Цифровое устройство для измерения час-ТОТы Советский патент 1981 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения с высокой точностью значения частоты импульсной последовательности. Известно устройство с непрерывным представлением показания для измерени {изкочастотных импульсных последовательностей, содержащее блок выделения разности периодов, реверсивный счетчик, преобразователь кода в частоту, счетчик импульсов, элемент совпадения, генератор импульсов, выходная частота которого изменяется по определенному функциональному закону С13 Недостатком этого устройства является зависимость точности измерения частоты от ее величины. Так, при зависимости, определяющей значение выходного кода, л2п -v где FQ - опорная частота преобразователя кода в частоту на базе двоичного умножителя; F - входная частота; п - число разрядов реверсивного счет- , чика и счетчика импульсов при FQ 1 мГц и кГц, максимальное число разрядов не превышает , т.е. относительная приведенная погрешность JxO,l%, а при tc кГц, имеем п 7 (.Кроме того, в устройстве также наблюдается слабая зависимость точности измерения от нестабильности генератора импульсов. Неточность в задании закона изменения частоты генератора импульсов относительно требуемого приводит лишь к увеличению длительности переходного процесса. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения частоты, содержащее блок выделения разности периодов, реверсивный счетчик, преобразователь код-частота,, счетчик импульсов, генератор импульсов, элемент совпадения 23. Однако и в таком устройстве, отно-: сящемся к разомкнутому, погрешность измерения входной частоты существенно зависит от точности формирования закона изменения частоты генератора импульсов, а при измерении низких частот погрешность измерения возрастает в несколько раз -по сравнению с указан ной -для следящих. Цель изобретения - повышение точ- измерения частоты. Эта цепь достигается тем, что в цифровое устройство для измерения частоты, содержащее блок выделения разности периодов,первый выход которого соединен со входом реверсивного счетчика, выход которого подключен че рез преобразователь кода в частоту к первому входу счетчика импульсов, выход счетчика импульсов соединен со вх дом блока выделения разности периодов второй выход которого подключен к пер вому входу элемента совпадений, второй вход элемента совпадения соединен с выходом генератора импульсов, допол нитепьно введены последовательно соединен1Я е триггер, элемент совпадения счетчик импульсов, дешифратор и коммутатор импульсов, выходы которого подключены к разрядным входам реверсивного счетчика, управляюш 1й двход коммутатора импульсов соединен с выходом основного элемента совпадения и с первым входом триггера, второй вход которого соединен с третьим выходом блока выделения разности периодов и с вторым входом дополнительного элемента совпадения, выход которого подключен ко второму входу основного счетчика импульсов, выход которого соединен со вторым входом дополнитель ного счетчика импульсов. Кроме того, цель достигается благодаря возможности измерять мгновенное значение частоты, оперируя, либо с одним, либо с двумя и т.д. ее перио дами, причем чем стабильнее значение входной частоты, т,е, чем меньше скорорть ее изменения, тем из большего числа периодов состоит временной интервал, подвергаемый-из 1 ерению,

На чертеже представлена функциональная схема цифрового устройства для измерения частоты.55

Устройство содержит генератор 1 импульсов, блок 2 выделения разности периодов, реверсивный счетчик 3, преобразователь 4 кода в частоту.

новое значение кода

21

(р+ля)л.

(М

Р„

пропорционально текущему значению/ входной частоты. счетчики 5 и 6 импульсов, дешифратор 7, коммутатор 8 импульсов, триггер 9, элементы Юн 11 совпадения, входную и выходную шины 12 и 13. В качестве сигнала, определяющего характер изменеш я входной частоты, используется величина рассогласования, формируемая при сравнении периодов входной F и компансиругадей частот Е. Устройство работает в двух режимах: когда входная частота имеет достаточно высокую скорость изменения и когда входная частота изменяется медленно, Если входная частота имеет достаточно высокую скорость изменения, то на ш 1ходе блока 2 выделения разности периодов с приходом каждого импульса входной частоты формируется временный интервал ДТ-|Т-Тос/ , в течение которого на счетный вход п -го триггера (нумерация ведется со стороны старшихразрядов) реверсивного счетчика 3, минуя элемент совпадекия 10 и коммутатор 8, поступает где 1 часЕО « Тчисло импульсов, тота заполнения с генератора 1 импульсов. Первый же импульс EQ корректирующего воздействия устанавливает триггер 9 в единичное состояние, и после окончания EQ импульс входной частоты F, пройдя элемент II совпадения, устанавливает счетчики 5 и 6 в нулевое состояние, синфазируя начало периодов частот F и Fg. Поэтому в следующем периоде входной частоты процесс сравнения частот повторяется. При изменении частоты F./ в соответствии с законом корректирующее воздействие 1-±V.I. с.с XX v-v пропорционально изменению входной частоты, и при выходном коде, определяемом из выражения Если входная частота изменяется медленно, то в течение двух первых временных интервалов на вход реверсивного счетчика 3 не проходят импульсы частоты F . Следовательно, триггер 9 находится в нулевом состоянии, а импульсы входной частоты не обнуляют счетчики 5 и 6, при этом последовательно сравниваются временные интервалы, равные одному, двум и т.д. периодам частот F и PQp. При временном интервале, равном 4 А Т, корректирующее воздействие Fjj д Т О и импульсы частоты F через, коммутатор 8 поступают на счет.ный вход (п+ триггера реверсивного счетчика 3. На управляющие входы коммутатора 8 подаются выходные сигналы дешифратора 7, переключательные функции которого имиот вид л гр РРРР А -5 Р fe Р Г1п-- А З 1 .- где А - выходной сигнал дешифратора Р« - единичный выход i -го тригге ра счетчика 6. В данном случае возбувдается выхо АП дешифратора 7, так как код счетчи ка 6 равен четырем 1|.. . 0.. .010 Число импульсов корректирующего воздействия j поступающих на (п +2)-триг гер реверсивного счетчика, равно , (6) и, поскольку выходной код при (п+2)разрядном реверсивном счетчике 3 определяется из выражения (7) N F f. новое значение кода чип ) (8) ° указьшает на измерение входной частоты с погрешностью в четыре раза меньше, чем определяемое формулой После, окончания действия ближайший импульс частоты F устававливает счетчики 5 и 6 в нулевое состометрия, 1972, N 2. 46 тояние, т.е устройство подготовливается к следунщему циклу частот. Преимуществом предлагаемого устройства является возможность измерять медленно изменяющиеся частоты с высокой точностью, ограниченной лишь нестабильностью генератора опорной частоты. Формула изобретения Цифр-овое устройство для измерения частоты, содержащее блок выделения разности периодов, первый выход которого соединен со входом реверсивного счетчика, выход которого подключен через преобразователь кода в частоту к первому входу счетчика икпульсов, выход счетчика импульсов соединен со входом блока выделения разности периодов, второй выход которого подключен к первому входу элемента совпадения, второй вход элемента совпадения соединен с выходом генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнитепьно введены последовательно соединенные триггер, элемент совпадения, счетчик импульсов, дешифратор и коммутатор импульсов, выходы которого подключены к разрядным входам реверсивного счетчика, управляющий вход коммутатора импульсов соединен с выходом основного злемента совпадения и с первым входом триггера, второй вход которого соединен с третьим выходом блока выделения разности периодов и со вторым входом дополнительного элемента совпадения, выход которого подключен ко второму входу основного счетчика импульсов, выход которого соединен со вторым входом дополнительного счетчика импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Петух A.M. и Швецкий Б.И. Метод цифрового измерения низкой частоты в следящем реямме4- Автометрия, 1971, № 4. . . 2. Мельников А.А. и др. О некоторых путях построения быстродействующих преобразователей частоты в код с моделированием обратной функции.- Ав