Устройство для измерения частоты сигналов Советский патент 1980 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительных радиотехнических устройствах. Известно устройство для измерения частоты, позволяющее измерять низкие частоты til Недостаток этого устройства - относительно малая точность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство измерения частоты сигнало состоящее из триггеров, делителей частоты с переменным коэффициентом деления, ключей, прецизионного и гру бого счетчиков, опорного генератора и формирователя 2. Недостатками устройства являются низкая точность измерения, обусловленная превышением частоты опорного напряжения над частотой сигнала точно в 10 раз (где , 1, 2, 3,... невозможность повысить точность измерения остатка за счет увеличения времени счета и ограниченный диапазон измерения ввиду сложности созда ния управляемого декадного делителя перестраиваемого грубым счетчиком в широком частотном диапазоне. Цель изобретения - повышение точности измерений в широком диапазоне частот. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты сигналов, содержащее два делителя частоты, опорный генератор, выход которого подключен к первому входу первого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом первого триггера и первым входом первого ключа, выход первого делителя частоты подключен ко входу второго триггера, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам первого триггера и второго ключа, выход которого подключен ко второму входу первого триггера и счетному входу грубого счетчика, формирователь, выход которого соединен со вторым входом второго ключа, и прецизионный счетчик, дополнительно введены счетчики остатка и периода, два блока сравнения, две группы элементов И, элемент ИЛИ, два ключа, триггер, блок выделения периода, блок выделения заднего фронта, причем выход второго ключа подключен к установочному входу счетчика остатка, счетный вход

которого соединен с выходом первого ключа, выходы разрядов счетчика ос,татка через первую группу элементов И подключены к установочным входам fiepBoro блока сравнения, выход которого соединен с первым входом дополнчтельного тоиггера, второй вход которого соединен с управляющими входами первой группы элементов И, выходом блока выделения з аднего фронта и первым входом элемента ИЛЙ выход которого подключен к управляющим входам второй группы элементов И, выход дополнительного триггера соединен с первым входом первого дополнительного ключа, выход которого подключен через второй делитель частоты к управляющему входу первого блока сравнения и непосредственно к управляющему входу второго блока сравнения, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ и счетньом вхдом прецизионного счетчика, выход формирователя через блок выделения периода подключен к первому входу второго дополнительного ключа, второ вход которого соединен с выходом опорного генератора, вторыми входами дополнительных ключей, выход второго дополнительного ключа соединен со счетным входом счетчика периода, выходы разрядов которого через вторую группу элементов И подключены к установочным входам второго блока сравнения, выход первого триггера соединен со входом блока выделения заднего фронта.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения частоты сигналов.

Устройство содержит счетчик 1 остатка, счетчик 2 периода, грубый счетчик 3, прецизионный счетчик 4, триггеры 5-7, ключи 8-11, формирователь 12, блок 13 выделения периода , опорный генератор 14, делители 15 и 16 частоты, блок 17 выделения заднего фронта, группы элементов И 18 и 19, блоки 20 и 21 сравнения, элемент ИЛИ 22.

Устройство работает следующим образом.

При отсут.ствии входных сигналов счетчик 1 остатка, счетчик 2 периода грубый счетчик 3, прецизионный счетчик 4 и дополнительный триггер 5 находятся в нулевом состоянии, первый ключ 9 закрыт низким потенциалом, снимаемым с триггера 7, ключ 3 откры для прохождения импульсов измеряемого сигнала с выхода формирователя 12 потенциалом, снимаемым с триггера 6 третий ключ 11 закрыт низким потенциалом, снимаемом с выхода блока 13 выделения периода, а ключ 10 закрыт ниэким потенциалом, снимаемым с триггера 5. На цифровых индикаторах грубого 3 и прецизионного 4 счетчикбв высвечиваются нулевые показатели.

При подаче на вход устройства сигналов измеряемой частоты, они превращаются формирователем 12 в последовательность коротких импульсов. Проходя через открытый ключ 8, эти импульсы регистрируются грубым счетчиком 3. Ключ 8 открывается на калиброванный интервал времени, формируемый с помощью qnopHoro генератора 14, делителя 15 и триггера 6. Первый же импульс, который появляется на выходе ключа 8, опрокидывает триггер 7, который устанавливает делитель 15 в исходное нулевое состояние

В калиброванный интервал времени попадает целое число периодов и непоная часть периода сигнала, причем эта часть оказывается в конце калиброванного интервала. Целое число периодов измеряется с помощью счетчика 3, а часть периода записывается в счетчик остатка, при этом напряжение опорного генератора 14 через открытый ключ 9Подается на вход счетчика 1, который сбрасывается в О каждым очередным импульсом входного Сигнала. После сброса последним на калиброванном интервале сигнальным импульсом счетчик 1 заполняется частично, причем его показания пропорциональны длительности неполной части периода сигнала, оказавшейся в калиброванном интервале.

Одновременно происходит заполнение счетчика 2 периода импульсами опорного генератора через ключ 11, который открывается блоком 13 выделения периода на время, равное периоду входной частоты. Таким образом, в счетчике 1 оказывается записанным число импульсов опорного генератора, пропорциональное неполной части периода, а в счетчике 2 - число тех же импульсов, пропорциональное периоду входной частоты.

Блок 17 выделения заднего фронта формирует короткий импульс, по времени совпадающий с задним фронтом импульса триггера 7 и, следовательно, с окончанием калиброванного интервала. Выходной импульс блока 17 открывает элементы И 18 первойгруппы по вторым входам и опрокидывает т эиггер 5. При этом на установочные входы триггеров блока 21 сравнения подаются импульсы в соответствии с кодом, снимаемым с отдельных разрядов счетчика 1 остатка. Положительный потенциал, подаваемый на вход ключа 10 с триггера 5, после его опрокидывания открывает ключ 10 и импульсы опорного генератора начинают поступать через декадный делитель 16 на вход блока 21 сравнения. Блок 21 сравнения представляет, собой счетчик, имеющий столько же разрядов, сколько и счетчик 1 остатка, но работающий в режиме вычитания. Так как в блоке 21 сравнения оказался установленньом такой же самый код, что и в счетчике 1 остатка, то по мере поступления входных импульсов число, записанное в нем,все время уменьшается. При установке всех триггеров блока 21 сравнения в О с его выхода снимается импульс. Одновременно импульсы опорного генератора с выхода ключа 10 поступа ют на вход второго блока 20 сравнения, который представляет собой вычитающий счетчик с принудительной установкой кода, имеющий число разрядов, равное числу разрядов счетчика 2 периода. При установке всех триггеров блока 20 сравнения в нулевое состояние, с его выхода снимается импульс, который через элемент ИЛ 22 открывает вторую группу элементов И 19 по вторЕлм входам и производит таким образом перепись кода из счетчика 2 в блок20 сравнения, после че го описанный процесс непрерывно повторяется . Этот процесс происходит до тех пор, пока выходной импульс блока 21 сравнения не возвращает триггер 5 в исходное состояние. Низкий потенциал этого триггера закрывает ключ 10 и поступление импульсов опорного генератора на вход блока 20 сравнени прекращается. При этом прецизионный счетчик 4, подключенный к выходу бло ка 20 сравнения, фиксирует число циклов указанного процесса. Если грубый счетчик фиксирует результат вычисления неизвестной часто ты с точностью до 1 Гц, то показания прецизионного счетчика пропорциональ ны дробной части неизвестной частоты вычисленной по части периода, попавшего в калиброванный интервал --(К дробная часть неизвестной где F,. частоты; количество импульсов, писанных в счетчике 1 татка; количество импульсов, писанное в счетчике 2 остатка ; коэффициент деления делителя 1б, равный (где , 1, 2, 3,...). Суммарная случайная погрешность измерения частоты определяется погрешностью квантования cf/,-1 ({оТ,,, и .погрешностью вычисления от ношенияп1т равной (fsL-m HO к , т. е. Е foTn iA lofx Поскольку 10 можно выбрать достаточ но большим, то всегда можно обеспечить, чтобы cfs ЙАОП (где сГдоп - допустимая погрешность)в более широком диапазоне частот, чем в известном устройстве. Формула изобретения Устройство для измерения частоты сигналов, содержащее два делителя частоты, опорный генератор, выход которого подключен к первому входу первого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом первого триггера и первым входом первого ключа, выход первого делителя частоты подключен ко входу второго триг-. гера, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам первого триггера и второго ключа, выход которого подключен ко второму входу первого триггера и счетному входу грубого счетчика, формирователь, выход которого соединен со-вторым входом второго ключа, и прецизионный счетчик, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в широком диапазоне частот, в него дополнительно введены счетчики остатка и периода, два блока сравнения, две группы элементов И, э ;емент ИЛИ, два , триггер, блок выделения пер1года, блок вьщеления заднего фронта, причем выход второго ключа подключен к установочному входу счетчика остатка, счетный вход которого соединен с выходом первого ключа, выходы разрядов счетчика остатка через первую группу элементов И подключены к установочным входам первого блока сравнения, выход которого соединен с первым входом дополнительного триггера, второй вход которого соединен с управляющими входами первой группы элементов И, выходом блока выделения заднего фронта и первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющим входам второй группы элементов И, выход дополнительного триггера соединен с первым входом первого дополнительного ключа, выход которого подключен через второй делитель частоты к управляющему входу первого блока сравнения и непосредственно к управляющему входу второго блока сравнения, выход которого соединен со вторым входом элемента Ш1И и счетным входом прецизионного счетчика, выход формирователя через блок выделения периода подключен к первому входу второго дополнительного ключа, второй вход которого соедннен с выходом опорного генератора, вторыми входами дополнительных ключей. Йыход второго дополнительного ключа соединен со счетным входом счетчика периода, выходы разрядов которого че|эез вторую группу элементов И подключены к установочным входам второго блока сравнения, пыход первого триггера соединен со входом блока выделения заднего фронтсч.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

. : аивк:1 Фманиии № 2.1795310, кл. G 01 R 23/00, 197-3.

2. Авторское свидетельство СССР № 482692, кд. G 01 R 23/02, 1173,