Адаптивный цифровой частотомер Советский патент 1982 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля при работе с датчиками частотного типа.

Известны цифровые частотомеры средних значений, включающие формирователь входных сигналов, схему уп равления, генератор образцового интервала времени с генератором опорной частоты и счетчик результата 1.

Недостаток этих частотомеров невысокая точность измерения в области низких частот.

Известен частотомер, содержащий три счетчика, регистр, опорный, генератор и другие логические элементы, KOTOpafi осуществляет измерение периода с преобразованием результата в единицы частоты 2.

Однако известный частотомер обладает ограниченным диапазоном измеряемых частот.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в частотомер, содержащий формирователь входного сигнала,сое-, диненный с первым входом блока управления, генератор опорной частоты,

соединенный с входом счетчика временных интервалов, счетчик периода и подключенный к его разрядным выходам через блок вентилей вспомогательный счетчик с анализатором нуля, а также счетчик результата, причем первый выход счетчика временных интервалов подключен к первому входу элемента И счетчика периода, второй

10 вход этого элемента И соединен с управляющим выходом блока управления, второй режимный выход которого подключен к первым входам элементов И вспомогательного счетчика и счет15чика результата, а вторые входы этих элементов И соединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и с выходом анализатора нуля, введены .элементы И, ИЛИ счетчика

20 временных интервалов и счетчика результата, а также триггер, единичный вход которого соединен через анализатор нуля с выходом вспомогательного счетчика, установочные разрядные

25 входы которого, а также нулевой вход триггера подключены к первому командному выходу схемы управления, единичный выход триггера соединен с вторым входом блока управления,

30 третий вход которого через элемент

ИЛИ подключен к выходам первого и второго элементов И счетчика временных интервалов, причем их первые вхды соединены соответственно с первы и вторым режимными выходами блока управления, а их вторые входы соединены соответственно с третьим и вторым исходами счетчика временных интервалов, кроме того, вход счетчика результата через элемент ИЛИ связан с выходами двух элементов И счетчик результата, первый вход последнего соединен с первым режимным выходом блока управления, а второй его вход подключен к выходу формирователя входных сигналов.

На чертеже представлена схема адаптивного цифрового частотомера.

Частотомер содержит формирователь 1 входного сигнала, блок 2 управления, генератор 3 опорной частоты, счетчик 4 временных интервалов, счетчик 5 периода, вспомогательный счетчик б, счетчик 7 результата,бло 8 вентилей, элементы И 9-14, элементы ИЛИ 15-17, анализатор 18 нуля и триггер 19.

Принцип работы устройства заключается в следующем.

При высоких значениях измеряемой частоты устройство работает по принципу частотомера средних значений, т.е. осуществляет подсчет числа входных импульсов за фиксированный интервал времени. При уменьшении частоты до определенного порогового значения устройство переходит на режим измерения по принципу частотомера мгновенных значений, т.е. с помощью генератора опорной частоты измеряют период входного сигнала с посяедукицим вычислением обратной величины, пропорциональной входной частоте..

Устройство работает следующим образом.

По началу цикла измерения, синхрониэирюванному с импульсом входной частоты FH, поступающим с выхода формирователя 1 на информационный вход блока 2 управления, устройство приводится в исходное состояние, в котором счетчики 4, 5 и 7 устанавливаются в нулевое состояние, сигналом с первого командного выхода блока 2 управления триггер 19 устанавливается в нул-евое состояние, а в счетчик 6 вносится уставка, соответствующая порого-вому значению входной частоты, ниже которой устроство работает как частотомер MIVOвенных значений, а выде - как частотомер средних значений,

В общем случае в устройстве предусмотрено два режима работы: Р1 и Р2. По началу цикла измерения на первом режимном выходе блока 2 управления формируется разрешающий потенциал, поступающий на первые входы элементов И 12 и 13. Через элементы И 12, ИЛИ 16 на вход счетчика 7 поступают импульсы измеряемой частоты. На время первого периода измеряемой частоты «а управляющем выходе блока 2 управления формируется разрешающий потенциал, подаваекый на первый вход элемента И 9, на второй вход которого поступают импульсы с первого выхода счетчика 4. Период следования импульсов равен , где К - коэффициент деления на первом выходе счетчика 4; , - период следования импульсов генератора 3 опорной частоты. Эти импульсы поступают на вход счетчика 5 и через элемент ИЛИ 15 на счетный вход счетчика 6.

За время измерения первого перио|да входной частоты при отсчете уставки в счетчике 6 возможны два случая. В первом случае измеряемая частота лежит выше границы перестройки, и период следования входных импульсов меньше величины уставки счетчика б, установки в нуль счетчика б не происходит ; сигнал с выхода анализатора 18 нуля на единичный вход триггера 19 не поступает, и триггер 19 сохраняет свое нулевое состояние. Запрещающий потенциал , поступающий с единичного выхода триггера 19 на управляющий вход блока 2 управления, Не разрешает переход к режиму Р2, сохраняя разрешающий потенциал на первом режимном выходе до окончания цикла измерения среднего значения частоты. При этом на счетчик 7 поступают импульсы входной частоты с периодом Тх, а результат измерения регистрируется счетчиком 7 за время измерения, которое равно Kj- Т(.ц , где Kj - коэффициент деления а третьем выходе счетчика 4. Окончание цикла измерения происходит при поступлении сигнала с третьего выхода счетчика 4 через элементы И 13, или 17 на второй вход блока 2 управлени я.

В счетчике 7 подсчитывается число

H, S ,(1)

Во втором случае измеряемая частота лежит ниже границы перестройки и период следования входных импульсов меньше величины уставки счетчика 6, происходит установка в нуль счетчи- КЗ б и сигнал с выхода анализатора 18 иуля устанавливает триггер 19 в ещиничиое состояние. При наличии разрешакицего потенциала с единичного триггера 19 на управляющем входе блока 2 управления в момент поступления очередного импульса входной частоты с выхода формирователя 1 5 на информационный вход блока 2 управления происходит переход устройства к режиму Р2. Разрешающий потенциал переключается с первого режимного выхода блока 2 управления на второй режимный выход, формируя разрешение на первых входах элементов И 10, 11 и 14. К моменту начала режима Р2 в счетчике 5 фиксируется чи ло П, пропорциональное периоду изме ряемой частоты TX, Тх - . Перед реализацией режима Р2 счет чики 4 и 7 устанавливаются в нулево состояние, а число П из счетчика 5 по сигналу с второго командного выхода блока 2 управления через блок вентилей переписывается в счетчик 6 При снятии разрешающего потенциала на управляющем выходе блока 2 управ ления частота через элемент И 9 пре ращает поступать на счетчи.ки 5 и б, и счетчик 5 в процессе всего режима Р2 сохраняет свое состояние. В режиме Р2 реализуется подсчет счетчиком 7 числа импульсов, период следования которых пропорционален измеренной в режиме Р1 величине П за время вычисления, формируемЬе счетчиком 4, которое равно Тсч , где Kg - коэффициент деления с второго выхоаа счетчика 4. Поступающие .на вычитающий вход счетчика б через элементы И 10, ИЛИ 15 импульсы с выхода генератора 3 опорной частоты с периодом TQH отсчитывают интервалы времени,, равные П-Тсч Каждый раз при обнулении счетчика б сигйал с выхода анализатора 18 нуля регистри руется счетчиком 7 через элементы И 11, ИЛИ 16, а также осуществляет перепись величины П из счетчика 5 в счетчик б, поступая на командный вход блока 8 вентилей. Этот процесс повторяется до поступления с второго выхода счетчика 4 через элементы И 14, ИЛИ 17 сигнала об окончании режима Р2. При этом снимается разрешающий потенциал второго режимного выхода блока 2 управления, и про цесс измерения повторяется. Подсчитанное в счетчике 7 результата число равно N К2.- ТСЦ. у П-Тсч. Учитывая (2), получаем N Кг-Тсч, ,3) к Т X Выражения (1) и (3) представляют собой результаты измерения, величина которых пропорциональна измеряемой входной частоте. Для сохранения выбранной размерности и исключения искажений резуль тата при перестройке работы устройства необходимо, чтобы при равных. значениях Тх были равные значения. N((. Как следует из выражений (1) и (3), это возможно при условии Щ К2, т.е. при схемной регшизации должно выполняться указанное соотношение между коэффициентами деления с первого, второго и третьего выходов счетчика 4. Таким образом, предлагаемое устройство изменяет алгоритм измерения и работает или как частотомер мгновенных значений, или как частотомер средних значений. Формула изобретения Адаптивный цифровой частотомер, содержащий формирователь входного сигнала,, соединенный с первым входом блока управления, генератор опорной частоты, соединенный с входом счетчика временных интервалов, счетчик периода и подключенный к его разрядным выходам через блок вентилей вспомогательный счетчик -с анализатором нуля, а также счетчик результата, причем первый выход счетчика временных интервалов подключен к первому входу элемента И счетчика периода, второй вход этого элемента И соединен с управляющим выходом блока управления, второй режимный выход которого подключен к .первым входам элементов И вспомогательного счетчика и счетчика результата, а вторые- входы этих элементов И соединены соответственно с выходом генератора опорной частоты и с выходом анализатора нуля, отлич ающийс я тем, что, с целью расширения диапазонов измерения, в него введены элементы И, ИЛИ счетчика временных интервалов и счетчика результата, а также триггер, единичный вход которого соединен через анализатор нуля с выходом вспомогательного счетчика, установочные разрядные входы которого, а также нулевой вход триггера подключены к первому командному выходу блока управления, единичный выход триггера соединен с вторым входом блока управления, третий вход которого через элемент ИЛИ подключен к выходам первого и второго элементов И счетчика временных интервалов , причем их первые входы соединены соответственно с первым и вторым режимными выходами блока управления, а их вторые входы соединены соответственно с третьим и вторым выходами счетчика временных интервалов, кроме того, вход счетчика результата через элементИЛИ соединен с выходами двух элементов И счетчи- ка результата, первый вход последнего соединен с первым режимным выходом блока управления, а второй его

вход подключен к выходу формирователя входных сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

351316, кл. Н 03 К 13/20,15.01.71,

2.Авторское свидетельство СССР

359604, кл. G 01 R 23/10,18.07.69,