Цифровой частотомер Советский патент 1981 года по МПК G01R23/10 

Изобрегение огноснтся к информацнонно-измеригельной технике и может быть использовано для измерения среднего значения частоты. Известен цифровой частотомер, содержащий генератор эталонной частоты, формирователи импульсов, триггер, импульсно-потенциальный ключ и счетчики l. Недостаток этого устройства закулюча ется в пониженной точности, обусловленной погрешностью квантования. Известен также цифровой .частотомер, содержащий генератор эталоннсЛ частоты формирователи импульсов, элемент И, триггер, импульсно-потенциальные ключи и счетчики. Это устройство снижает погрешность квантования до величины, зависящей от длительности формируемых импульсов 2. Однако при измеряемых частотах, близ кйх илв равньос кратным значением эталон iHcril частоты, импульс начала нзмерення, соответствующий первому совпадению после команды Пуск, поступает либо через значительное время, либо может не поступить вообще.ч Наиболее близким к предлагаемому является нифровсА частотомер, содержащ последовательно соединенные генератор эталонной частоты, фазовращатель, формирователь импульсов, ключ, счет-чик, последовательно соединенные второй формирователь импульсов, ключ и Brcpoft счетчик, элемедт И, выход которого через триггер подключен ко вторым входам клю чей, а входы соединены с выходом . вращателя и втфого формирователя, блок управления, первый вход которого соединен с выходомЛ1 вого формировател в,Г аторсй вход - с выходом элемента И, а выход - со вторым входом фёзо ащателя. Этот частотом позволяет измерять v частоты близкие или равные кратным значениям эталонной частоты ГзЗ. Недостатком частотомера является то что фазощ)ащатбль, обеспечивающий возможность измерения частот, близких шхи равных кратным значениям эталонной . чв. 3e5 стогы, в го же время неизбежно увеличйваег погрешность измерения- за счет внесения фазовых флуктуации и т.п. и усложняет конструкцию частотомера. Цель изобретения - повышение точноети измерений. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные генератор эталонной частоты и первый ффмирователь выход которого соединен с первыми входами первого ключа и элемента И, второй вход последнего соединен с выходом второго формирователя и первым входом второго ключа, выход элемента И - со вхо- дом основного триггера, выходы первого и второго ключей - со входами соответствеяно первого и второго счетчиков, до. полнительно введены два ключа, два триггера, два элемента ИЛИ и ждущий мультивибратф, выход которого соединен с первым входом первого дополнительного ключа, второй вход которого подключен к инверен ому выходу основного триггера и первому входу второго дополнительного ключа, втфой вход которого соединен с выходом первого счетчика, а выход - со вхо.дом первого дополнительного триггера, прямой выход которого подключен к вому входу первого элемента ИЛИ, втфой вход которого подключен к прямому выходу основного триггера, первому входу второго дополнительного триггера и первому входу второго элемента ИЛИ, выход первого дополнительного ключа соединен со вторым входом втфого дополнительного триггера прямой и инверсный выходы котордго подключены соответственно . ,ко вгфому входу второго элемента ИЛИ и третьему входу элемента И, выходы второго- и первого элементов ИЛИ соединены со втфыми входами соответственно первого -и второго ключей. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства| на . 2 - временные диаграммы. Устройство содержит генератор 1 эталонной частоты, формирователи 2иЗ, ключи 4-7, ждуашй мультивибратф 8, элемент И 9, триггеры 10-12, элементы ИЛИ 13 и 14, счетчики 15 и 16, шину 17 запуска. Устройство работает следующим образом Формирователь 2 преобразует синусе щдальное напряжение генератора- 1 в последователькосгь импульсов длительностью с периодом следования Тд (фйг. 2&). .Зти импульсы поступают на ервые входы e элемента И 9 и кпюча 4. Формирователь 3 преобразует входное нагфяжение частоты f у в последовательность импульсов длительностью С КС периодом следова f- (фнг. 2,), котфые поступают на второй вход элемента И 9 н на первый вход ключа S. . При частотах измеряемого сигнала, не близких и не равных кратным значениям f выходе элемента И 9 появляются имаульсы совпадения, средняя величина периода следования которых равна J.X. Максимальная длительность достигается при минимальном значении частоты измеряемого диапазона. Длительность импульса J ждущего мультивибратфа выбирается равной К Т Э ,4 max где К - коэффициент, учитывающий. . возможность колебаний Тд, для конкретного значения fx - (в данном случае: . ) в некотором диапазоне, 1, После посгупления импульса с .|щины 17 запуска (фиг. 2,о) на мультивибратф Q последний запускается, начиная формировать импульс f g, (фиг. 2,). Если до окончания на выходе элемента И 9 возникает импульс совпадения, то триггер 10 перебрасывается, что приводит к закрыванию нормально открытых ключей 6 и 7 и открыванию ключей 4 и 5. В счетчиках 15 и 16 начинаемся подсчёт импульсов эталонной и измеряемой частоты. По окончании импульса Т ц продифференцированный перепад наг ряжения ( дифференцировашш не показана) посту„дет на второй ключ 6, но не проходит через него, состояние триггера 11 не изменяется. При поступлении второго по времени импульса совпадения на вход триггера юпоследний возвращается в исходное состояние, закрывая ключи 4 и S. Результат измерения определяется по по кодам шип зафиксированным соответственно в счетчиках 15 и 16. () В случае, если в течение интервала вое- мени Тмй после поступления импульса с ш(гаы запуска элемент И 9 не выделяетни одного совпадения н триггер 10 не перебрасывается, то импульс, соответствующий окончанию C.ft , проходит через нормально открытый ключ 6 и перебрасы вает триггер 11. Последний блокирует элемент И 9 и открывает ключ 4. Начинается заполнение счетчика 15 импульса ми эталонной частоты. При частоте х,(фнг. 2) близкой или равной кратным значениям, временной интервал МТ равен временному интервалу NTx с погрешностью, определяемой близостью-Тд иРТ ( р - коэффициент кра ностп). При ДТ Тд-рТ 0 эта погрешность также равна нули). Оценим вели чину ДТ в случае не кратных, а близкихк кратным значениям у и , при этом имеет место плавное смещение импульсов одной последовательности относи тельно импульсов другой, причем на каж дом периоде этот сдвиг равен ЛТ. Так как для выше приведенного примера ц 11 то количество таких сдвигов (а, следова не менее : 1 тельно, и периодов Тд ) Тогда Д.Т не более - 0 Таким образом, если в течение времени иле нет совпадений, то это говориг -о том, что частоты : и $„ кратны или близки к кратным, причем это опреде ляется с погрешностью, зависящей от Л.Т «Т . Для измерения у в этог случае формируется эталонньй измерител ный интервал inЗгл э (фиг. 21), а величина М выбирается из условия Тэ«М И1с(х -|г . Для этого, выход разряда счетчи1 То,. соответствующего подсчету М импульсов, соединен через нормально открытый ключ 7 с триггером 12, и два последовательно идущих импуль са, поступающие-, на вход триггера 12, формируют эталонный интервал ТдМ , в течение которого открыт ключ 5. Резуль тат измерения определяется как гдё - код счетчика 16. В случае, когда окончание импульса i-i/ve совпадает с первым импульсом, совпадения и перебрасьшаются оба триггера 1О и 11, для возвращения одного из |них в исходное состояние выход триггера lib соединен со входом установки нуля триггера 11, Формула изобретения Цифровой частотомер, содержащий Последовательно соединенные генерато} эталонной частоты и первьгй формирователь. выход которого соединен с первыми входами первого ключа и элемента И, втфой вход последнего соединен с выходом второго формирователя и первым входом второго ключа, выход элемента И соединен со входом основного триггера, выходы первого и второго ключей соединены со входами соответственно первого и второго счетчиков, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены два ключа, два триггера, два элемента ИЛИ и ждущий мультивибратор, выход котфого соединен с первым входом первого дополнительного ключа, второй вход которого подключен к инверсному выходу основного триггера и первому входу второго дополнительного ключа, второй вход которого сое-; динен с выходом первого счетчика, а выход - со входом первого дополнительного триг.гера, прямой выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к прямому выходу основного триггера, первому входу второго Дополнительного триггера и первому входу второго элемента ИЛИ, выход первого дополнительного ключа соединен со вторым входом второго дополнительного триггера, прямой и. инверсный выходы которого подключены соответственно ко второму входу BTtporo элемента ИЛИ и третьему входу элемента И,, выходы втсрогс и первого элементов ИЛИ Соединены со вторыми входами соответ- ственно первого и второго j ключей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Сенатский П. П, Автоматические ( измерения и приборы, К. Вища школа, 1971, с. 394. 2.Автсрское свидетельство СССР 350167, кл, Н ОЗ К 13/20, 1970. 3.Автфское свидетельство СССР 612179, кл. Q О1 R 23/1О, 1977.

r - s-rр- П

KSq

фм. /

&

T-j