Цифровой частотомер низких частот Советский патент 1982 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты следования электрических импульсов с повышенной точностью за ограниченный интервал времени.

Известен частотомер, содержащий счетчик, блок задания измерительного односекундного интервала времени, дополнительный счетчик, заполняемый эталонной частотой и сбрасываемый каждым импульсом контролируемого сигнала 1.

Этот частотомер имеет высокую точность, но неудобен б работе, так как для получения окончательного результата требуется проводить дополнительные вычисления со значениями числа импульсов, накопленных в основном и дополнительном счетчиках.

Наиболее близким по техничесл ой сущности к изобретению является цифровой измеритель инфранизких и низких частот, содержащий эталонный генератор, делитель, вспомогательный счетчик, выходами соединенный с управляющими входами управляемого делителя частоты, выход которого соеди нен со входом основного счетчика, а

также.ряд дополнительных элементов 2...

Недостатком этого измерителя является малая точность измерения частоты, что объясняется накоплением в течение ,всего интервала измерения ошибки расхождения моментов генерации импульсов k-кратной частоты по сравнению с их истинными момента10ми. При этом оказывается, что существенно уменьшить указанную ошибку практически невозможно, так как это потребовало бы использования таких высоких частот f(j и f-j, которые недоступны элементной базе, используемой в настоящее время в измерительной аппаратуре.

Первоисточником ошибки в известном устройстве - цифровом измерите20ле инфранизких и низких частот - является наличие ошибки дискретизации Y при измерении длительности . периода Т

25Т, г

где п - количество импульсов частоты fg ,, накопленное во вспомогательном счетчике за пе30 риод Tj.

При подаче на управляемый делитель частоты ч - kfв на его выходе

1(

генерируется частота -j о .отличающаяся от частоты k-fx

1

X k-fx(l-l-ff).

Для того,ччтобы при накоплении импульсов этой частоты в основном счетчике за период измерения, равный 1с, получился код, равный k-fx, необходимо, чтобы

k- с 1, или подставляя maxf

получаем

. с f k fx-1 с.

Последнее соотношение показывает например, что длятого, чтобы указан ным измерителем можно выло измерить за 1 с частоту f 1 кГц с точностью 0,01 Гц (kxlOO), пришлось бы использовать частоту f 10 ГГц. Такое значение частоты f существенно превышает возможности современной :Элементной базы, на которой строится измерительная аппаратура, что и является причиной ограниченной точности известного устройства.

Целью изобретения явлАется повышение точности измерения частоты при сохранении малого времени измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой частотомер низких частот, содержащий блок управления, генератор эталонных частот, два ключа, счетчик, управляемый делитель и вспомогательный счетчик, вход которого подключен к выходу первого ключа, а выходы - к управляющим входам управляемого делителя, информационный вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход - со счетнкм входом счетчика, введены дополнительный ключ и дополнительный счетчик, причем входная шина устройства подключена к информационному входу дополнительного ключа и к входу блока управления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, а второй выход блока управления - с управляющими входами второго ключа и дополнительного ключа, выход которого соединен со счетным входом дополнительного счетчика, и R-входом счетчика,, первый и второй выходы генератора эталонных импульсов подключены соответственно к информационным входам первого и второго ключей,.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого частотомера.

Частотомер состоит из блока 1 управления, генератора 2 эталонных

частот, дополнительного, второго и первого ключей 3, 4 и 5, дополнительного счетчика 6, счетчика 7, вспомогательного счетчика 8 и управляемого делителя 9.;

5 Контролируемый сигнал подается на блок 1 управления и информационный вход дополнительного ключа 3, выход которого соединен со входом дополнительного счетчика 6 и К-вхо0 дом счетчика 7. Счетный вход счетчика 7 подключен к выходу управляемого делителя 9 с переменным коэффициентом деления, вход которого соединен с выходом второго ключа 4,

а управляющие входы - с выходами вспомогательного счетчика 8. Вход вспомогательного счетчика 8 соединен с выходом первого ключа 5, управляйщий вход которого соединен с

первым выходом блока 1 управления,

второй выход которого соединен с управляющими входами дополнительного и второго ключей 3 и 4. Информационный вход второго ключа 4 соединен с вторым выходом генератора 2 эталонных частот, первый выход которого соединен с информационным входом первого ключа 5.

Частотомер работает следующим образом.

Контррли)уемый сигнал с частотой х подается на вход блока 1 управления, который формирует импульс, равный Т

и подает его на управляющий вход первого ключа 5, разрешая тем самым прохождение частоты Q от генератора 2 эталонных частот в вспо могательный счетчик 8. По истечении периода Т в вспомогательном счетчике 8 оказывается зафиксированным число п, связанное с частотами fх и fp соотнесением

5 х

где f - ошибка дискретизации.

После этого блок управления формирует образцовый односекундный импульс, синхронизируя его начало с началом очередного периода Т, и подает его на управляющие входы и ключи .3 и 4. Дополнительный ключ 3 разрешает поступление контролируемого сигнала в дополнительный счетчик б, а второй ключ 4 прохождение на вход управляемого деkf- от генералителя 9 частоты f.

тора 2.

Коэффициент деления управляемого 60 делителя 9 устанавливается равным числуп , хранящемуся в вспомогательном счетчике 8. Импульсы с выхода управляемого делителя 9 с частотой

ь

65 f1 - 0 подаются на счетный вход

счетчика 7, наR вход которого подается контролируемый сигнал. Счетчик 7 имеет цепь блокировки от переполнения при счете по модулю k (не показана). По окончании образцового односекундного импульса в дополнительном счетчике 6 оказывается за- . фиксированным число, равное целой части результата, а в счетчике 7 дробной части в k-тых долях Герца. Из-за того, что измерение периода Т происходит с ошибкой f , значени частоты ti оказывается выше истинной частоты f k fx.

Значения параметров п , f , f , требующиеся-, для того, чтобы содержимое счетчика 7 не содержало ошибк большей или равной одной единице кода, определяется из рассмотрения случая, когда промежуток времени между проходом последнего импульса контролируемой частоты f и концом измерительного односекундного интервала, близок к TX. Вследствие наличия у счетчика 7 дополнительных цепей блокировки от переполнения, его содержимое не может иметь значение больше, чем 4-1. Значение же Y.-1 не должно возникать в счетчике 7 лри длительности указанного промежутка времени меньшей, чем

k - 2

TX (К - 2) -

JCА

Подставляя f f о х f-

+ f max -f-,

о

получим отношения

п k - 2

fo (k - 2) к

fi k (k - 2) fx

Полученные, значения существенно ниже аналогичных для известного устройства. Причиной этого является уменьшение времени накопления ошибки расхождения моментов генерации импульсов k - кратной частоты по сравнению с их истиннымизначениями. Это время уменьшено от длительности всего периода измерения в известном устройстве до длительности одного периода контролируемой частоты. В результате оказывается возможным существенно повысить точность измерений частоты

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого частотомера выразится в увеличении точности

измерений в тех случаях, когда необходимо выполнять измерение часто-ты за малый промежуток времени. Если сравнить данный частотомер с известным и предположить, что оба

прибора построены на элементной базе, имеющей граничную частоту 25МГд, то получим, что с точностью 0,1 Гц () известное устройство может работать на частотах до 500 Гц, а

предлагаемый частотомер - до 250 кГц, с точностью 0,01 Гц (Х-100); известное устройство - до 50 Гц, настоящий частотомЬр - до 2,5 кГц, точность 0,001 Гц (К-1000) для известного устройства недостижима, в то время как предлагаемый частотомер может работать с такой точностью до частоты 25 Гц.

20

Формула изобретения

Цифровой частотомер низких час- Тот, содержащий блок управления,

генератор эталонных частот, два ключа, счётчик, управляемой делитель и вспомогательный счетчик, вход которого подключен к выходу первого клкзча, а выходы - к управляющим йходам управляемого делителя, информационный вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход со счетным входом с етчика, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, в него введены дополнительный ключ и дополнительный счетчик, причем входная шина устройства подключена к информационному входу дополнительного ключа и к входу блока управления, первый выход которогосоединен с управляющим входом первого ключа, а второй выход блока управления - с управляю11Ц1ми входами второго ключа и дополнительного ключа,

выход которого соединен со счетным входом дополнительного счетчика и R-входом счетчика, первый и второй выходфз гененатора эталонных импульсов подключены соответственно к информационным входам первого и второго ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

55

1.Авторское свидетельство СССР 524139, кл. G 01 R 23/10, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР 573768, кл. G 01 R 23/10, 1976.

.h