Цифровой частотомер Советский патент 1982 года по МПК G01R23/10 

(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического управления и контроля.

Известен частотомер, содержащий блок выбора диапазона измерения, счетчик числа периодов за время измерительного интервала, блоки для преобразования результата в единицы частоты l ..

Однако известное устройство сложное.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является частотомер, содержащий блоки для измерения периода сигнала и блоки для последующего преобразования результата измерения в единицы частоты 2J-.

Известное устройство обладает ограниченным диапазоном измерения.

Целью изобретения является упрощение и расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой частотомер, содержащий блок управления, соединенный через формирователь с информационным входом устройства, генератор опорной частоты, подключенный к входу

счетчика-делителя, вспомогательный счетчик, разрядные входы которого через блок вентилей связаны с выходами сче ечика периода, а выход вспомогательного счетчика через анализатор нуля подкл1Йчен к входу счетчика результата и к командному входу блока вентилей, введены ,реверсивный распределитель управляющих сигнгшов,

10 три элемента И и две группы элементов И, которые по выходу объединены через свои элементы ИЛИ, причем вы- ход первого элемента ИЛИ связан с командным входом блока управления,

15 а выход второго элемента ИЛИ связан через первый элемент И с входом счетчика периода и суммирующим входом вспомогательногосчетчика, выход счетчика периода подключен к прямому

20 входу распределителя управляющих сигналов, выходы которого подключены .к первы.м двух групп элементов И, а вторые входы элементов И первой и втюрой группы подк.кшенн со25ответственно к первым и последним выходам счетчика-делителя, выход первого элемента ИЛИ подключен к реверсивному входу распределителя управляющих сигналов через один из входов

30 второго элемента И, второй вход которого соединен с вторым режимным выходом схемы управления и первым вхо дом третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, выход третьего элемента И соединен с вычитающим йходом вспомогательного счетчика, первый выход блока управления соединен с вторым входом первого эле|Мента И. На чертеже представлена структур ая схема цифрового частотомера. Частотомер содержит формирователь 1, блок 2 управления, элементы 3-5 И генератор б опорной частоты, счетчик делитель 7, реверсивный распределитель 8 управляющих сигналов, две группы элементов 9 и 10И, элементы 11 и 12 ИЛИ, счетчик 13 периода, вспомогательный счетчик 14, блок 15 вентилей, анализатор 16 нуля и счетчик 17 результата. Цепи начальной установки на черте же не показаны. Устройство работает следующим образом. Процесс измерения состоит из двух режимов: Р - измерение периода Т. входной частоты и Pj, - вычисление величины входной частоты F по значению Т;( . Начало цикла измерения определяется поступлением сигнала Пуск на входную клекиу блока 2 управления. В момент поступления с выхода формирователя 1 импульса входной частоты F, блоком 2 управления на первом режимном выходе формируется разрешаю щий потенциал, открывающий по первому входу элемент 3 И, а все устройст во приводится в исходное состояние, в котором счетчики 7, 13, 14 и 17 устанавливаются в нулевое состояние а распределитель 8 находится в одном из состояний (например, в первом), когда на его первом выходе формируется разрешающий потенциал, поступаю щий на первые входы элементов 9 и 1 И первого диапазона. Так как на вход счетчика-делителя 7 поступают импуль сы с выхода генератора б опорной частоты с периодом , то на входы элементов 9 И поступают импульсы ча тоты с коэффициентами деления К, , (периоды их следования ; ), а на входы эле-ментов И 10 - с коэффициентами деле ния к , . После указанного при ведения Устройства в исходное состо яние импульсы с периодов следования К,х Тсц череэ элемент И 9 первого ди апазона, элементы ИЛИ 11, ИЗ посту пают н.а вход счетч ика 13 периода и на суммирующий вход вспомогательног счетчика 14. При этом за время пери ода измеряемой частоты Т, в счетчиках 13 и 14 подсчитывается число Тл При определе 1ной разрядности счетчика 13 возможны два случая: измеряемая частота лежит в пределах первого (верхнего) диапазона, период , достаточно мал и переполнения счетчика 13 не происходит. В этом случае, при поступлении очередного импульса входной частоты завершается режим Р, ; измеряемая частота имеет значение ниже первого диапазона, за время периода Тх счетчик 13 переполняется, сигналом с его выхода распределитель 8 переходит в очередное состояние (в данном случае в состояние, соответствующее второму диапазону). Этот же сигнал поступает на второй командный вход блока 2 управления, в результате чего с приходом очередного импульса входной частоты режим Р не завершается, а реализуется измеоение п.ериода т с помощью импульсов ггастоты с новым периодом (в данном случае с периодом , так как со второго выхода распределителя 8 разрешающий потенциал подается на вход И 9 второго диапазона). Второй случай может повториться и при измерении Т на очередном диапазоне. При этом переполнение счетчика 13 обеспечивает автоматический поиск требуемого диапазона. Такой последовательный, начиная с первого, автоматический выбор требуемого диапазона возможен при одиночных или редких процедурах измерений. В случае, когда входной сигнал контролируется достаточно часто, очередное измерение производится на диапазоне, более высоком по сравнению с предыдущим измерением. Это обеспечивается тем, что сигнал окончания цикла измерения, поступающий с выхода элемента 12 ИЛИ через элемент 5 И на реверсивный вход распределителя 8, возвращает его в состояние, соответствующее предыдущему диапазону, что гарантирует измерение с требуемой точностью при повышении входчой частоты. При измерении на требуемом диапазоне (при отсутствии переполнения счетчика 13)поступлением очередного входного импульса F блок 2 управле- , ния переводит устройство в режим Р , разрешающий потенцигш переключается с первого режимного выхода на второй подключая частоту задающего генератора б через элемент 4 И на вычитающий вход счетчика 14-. При этом счетчик-делитель 7 и счетчик 17 обнуляются (с помощью счетчика 7 отсчитывается время вычисления величины FX, Tie. режима Pj) , распределитель 8 сохраняет свое состояние, подавая разрешающий потенциал на вход элемента И 10 того диапазона, на котором производилось измерение Tj , счетчик 13 также сохраняет свое сое тояние. В случае работы устройства на пе вом диапазоне время вычисления равно .) . За это время реализуется процедура подсчета числа импульсов, период следования которых проп ционален измеренной в режиме Р величине П. Поступающие на вычитающий вход счетчика 14 импульсыс периодом Тсч отсчитывают время ПжТвц . При обнулении счетчика 14 сигнал с выхода анализатора нуля 16 регистри руется счетчиком 17 результата и, п ступая на командный вход блока 15 вентилей, осуществляет перепись вел чины П из счетчика 13 в счетчик 14. Этот процесс повторяется до поступления с выхода элемента ИЛИ 12 сигнала об окончании режима Р, являющегося сигналом окончания измерения Поступлением на первый командный вход блока 2 управления снимается разрешающий потенциал со второго режима выхода, и процесс измерения завершается. Подсчитанное в счетчике 17 резул тата число равно N К Точ N п-тсч Учитывая (1),получаем N Г Т.. 3) Полученное значение пропорционал но измеряемой частоте FX. Выбор исходных коэффициентов К, , и периода Тгч определяют точность и размерность измеряемой частоты (Гц, -кГц, об/мин и т.д.). Переход от одного диапазона к другому связан с изменением коэффициентов Ki и KL, причем при переходе к более низкому диапазону коэффициент К;, , увеличивается (например, при переходе от первого ко вто рому диапазону увеличивается в m раз, т.е. К 2f птК,). Для сохранения выбранной размерности измеряемой частоты, как следует из выражения (3), коэффициент к необходимо умень шить во столько же раз (в рассматри ваемом случае К2 --} , т.е. при пе реходе ко второму диапазону измеряе мая величина имеет вид м - KiigiJcH - n jiiis:Jia - vsiJiL-Tj.4 тГ - Тх - Тх . Выражения (3) и (4) идентичны. Этим подтверждается, что при кратно изменении частот, следующих с выходов элементов 9 И и элементов 10 И (при их переключения), получае ый в счетчике 17 результат зависит только от значения входной частоты (от периода Т, ) . При реализации указанного гшгоритма переход к более низкому диапазону связан с уменьшением коэффициента К- , в результате чего уменьшается формируемое на выходе элементов 10 И время выполнения режима Р., что достигается без дополнительных затрут оборудования (без увеличения разрядности счетчика 7), а приведенная погрешность в режиме Pg. изменяется. Погрешность измерения Т в режиме PV из выражения (2) определяется 8о Чг (5) При уменьшении входной частоты Т к растет, поэтому увеличение коэффициента лри переключении диапазонов не ухудшает погрешности. Таким образом, частотомер обеспечивает автоматическое переключение диапазонов измерения частоты, ресшизуя изменение периода квантующих сигналов, с помоиью которых измеряется период входной частоты, из меняя при этом пропорционально длительность времени вычисления, за счет чего расширяется диапазон измерения. Кроме того, подключение выхода элементов 10 И к реверсивному входу распределителя управляющих сигналов позволяет каждое последующее измерение выполнять на следующем, более высокЬм диапазоне, при этом нет необходимости осуществлять поиск требуемого диапазона, начиная с само го в ерхн е го. Формула изобретения Цифровой частотомер, содержащий блок управления, соединенный через формирователь с информационным входом устройства, генератор опорной частоты, подключенный к входу счетчика-делителя, вспомогательный счетчик, разрядные входы которого через блок вентилей связаны с выходами счетчика периода, а выход вспомогательного счетчика через анализатор нуля подключен к входу счетчика резу аьтата и к командному входу блока вентилей, отличающийся тем, что, с целью упрощения и расшнрения диапазона измерения, в него введены реверсивный распределитель управляющих сигналов, три элемента И и две группы элементов И, которые по выходу объединены через свои элементы ИЛИ, причем выход первого элемента ИЛИ связан с командным входом блока управления, а выход второго элемента ИЛИ связан через первый элемент И с входом счетчика периода и суммирующим входомвспомогательного счетчика, выход счетчика периода

подключен к прямому входу распределителя управляющих сигналов, выходы которого подключены к первым входам двух групп элементов И, а вторые входы элементов И первой и второй группы подключены соответственно к первым и-последним выходам счетчика-делителя, выход первого элемента ИЛИ подключен к реверсивному входу распределителя управляющих сигналов через один из входов второго элемента И, второй вход которого соединен с вторым режимным выходом схекы управления и первым входом третьего

элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, выход третьего элемента И соединен с вычитающим входом вспомогательного счетчика, первый выход блока управления соединен с вторым входом первого элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР № 359604, кл, G 01 R 23/10, 1964.