Цифровой измеритель частоты заполнения радиоимпульсов Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного автоматического измерения частоты заполнения импульсно-модулированных колебаний неизвестной длительности, а также одиночных импульсов.

Известен автоматический измеритель частоты заполнения радиоимпульсов, содержащий блок синхронизации, вспомогательный счетчик. Последовательно соединенные основной временной селектор, основной счетчик, индикатор, а также последовательно соединенные опорный генератор и вспомогательный временной селектор, причем первый выход блока синхронизации соединен с входом основного временного селектора, второй его выход - с вторым входом индикатора, а третий вход последнего подключен к выходу вспомогательного счетчика, первый и вто рой переключатели, детектор и блок сравнения кодов, причем первый выход

блока сравнения кодов связан с входом опорного генератора, его второй выход соединен с блоком синхронизации, а входы подключены к выходам основного и вспомогательного счетчиков, второй выход основного счетчика соединен с первым входом первого переключателя, второй вход последнего связан с выходом вспомогательного селектора,

,0 его третий вход подключен к выходу бхюка синхронизации, а его выход со.г единен с входом вспомогательного счетчика, выход опорного генератора подключен к второму входу второго переключателя, выход последнего связан с вторым входом основного селектора, выход которого подключен к входу детектора Ij 1.

20 Однако этот измеритель обладает низким быстродействием, ограничивающим его применение для измерения частоты заполнения радиоимпульсов малой длительности. Наиболее 6nVt3KHM техническим реше нием к изобретению является цифровой частотомер, содержащий последователь но соединенные формирователь и временной селектор, счетчик измеряемой частоты, последовательно соединенные генератор калиброванной частоты, вентиль и делитель частоты, а также триггер, прямой выход которого соеди нен с вторыми входами временного селектора и вентиля, первый блок венти лей и индикатор zj. Недостатками известного частотомера являются невысокая точность и ограниченное быстродействие при изме рении частоты заполнения импульсноfлoдyлиpoвaниыx колебаний. .; Цель изобретения - повышение быст родействия и точности цифрового измерителя частоты заполнения радиоимпульсов. Поставленная цель достигается тем что в цифровой измеритель частоты за полнения радиоимпульсов, содержащий последовательно соединенные формирователь и временной селектор, счетчик измеряемой частоты, последовательно , соединенные генератор калиброванной частоты, вентиль и делитель частоты, а также триггер, прямой выход которого соединен с вторыми входами временного селектора и вентиля, первый блок вентилей и индикатор, введены последовательно соединенные детектор огибающей радиоимпульса и дифференцирующая цепь, последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, регистр памяти и второй блок вентилей, а также первый, второй и третий элементы задержки и второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с первым выходом дифференцирующей цепи, второй выход которой подключен к пер вому входу триггера, второй вход последнего соединен с выходом второго элемента ИЛИ и входом первого элемен та задержки, выход которого подключен к первому входу счетчика измеряемой частоты, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, вход последнего подключен к выходу временного селектора, при этом вход формирователя соединен с входом детектора огибающей радиоимпульса, инверсный выход триггера соединен с вторым входом второго блока вентилей, выход которого подключен к входу индикатора, выход первого эл мента ИЛИ соединен с входом третьего элемента задержки, выход которого подключен к первому входу первого блока вентилей, второй вход которого соединен с выходом счетчика измеряемой частоты, выход первого блока вентилей подключен к второму входу регистра памяти, N входов первого элемента ИЛИ соединены с N выходами делителя частоты, N-й выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ. На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие его работу; на фиг. 3 - график зависимости относиУельной погрешности V измерения частоты цифровым измерителем частоты от дли71ельности образцового интервала Тц; на фиг. k - кривые зависимости разности ДА) , характеризующей улучшение точностных показателей цифрового измерителя частоты по сравнению с известным, от длительности радиоимпульса, частоту заполнения которого необходи «) измерить. Цифровой измеритель частоты заполнения радиоимпульсов содержит последовательно соединенные формирователь 1 и временной селектор 2, счетчик 3 измеряемой частоты, последовательнр соединенные генератор k калиброванной частоты, вентиль 5 и делитель 6 частоты, триггер 7, блок 8 вентилей, индикатор 9, детектор 10 огибающий радиоимпульса, выход которого соединен с входом.дифференцирующей цепи 11, регистр 12 памяти, блок 13 вентилей,.элемент ИЛИ 1, элемент 15 задержки, элемент ИЛИ 16, элементы 17 и 18 задержки. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии радиоимпульсов на входе цифрового измерителя частоты триггер 7 находится в таком состоянии, при котором на его прямом выходе установлен сигнал нулевого уровня Ug (фиг. 2), вследствие чего временной селектор 2 и вентиль 5 закрыты. Счетчик 3 измеряемой частоты и регистр 12 памяти обнулены. При появлении на входе измерителя частоты радиоимпульса U детектор 10 выделяет его огибающую U. Одновременно с этим на выходе формирователя 1 появляется последовательность импульсов и следующих с периодом измеряемой частоты Ту Под воздействием видеоимпульса с выхода детектора 10 вначале на пер вом выходе дифференцирующей цепи 11 появится импульс, соответствующий переднему фронту видеоимпульса U, а затем и импульс У,, соответствующий заднему фронту этого же видеоимпульса. Под воздействием импульса U. соответствующего переднему фронту ви деоимпульса, триггер 7 устанавливается в единичное состояние. При этом на его прямом выходе появится сигнал и одиночного уровня, открывающий временной селектор 2 и вентиль 5. При Этом импульсы и измеряемой частоты х с выхода формирователя 1 через временной селектор 2 и элемент 18 задержки поступают на вход счетчика 3 измеряемой частоты, а им. пульсы с выхода генератора k калибро ванной частоты через вентиль 5 поступают на вход делителя 6 частоты. Счетчик 3 начинает подсчет чиспа импульсов, подаваемых на его вход. На вход делителя 6 частоты, представляющего собой, например, декадный делитель, поступают импульсы, следующие с частотой fp генератора , калиброванной частоты. В делителе 6 последовательность этих импульсов преобразуется в N последовательностей импульсов с ко эффициентами деления Кд 10, где п 1,2,..,N, причем на выход делителя 6 проходит лишь первый из импульсов каждой последовательности. Эти импульсы г;Ъступают на входы первого элемента ИЛИ И. В качестве при мера на фиг. 2 представлены импульсы UA и соответственно на первом и втором выходах делителя 6, а также импульс и( с выхода элемента ИЛИ Ц. При появлении на первом выходе де кадного делителя 6 импульса, определяющего окончание первого образцового интервала времени,в течение которого производится измерение частоты, этот импульс через элемент Н поступает на вход установки нуля регистра 12 и обнуляет его, а также поступает через элемент 15 на вход блока вентилей. Под воздействием импульса и,„, задержанного относительно импуль са и., на время C).T,i, содержимое счетчикаЗ переписывается в регистр В том случае, когда радиоимпульс У имеет большую протяженность, на вход счетчика 3 продолжают поступать g импульсы счета IJ. и содержимое счетчика будет увеличиваться и после появления импульса Dft на выходе делителя 6, поскольку временной селектор 2 продолжает оставаться открытым. Если до окончания действия радиоимпульса IJj появится очередной импульс, например (i, на выходе делителя 6, а значит и на выходе элемента ИЛИ I, то как и при появлении предыдущего импульса и с делителя 6 произойдет обнуление регистра 12 памяти импульсом и и последующий перенос импульсом обнуленный регистр 12 нового содержимого счетчика 3. Так будет продолжаться до тех пор, пока длится радиоимпульс.. По окончании действия II . , а следовательно, и видеоимпульса и с выхода детектора 10 под воздействием импульса и с второго выхода дифференцирующей цепи 11 триггер 7 устанавливается в нулевое состояние, при котором на его прямом устанавливается нулевой потенциал U- . Временной селектор 2 и вентиль 5 запираются, и прекращается поступление импульсов U измеряемой частоты на вход счетчика 3, а импульсов генератора k калиброванной частоты - на вход делителя 6. Одновременно с этим с инверсного выхода триггера 7 подается потенциал Оо одиночного уровня на индикаторное устройство 9. При этом .содержимое регистра 12 памяти представляет собой количество импульсов измеряемой частоты, подсчитанных счетчиком 3 за образцовый интервал времени, являющий-; ся максимально возможным в.течение длительности радиоимпульса. Таким образом, достигается максимально возможная точность измерения частоты заполнения одиночных радиоимпульсов. Одновременно с этим импульс U(, с второго выхода дифференцирующей цепи 11 поступает через элемент 16 и элемент 17 на вход установки нуль счетчика Зизмеряемой частоты. Задержанный таким образом импульс U на время С обнуляет счетчик 3. При этом установка счетчика 3 в нуль производится лишь после того, как информация с регистра 12 будет передана на индикаторное устройство 9. В том случае, когда на выходе делителя 6 будет сформирован импульс, определяющий максимально возможный для данного устройства образцовый интервал Тц, а радиоимпульс, частоту заполнения которого необходимо измерить, еще продолжается, прекращение цикла измерения осуществляется под воздействием импульса с последнего М-го вы хода делителя. Зтрт импульс через эл мент 16 .поступает на второй вход триггера 7 и устанавливает его в нулевое состояние. При этом также, как и для рассмот ренного случая, потенциалом с обратного (второго) выхода триггера 7 раз решается перенос информации с выхода регистра 12 памяти на индикаторное устройство 9. Прошедший через элемент 16 и задержанный элементом 17 задержки импульс конца образцового интервала, снимаемый с последнего выхода делителя 6 частоты, воздействуя на счетчик 3 устанавливает его в нулевое состояние, подготавливая его к очередному циклу измерения. Улучшение точностных показателей предлагаемого цифрового измерителя частоты заполнения радиоимпульсов с автоматическим выбором длительности образцового интервала Тц по сравнению с известным устройством, можно оценить, определив разность ЛV между значением относительной погрешности измерения Л) при оптимально выбранном значении Тц (у предлагаемого измерителя частоты) и значением относитель ной погрешности измерения О- для некоторого выбранного заранее значения Тц (применительно к известному измерителю), Д-0-1)-Л). 11 гдеД) и Л, к. определяются по ьормуле 4vr измеряемая частота; время одного измерения {образцовый интервал) ; относительная нестабильност генератора калиброванной частоты. : При ручном выборе интервала Тц ус тановленное значение образцового интервала Тц может быть как больше, та и меньше длительности радиоимпульса, частоту заполнения которого необходи мо измерить. Это обусловлено тем, что перед, измерениями неизвестна дли тельность этогб радиоимпульса Сц . Еслидлительност ь радиоимпульса Тц окажется менее длительности интервала Тц, то измерение будет выполнено со значительной погрешностью. Если ж длительность радиоимпульсаТц не мен 9 .8 установленного значения Тц, то при измерениях будет допущена погрешность, превышающая ее оптимальное значение, т.е. то значение, которое достигается в случае, когда интервал Тц выбран оптимально, т.е. когда он выбран максимально возможным в течение длительности радиоимпульса. На фиг. ( представлены кривые зависимости разности AV ,, характеризующие улучшение точностных показателей предлагаемого цифрового измерителя частоты по сравнению с известным, от длительности радиоимпульса. Кривые (Тц) приведены для различных установленных для известного частотомера фиксированных значений Тц Скривые 1, 2 и 3). Из графика видно, что с увеличением длительности интервала Тц величина ) уменьшается, т.е. происходит уменьшение относительной погрешности измерения. Изобретение позволяет осуществлять автоматическое измерение частоты заполнения импульсно-модулированных колебаний неизвестной длительности, а также одиночных импульсов. При этом достигается высокое быстродействие измерений, обусловленное возможностью из-i мерения частоты заполнения коротких одиночных радиоимпульсов, длительность которых Tj, не менее длительности мини мально возможного образцового интервала из набора образцовых интервалов, вырабатываемых измерителем частоты. При этом предлагаемый измеритель частоты адаптируется к длительности радиоимпульса, частоту заполнения которого необходимо измерить. Кроме того, адаптация измерителя к длительности радиоимпульса позволя ет производить цикл измерений за максимально возможный в течение действия радиоимпульса образцовый интервал времени, что приводит к уменьшению погрешности измерения частоты, а следовательно, и повышению точности измерений. Формула изобретения Цифровой измеритель частоты заполнения радиоимпульсов, содержащий последовательно соединенные формирователь и временной селектор, счетчик измеряемой частоты, последовательно соединенные генератор калиброванной частоты, вентиль и делитель частоты, а также триггер, прямой выход которого соединен с вторыми входами временного 994 селектора и вентиля, первый блок вентилей и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности, в него введены последовательно соединеннью детектор огибающей радиоимпульса и дифференцирующая цепь, последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, регистр памяти и второй блок венти- лей, а также первый, второй и третий , элементы задержки и второй элемент ИЛИ, первый вход которого соединен с первым выходом дифференцирующей цепи,. второй выход которой подключен к первому входу триггера, второй вход последнего соединен с выходом второго элемента ИЛИ и входом первого элемента задержки, выход которого подключен к первому входу счетчика измеряемой частоты, второй вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, вход последнего подключен к выходу временного селектора, при этом вход (Ьормирователя соединен с входом детектора огибающей радиоим- пульса инверсный выход триггера соединен с вторым входом второго блока вентилей, выход которого подключен к входу индикатора, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом третьего элемента задержки, выход которого подключен к первому входу первого блока, вентилей, второй вход чоov i- w,-, -.--, -- торого соединен с выходом счетчикг измеряемой частоты, выход первого блока вентилей подключен к второму входу регистра памяти, N входов первого элемента ИЛИ соединены с N выходами делителя частоты, N-й выход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское № , кл. G 01 R 23/00, 1975. 2. Авторское № 191185, кл. G 01 R 23/00, 19б7,

вмч/

Т

/3

)

фие.Ц