Цифровой способ измерения частоты повторения электрических импульсов Советский патент 1982 года по МПК G01R23/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения точности измерения частоты следования импульсов.

Известен цифрсЛой способ измерения частоты следования импульсов, основанный на вычитании в течение периода из постоянного числа импульсов, частота которых функционально зависит от времени вычитания ГИ.

Недостатком этого способа является низкая точность воспроизведения закона форг шрования вычитающим импульсов, что ограничивает рабочий диапазон измерения.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения частоты, основанный на вычитании из числа импульсов, частота которых изменяется обратно пропорционально разности квадрата и /тервой степени числа импульсов опорной чистоты, поделенной с постоянным коэффициентом .

Способ обеспечивает повышенную точность воспроизведения обратного закона при формировании вычитакндих импульсов 2.

Однако.его недостатком является значительная погрешность в области

высоких измеряемых частот вследствие больших значений производной обратной функции, что ограничивает область применения данного способа. Этот недостаток обусловлен особенностями линейной интерполяции, с помощью которой осуществляете аппаратурная реализация нелинейности.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых частот.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом способе измерения частоты повторения электрических импульсов, основанном на вычитании из кода наиболыаей измеряемый частоты импульсов входного сигнала, частота которых нелинейно зависит от времени, отсчитываемогос момента начала очередного периода измерения, и фиксации остатка вычитания в момент окончания очередного периода измерения, величину периода входного сигнала сравнивают с зт лонным временным интервалом, разделяющим диапазон измеряемых частот на области повьвлюнных и пониженны: значений, при значениях периода входного сигнала меньшего велйчишл эталонного времени интервала и с начги1а очередного периода измерения формируют значение частоты входных импульсов по формуле F - F F ( - п) -. СД - п) т где F, - частота повторения импуль сов входного сигнала; F( - опорная частота) m - постоянное числоj п - число формируемь1х импульсо Зсшанная константа. На фиг. 1 изображена временная диаграмма апроксимирующих кривых, поясняющая принцип работы устройства для осуществления предложенного .способа на фиг. 2 - структурная схема устройства, реализу1зщего предлагаемый способ. На диаграмме фиг.1) приведены следующие обозначения, F - Наиболь шее значение измеряемой частоты, др - шаг частоты, соответствукяднй уМенылениго числа импульсов п на еди ницу аtp - интервал времени, соответствующий наибольшей измеряемой частоте,- F - измеряемая частота. 1 - номер периода измеряемой частоты) п - число формируемых импульсов поделенных с постоянным коэффициентом, остаток результата интегрирования с убьшающим шагом. Способ заключается в реализации следующих операций, В момент окончания очередного i-oro периода осуществляется фиксация кода остатка результата интегри рования с убывающим итогом (кривая на фиг.1), численно равного значени F измеряег.юй частоты, затем осуществляется ввод в соответствующие уз лы кодов постоянного числа m и кода F, наибольшей измеряемой частоты с момента начала следующего i+1 периода осуществляется отрезка нулево го уровня путем фop шpoвaния короткого интервала времени Ato, момент окончания которого соответствует пе риоду наибольшей измеряемой частоты или началу диапазона измерения. С. момента окончания короткого интервала времени &t осуществля ется . формироЗзание вычитающих имимпульсов путем умножения импульсов опорной частоты на разность квадрата и первой степени числа .(т-п), которое в свою очередь равно разности между постоянным числрм и числом импульсов формируемой частоты, поделеиноП с постоянным коэффициентом деления (цифровой эквивалент числа п представляет собой номер отсчета иага лР в числоимпульсном представле нии) . Интегрирут формируемые импульсы с убывающим итогом путем их вычитания -из кода наибольшей из epяeмой частоты, в момент окончания следующего, а теперь очередного i+1 периода фиксируется результат интегрирования вычитающих импульсов с убыубыЕшощим итогом, представляющий собоп код мгновенного значения измеряемой частоты F,, затем перечисленные операции повторяются в том же порядке. В основу предлагаемого способа положены следующие соображения. Методическая погрешность ломаной, интерполирующей обратную функцшо, связываюц ую частоту и период, зависит от крутизны функции или от участка, на котором осуществляется приближение ломаной. Для участка с большой крутизной, что соответствует области повыиеннькс значений измеряемой частоты, уменьшение методической погрешности достигается расположением изломов ломаной с шагом.др, а не с шагом дТ, как в прототиЪе, Очередному излому при этом собтаетствует число вычитающих импульсов, поделенное с постоянным коэффициентом. Для формирования вычитающих импульсов в предлагаемом способе опорная частота умножается на число пропорциональное разности квадрата и первой ступгени числа, равного (т-п) а -с -) (m-n) tn -TYin-mn+п -тп+п Г(|1.„. г;- . .. - Г-г (тп-п)--(т-п) где величина знаменателя выбирается минимально большей,наибольшего значения числителя для получения наи.большей частоты вычитающи импульсов. . , . / п р и м ер. Пусть наибольшее значение измеряемой частоты равно 1000 Тц, текущее значение частоты равно 10, интервал времени Atjj отрезков нулевого уровня равен 1000 MKcV тогда, corjfacHO предлагаемому спосббу, процесс измерения выглядит следук щим образом:

Из данного примера видно, что изменение кода F остатка на 100 Гц соответствуют ьюменты времени Т т.е. изломы располагаются с шагом 100 Гц и на участке изменения кода остатка 1000...500 Гц число звеньев ломаной равно пяти. Для сравнения можно заметить, что в прототипе на первом участке при том же изменении кода остатка вдвое имеется лишь одна ломаная, а увеличение числа изломов, в пять раз уменьшает методическую погрешность способа почти на два порядка, в- чем и закл1-:чается принципиальное отличие предлагаемого способа.

Устройство, реализующее предлагамый способ состоит из формирователя 1 коротких импульсов, элемента 2 задер)хки, генератора 3 опорной частоты, блока 4 отрезков нулевого уровня, блока 5 умножения, делителя б, блока 7 вычитания, вычитающего счетчика 8 блока 9 вентилей, первой входной иины 10, второй входной шины 11 (управления), первой и второй шин 12 и 13 ввода коэффициентов умножения, выходной шины 14.

Устройство работает следующим об разом.

При наличии разрешения на второй входной шине 11, в момент окончания i-oro периода с выхода формирователя 1 поступает импульс, осуществляющий считывание кода остатка равнго мгновенному значению частоты за i-ый период, через блок 9 вентилей с выходов вычитающего счетчика 8, Этот же импульс, пройдя через элемент 2 задержки, осуществляет установку в ноль блока 5 умножения и делителя 6 с постоянным коэффициентом деления, а также записывает код числа m в блок 7 вычитания и код числа F в вычитающий счетчик 8 и устанавливает в исходное положение блок 4 отрезков нулевого уровня, .3 результате чего сигнал с выхода блока 4 запирает блок 5 умножения и осуществляет формирование интервала времени с выхода генератора 3 опорной частоты, а в момент окончания упомянутого интервала времени сигналом с выхода блока 4 отпирается блок 5 умнохсения и начинается формирование вычитающих импульсов, которые поступают на входы делителя б и вычитающего счетчика 8. По поступлению каждого о ередного числа др импульсов на вход делителя 6, с его выхода поступает импульс на вход блока 7 вычитания, а с его выходов по первой и второй шинам 12 и 13 на входы блока 5 умножения подаются коды чисел (m-n) и (m-n-1) соответственно, которые реализуют в блоке 5с помощью, например, декадных двоичных умножителей в виде

коэффициентов (М-п)/10 и (in-n-1)/10, Суммарный яе коэффициент передачи блока 5 умножения равен

Чk - () (iTi-n) -(m-t 10 10 -{о--to

или пропорционален разности квг1драта и первой ступени числа-, равного разности между постоянньгм числом

П1 и числом п - число вычитакисих импульсов, поделенных с постоянным коэффициентом деления. В момент окончания i+1 периода на выходную тину 14 устройства подается код остатка

5 из счетчика 8, который равен результату интегрирования вычитающих импульсов с убывающим шагом, а затем цикл работы устройства повторяется. Сравнение предлагаемого способа с известным показывает, что он об,ладает более высокой точностью в области повышенных значений изг-геряемых частот и его использование в данной области измерений является предпочтительныг-.

Экономический эффект от использования предлагаемого способа в многоканальных информационно-измерительных системах составит не менее 20 тыс.руб. в год.

Фор1.1ула изобретения

Цифровой способ измерения частоты повторения электрических иштульсов, основаннь1й на В11чита1.ии из кода наибольшей измеряемой частоты импульсов входного сигнала, частота которых нелинейно зависит от времени, отсчитываемого с момента начала очередного периода измерения, и фиксации остатка вычитания в момент окончания очередного периода измерения, отличающийся TfeM, 5 что, с целью увеличения диапазона измеряемых частот, величину периода входного сигнала сравнивают с эталонньпл временным интервалом, разделяющшд диапазон измеряемых частот на области повышенных и пониженных значений, при значениях периода входного сигнала меньшего величины эталонного временного интервала и с начала очередного периода измерения формируют значение частоты входных

иглпульсов по формуле

lni-n)--(in-n

,-P, -с

-fO

Г. - частота повторения импульсов входного сигнала/ РОП опорная частота;

- постоянное число;

m

n - число формируемых импульсов, 10 - заданная константа.

Источники информацииj принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 37053б, кл. 6-01 R 23/00, 1973.

2.Лвтррское свидетельство СССР по заявке 2822939/18-21,

кл. G- 01 R 23/00, 198Q (прототип).

Риг.2.