Цифровой частотомер Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР

Изобретение относится к преобразователям частотной формы представления информации в цифровую и может быть использовано в различных измерительных, преобразовательных приборах, системах автоматического управления с частотно-импульсными датчиками и системах передачи информации.

Известно цифровое устройство для измерения частоты/ Основанное на подсчете целого числа периодов и учете дробной части периода в эталонном интервале времени измерения, начало которого совпадает с началом периода измеряемой част рты til .

Недостаток этого устройства - необходимость. синхронизации эталонного интервалах периодом измеряемой час-, тоты, что приводит к неполному ис . пользованию входной информации при последовательных измерениях, а следовательно к снижению точнсз1сти измерений и неточной оценке скорости измерения частоты по двум соседним ин- тервалам измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретений является цифровой частотомер, содержащий реверсивный счетчик, делитель опорной частоты, набор элементов совпадения, элемент сборки, регистр памяти и схему синхронизации момента записи информации из реверсивного счетчика в регистр с импульсами измеряемой частоты 2.1,

Это устройство обладает высоЫм быстродействием, возможностью получения умноженного значения измеряемой частоты.

Недостатком его является низкая точность из-за нестабильного интервала времени между моментами переноса информации в ёыходной регистр. .Кроме того, умноженное значение измеряемой частоты воспроизводится с большой динамической ошибкой, а при -низкой измеряемой частоте запаз39дывание переноса информации в выходной регистр, обусловленное синхронизацией переноса сигналами измеряемой частоты, приводит к появлению колебатальных переходных процессов. Эти недостатки ограничивают области применения устройства. Цель изобретения - повышение точности измерений, расширение диапазона измеряемых частот и функциональных возможностей за счет возможности получения умноженного значения измеряемой частоты и частоты, пропорциональной ее производной. Поставленная цель достигается тем что в ЦЧФРОВОЙ частотомер, содержащий реверсивный счетчик, делитель опорной частоты, выходы которого входам группы подключены к первым совпадения, входы которой элементов подключены к входам элемента сборки, и ключ,счетный вход делителя опорной частоты соединен с шиной опорной частоты, введены фазовый дискриминатор, два ключа и делитель частоты, причем управляющие входы первого и второго ключей подключены к первому выходу фазового дискриминатора, второй вьход которого подключен к управляющему входу третьего ключа, информационный вход которого соединен с шиной опорной частоты, а выход с суммирующим входом реверсивного счетчика и одним из входов элемента сборки, выход которого подключен к информационным входам первого и второго ключей, выход последнего из которых через дополни тел ьный делитель частоты подключен к первому входу фазового дискриминатора, второй вход которого соединен с шиной измеряемой частоты, выход первого ключа соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выходы разрядов которого подключены ко вторым входам группы элементов совпадения. На чертеже представлена структурная схема цифрового частотомера. Цифровой частотомер содержит реверсивный счетчик 1, делитель 2 опор ной частоты, группу 3 элементов совпадения, элемент 4 сборки фазовый дискриминатор 5, дополнител1зный делитель 6 частоты, ключи 7, 8 и 9. Вы ходами устройства являются выходы реверсивного счетчика 1, код которог изменяется пропорционально измеряемой частоте, выход ключа 7, формирую щего умноженное значение измеряемой частоты и выходы ключей 8 и 9 формирующих частоту, пропорциональную производной измеряемой частоты. Частотомер является следящей системой с частотной формой представления информации. Сравнение измеряемой частоты с частотой обратной связи осуществляется по фазе с помощью фазового дискриминатора 5. Разность фаз преобразуется в частоту с помощью ключей 8 и 9. Эта частота интегрируется реверсивным счетчиком 1, код которого преобразуется в пропорциональную частоту делителем 2, элементами совпадения группы 3 и элементом k сборки. Делитель 6 служит для согласования масштабов частоты, пропорциональной коду реверсивного счетчика, с входной частотой. . Наличие двух интеграторов в замкнутом контуре следящей системы (реверсивного счетчика и интегральной зависимости между частотой и фазой сигнала обратной связи) может вызвать автоколебания. Поэтому для обеспечения устойчивости схемы измерения, и получения качественных переходных процессов частота с входа реверсивного счетчика 1, среднее значение которой пропорционально производной выходного кода реверсивного счетчика, суммируется (с учетом знака производной) с частотой сигнала обратной связи элементом и ключом 7. Код реверсивного счетчика 1 подается на управляющие вхоДы группы 3 элементовсовпадения. На импульсные входы каждого элемента совпадения группы 3 от делителя 2 подается частота, пропорциональная весу разряда реверсивного счетчика, соединенного с управляющим входом этого элемента совпадения. Элемент А сборки суммирует частоты, пропорциональные весам разрядов реверсивного счетчика, в которых записаны единицы, т.е. на выходе этой цепи формируется частота,пропорциональная коду в реверсивном счетчике f. f N оых N +1 где N - код в реверсивном счетчике; mcw максимальное значение N; - опорная частота. Для получения умно хенного значения частоты величина опорной частоты должка удовлетворять условию 7 В исходном ..состоянии фазового дискриминатора 5 ключи 8 и 9 закрыты, ключ 7, подключенный к выходу фазового дискриминатора 5 через инверсный вход открыт. При поступлении импульса входной частоты раньше импульса часто ты обратной связи фазовый дискриминатор 5 переходит во второе состояние, при котором ключ 8 открывается, импул сы с частотой х поступают на сумми рующий вход реверсивного счетчика 1 и суммируются элементом 4 с частотой пропорциональной коду реверсивного . счетчика 1, до.тех пор, пока не выра ботается импульс на выходе делителя 6 и фазовый дискриминатор 5 не вернется в исходное состояние. При более раннем приходе импульса с выхода делителя 6 фазовый дискри |инатор 5 переходит в третье состояние, при котором открывается ключ 9 и закрывается ключ 7. При этом импульсы-частоты,, пр )порциональной коду реверсивного счетчика, начинают поступать на вычитающий вход реверсивного счетчика 1 и отключаются со входа делителя 6, что эквивалентно вычитанию из частоты обратной связи частоты, поступаю щей на вычитающий вход. При приходе импульса входной частоты фазовый дискриминатор 5 возвращается в исходное состояние. , В установившемся режиме работы при постоянной входной частоте число в счетчике 1 пропорционально входной частоте, частота на выходе ключа 7 равна входной частоте, умноженной на коэффициент деления делителя 6. Входные импульсы и импульсы на выходе делителя 6 совпадают не только по частоте, но и по фазе с точностью до периода умноженной частоты на входе делителя 6. Точное совпадение фаз входных импульсов обратной связи невозможно, поэтому фазовый дискриминатор срабатывает на каждом периоде, пропуская на суммирующий (вычитающий) вход реверсивного счетчика 1 один импульс. Этот же импульс суммируется с умноженной частотой в цепи обратной связи (вычитается из нее). Таким образом, пульсации числа в счетчике 1 на единмцу младшего разряда характерные для цифровых систем, измерения, наблюдаются и в предлагаемом устройстве. При увеличении (уменьшении) входной частоты на выходе фазового дискриминатора 5, соединенном с ключом 8(9) появляются импульсы с некоторой скважностью. Ключ 8(9) пропускает на суммирующий (вычитающий) вход счетчика 1 пачки импульсов, увеличивающие .(уменьшающие) содержимое счетчика 1 до тех пор, пока фазы входного сигнала и сигнала обратной связи не совпадут. При постоянной скорости изменения входной частоты скважность на выходе фазового дискриминатора Q устанавливается такой величины, что скорость изменения кода в счетчике 1, равная входной частоте, пропорциойальна скорости и:зменения входной частоты. Максимальная динамическая ошибка отслеживания частоты, изменяющейся с постоянной скоростью, в известном циклическом частотомере в 1,5 раза больше, чем в предлагаемом-следящем частотомере. Также отсутствует динамическая ошибка умноженного значения измеряемой частоты на выходе ключа предлагаемого устройства в этом режиме. При исчезновении входной частоты в известном устройстве исчезает перенос информации в выходной регистр, что приводит к сохранению последнего измеренного значения частоты на неограниченное время. Предлагаемый частотомер этим недостатком не обладает, так как изменение кода в реверсивном счетчике начинается до окончания периода входной частоты. Использование фазового дискриминатора в качестве сравнивающего элемента в частотомере, являющемся цифре вой следящей системой с частотной формой представления информации,позволяет обеспечить высокую точность сравнения измеряемой частоты и частоты обратной связи. За счет коррекции умнохенного значения измеряемой частоты и изменения числа в реверсив:ном счетчике в конце каждого периода входной частоты существенно уменьша;Ются динамические ошибки в умноженном значении измеряемой частоты, в 1,5 раза уменьшаются динамические ошибки в измеренном значении частоты, расширяется область устойчивости частотомера в диапазоне низких частот . формула изобретения Цифровой частотомер, содержащий реверсивный счетчик, делитель опорной частоты, выходы которого подклю