частоты подключен ко входу установки в ноль второго триггера.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Измеритель частоты содержит первый элемент 1 совпадения, счетчик 2 полных периодов, прецизионный счетчик 3, дополнительный делитель 4 частоты, второй триггер 5, генератор б эталонной частоты, второй элемент 7 совпадения, основной делитель 8 частоты, основной делитель 9 с переменным коэффициентом деления, коммутатор 10, дополнительный делитель 11 с переменным коэффициентом деления и второй триггер 12.

Устройство работает следующим образом.

На счетчик 2 полных периодов черев открытый элемент 1 совпадения поступает измеряемый сигнал f . Первый импульс, прошедший через элемент 1, устанавливает триггер 5 в единичное состояние и разрешает прохо дцение импульсов генератора б стандартной частоты через элемент 7 совпадения. Генератор 6 и элемент 7 совпадения совместно с делителем частоты 8 составляют схему, задающую мерный интервал, начало отсчета которого синхронизировано с первым импульсом измеряемого сигнала В процессе измерения частоты через открытый элемент 1 измеряемый сигнал поступает на вход счетчика 2 полных периодов и на входы установки нуля делителя 4 и прецизионного счетчика 3. Счетчик 2 полных периодов управляет делителем с переменным коэффициентом деления и коммутатором 10.

При низкочастотном измеряемом сигнале, когда в счетчике 2 полных периодов за время измерения просчитываются единичные импульсы измеряемого сигнала, коммутатор 10 на вход прецизионного счетчика 3 подключает сиг- .нал с выхода дополнительного делителя 11 с переменным коэффициентом деления. Частота сигнала на входе прецизионного счетчика для измерения без погрешности должна превышать измеряемую частоту в 10.При измерении низки частот это соотношение обеспечивается преобразованием сигнала генератора б .стандартной частоты делителем 9 с перменным коэффициентом деления и дополнительным делителем 11 с переменным коэффициентом деления.

Это происходит следующим образом. Делитель 9, коэффициент которого задается содержимым счетчика 2 полных периодов, преобразует сигнал с г нератора 6 стандартной частоты согласно формуле . где: N|j - количество полных периодов измеряемой частоты, зафиксированное в счетчике 2 полных периодов; С/2 - емкость счетчика 2 полных периодов , fn.v,v, частота генератора б эталонной частоты. Из формулы (Г) видно, что частота сигнала на выходе делителя 9 с переменным коэффициентом .изменяется скач кообразно при изменении содержимого счетчика 2 полных периодов на единицу, т.е. при измерении входных сигНсшов, лежащих в диапазоне N2J,fy., Njj +1, частота сигнала на выходе делителя 9 с переменным коэффициентом деления остается постоянной. Дополнительный делитель 11 с пере менным коэффициентом деления, на вход которого поступает сигнал с выхода делителя 9 с переменным коэффициентом деления, преобразует его в соответствии с содержимым делителя 4 частоты. Коэффициент деления дели теля 4 частоты выбирается так, что при зад5анной частоте генератора 6 и определенном мерном интервале при изменении частоты измеряемого в одного сигнала в пределах М Njt соответственно изменяется частота сигнала на выходе дополнительного делителя с переменным коэффициентом деления, т.е. в данном диапазоне со раняется соотношение между частотой измеряемого сигнала и частотой на выходе доп. делителя с переменным коэффициентом деления согласно формуле : из. °При высокочастотном измеряемом сигнале, когда в счетчике полных пе риодов 2 заполняются старшие разряды, коммутатор 10 подключает на вхо прецизионного счетчика 3 сигнал с выхода делителя 9 с переменным коэф фициентом деления, оказывается достаточным для точного измерения . частоты входных высокочастотных сиг налов за короткие интервалы времени Заполнение прецизионного счетчика 3 выходным сигналом с коммутатор 10 во время измерения происходит не рерывно, причем каждым сигнальным и пульсом измеряемой частоты он сбрасывается в нулевое состояние. В результате после сброса последним на мерном интервале сигнальным импульс прецизионный счетчик 3 заполняется течение неполной части периода изме яемого сигнала, оказавшейся в мером интервале. По окончании мерного интервала на ыходе делителя 8 формируется отриательный импульс, устанавливающий риггер 12 в единичное состояние, а риггер 5 в исходное, тем самым блоируя прохождение сигналов измеряеой частоты через элемент 1 совпадеия на вход счетчика полных периодов блокируя формирование входного сигала прецизионного счетчика. Процесс змерения на этом заканчивается.Результат измерения зафиксирован в вух счетчиках: в счетчике 2 полных ериодов - количество полных периоов измеряемой частоты, попавших в ерный интервал, в прецизионном счетике 3 - часть периода измеряемой астоты, уточняющая показания счетика 2 полных периодов. Для повторного измерения неободимо по цепи сброса установить в сходное состояние триггер 12, счетик 2 полных периодов и прецизионый счетчик 3. Формула изобретения Измеритель частоты, содержащий последовательно соединенные делитель частоты, первый триггер, первый элемент совпадения, второй триггер и второй элемент совпадения, а также генератор эталонной частоты, прецизионный счетчик и очетчик полных периодов, вход которого соединен с выходом первого элемента совпадения,а выход подключен ко входу управления делителя с переменным коэффициентом деления счетный вход которого соединен со входом делителя частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона частот, измеряемых с заданной погрешностью за короткие интервалы времени, в него дополнительно введены последовательно соединенные делитель частоты, делитель с переменным коэффициентом деления и коммутатор, второй вход которого соединен с выходом счетчика полных периодов, а выход подключен к счетному входу прецизионного счетчика, вход установки в ноль которого соединен с выходом первого элемента совпадения и входом установки в ноль дополнительного делителя частоты, счетный вход которого соединен с выходом второго элемента совпадения и счетным входом основного делителя с переменным коэффициентом деления, выход которого подключен к счетному входу дополнительного делителя с переменным коэффициентом деления и третьим входом коммутатора, при этом выход генератора эталонной частоты соединен со вторым входом второго элемента совпадения, а выход делителя частоты подключен ко

входу установки в ноль вторйго триг-, гера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 229686, кл. G 01 R 23/10, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР 482692, кл. G 01 R 23/02, 1973.

h