Устройство измерения приращения частоты электрических сигналов Советский патент 1982 года по МПК G01R23/10 

(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Изобретение относится к области кон рольно-измерительной техники и может быгь использовано, в частности в изме- рительных системах с частотными датчи ками, в устройствах стабилизации частоты. Известно устройство для измерения приращения частоты, содержащее формирователь, элемент совпадения, перюключа тель, счетный блок начального значения частоты, схему перезаписи, генератор ка либрованной частоты, делитель частоты, блок управления и счетный блок значени приращения частоты. Работа устройства основана на подсчете числа импульсов измеряемых частот в заданном интерваЛе времени Cl 1 Однако это устройство имеет больщую погрешность измерения из-за несовпадения границ заданного временного интервала. Кроме того, диапазон частот, приращение которых измеряется, ограничен быстродействием счетных схем. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения приращения частоты электрических сигналов, содержащее формирователь мерных интервалов, генератор эталонной последовательности, формирователь импульсов, элемент совпадений, основной и дополнительный вентили, основной и дополнительный счетчики, вычислитель. В нем регистрируются совпадения импульсов эталонной последовательности и последовательности импульсов неизвесрной частоты и формируется временной интервал между импульсами совпадений. Йод-:считывается число Ngпериодов эталонной последовательности и число п совпадений, попавщих в сформированный инте| вал между Совпадениями. По подсчитанным значениям N3 н п для номинальной f) и неизвестной f 2 частот определяют искомую разность д f. Указанное устройство позволяет расширить диапазон частот, приращение которых измеряется

за счет того, что обеспечивает воэможность выбора достаточно большого временного интервала между совпадениями при произвольном сочетании частот

иН.,Ш.

Однако рыбор совпадений в известном устройстве не является оптимальным ,изза чего возможна потеря точности измерений при больших расстройках.

Целью изобретения является повыше- ние точности.

Указанная цель достигается тем, что в устройство измерения приращения частоты электрических сигналов, содержащее последовательно соединенные генератор эталонной последовательности, первый вентиль, первый счетчик и вычислитель, последовательно соединенные формирователь мерных интервалов, второй вентиль второй счетчик, а также формирователь импульсов и элемент сравнения, два входа которого соединены соответственно с выходами формирователя импульсов и генератора эталонной последовательности, при этом второй выход первого счетчика подключен к первому входу формирователя мерных интервалов, выход которого соединен с вторым входом первого вентиля, выход второго счетчика подключен к второму входу вычислителя, введены первый и второй элементы ИЛИ и М каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные счетчик канала, элемент сравнения кодов и первый дополнительный вентиль, а также последова- тельно соединенные регистр, дешифратор и второ дополнительный вентиль, причем в каждом канале выход счетчика канала соединен с кодовым входом регистра, выход которого подключен к второму входу элемента сравнения кодов, управляющие входы счетчика канала, регистра и вторые входы первого и второго дополнитель ных вентилей соединены вместе и подключены в первом канале к выходу элемента сравнения, во всех каналах, начиная со второго, управляющие входы счетчика, регистра и вторые входы первого и второго дополнительных вентилей соеди нены с выходом первого дополнительного вентиля предыдущего канала,импульсные входы счетчиков Каждого канала соедине ны с выходом генератора эталонной последовательности, выходы вторых дополнительных вентилей каждого канала и первого дополнительного вентиля последнего канала соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, вы ход которого подключен ко второму входу формирователя мерных интервалов, выходы первого и второго дополнительных вентилей первого канала соединены соот.ветственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу второго вентиля.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство содержит генератор 1 эталонной последовательности, формирователь 2 импульсов, элемент 3 сравнения, формирователь 4 мерных интервалов, первый .вентиль 5, первый счетчик 6, вычислитель 7, второй вентиль 8, второй счетчик 9, второй элемент ИЛИ10, первый элемент ИЛИ 11, М-каналов, в каждый из которых входит счетчик 12 канала, регистр 13, элемент 14 сравнения кодов, дещифратор 15, первый дополнительный вентиль 16 и второй дополнительный вентиль 17.

Устройство работает следующим образом.

В каждом канале счетчики 12 канала подсчитывают поступающие на их импульсные входы импульсы с генератора 1 эталонной последовательности между моментами прихода импульсов на управляющие входы счетчиков 12, регистров 13 и вторые входы вентилей 16 и 17. В момент прихода импульса на управляющий вход счетчика 12, его состояние фиксируется. Элемент 14 сравнения кодов сравнивает код счетчика 12 и код регистра 13. Если в этот момент код счетчика 12 больше (или меньше) кода регистра 13, то элемент 14 открывает вентиль 16 и пропускает импульс, поступающий в это время на его первый вход. Одновременно дешифратор 15 анализирует код регистра 13, и, если он больше заданного значения NjjTO дешифратор 15 открывает вентиль 17 и пропускает импульс, поступающий на первый вход этого вентиля. По окончании действия импульсов (например, по их заднему фронту), поступающих на управляющие входы счетчика 12 и регистра 13, содержимое счетчика 12 переписывается в регистр 13, а сам счетчик обнуляется. После этого процесс повторяется. Таким образом, в каждом канале входящая последовательность импульсов, поступающая в него на управляющие входы счетчика 12 и регистра 13, а также на вторые входы вентилей 16 и 17, преобразуется. На выходе вентиля 16 формируется новая последовательность, составленная из тех импульсов входящей последовательности, которые образуют начальные (или конечные) границы таких интервалов между ближайшими импульсами , этой последовательности, длительность которых больше (или меньше) длительности предшествующих им аналогичных интервалов. Новая последовательность вы бранных импульсов поступает в следующий канал. При этом для первого канала входящей является последовательность импульсов совпадений, сформированных элементом 3 из совпадающих импульсов

эталонной частоты j и неизвестной частоты f у , поступающих на его первый и второй входы, соответственно, с выходом генератора 1 и формирователя 2.

В свою очередь, последовательность импульсов, выбранных в первом канале, через его вентиль 16 поступает во второй канал и уже для него является входящей и т. д. Очевидно, что временной.интервал ме ду импульсами каждой новой последовательности больще, чем интервал между импульсами входящей последовательности , из которой формируется новая. Поэтому, в части каналов, начиная с того, для которого временные интервалы между импульсами входящ.ей последовательности достаточно велики, коды на входах де- щифраторов 15 превышают заданное аначение Ыз-В этих каналах помимо преобразования входящие последовательности пропускаются через вентили 17 на соответствующие входы элемента ИЛИ 11, а через него на импульсный вход формирователя 4 мерных интервалов. Если ни В ОДНОМ из каналов вентили 17 не откры ты, то на элемент ИЛИ 11 и через него на формирователь 4 мерных инервалов поступают импульсы с выхода вентиля 16 последнего канала. На «эл емент ИЛИ 10 поступают импульсы с выходов вентилей 16 и 17 первого канала, а через него передаются на вход вентиля 8. Формирователь 4 мерных интервалов по первому прищедшему на него импульсу открывает, а по tr закрывает вентили 5и 8. При этом счетчик 6 подсчитывает число N э импульсов, прошедших через вентиль 5. Когда содержимое счетчика 6превысит наперед задаваемое число NO с него на формирователь мерных интервалов 4 подается сигнал, разрешающий по одному из последующих импульсов, поступающих на импульсный вход.

л т N N Э Э

где 1 - номер канаЗта, с которого снимается последовательность выбранных импульсов, Т э - период эталонной последовательности.

Работа устройства поясняется с позакрыть вентили 5 и 8. В это время счетчик 9 подсчитвает число п импульсов, прошедших через вентиль 8. В первом цикле преобразования, соответствуюшего значению f исследуемой частоты подсчитанные счетчиками 6 и 9 числа, соответственно -1-, «в момент закрывания вентилей 5 и 8 запоминаются вычислителем 7. При подаче частоты f;; все операции повторяются, и новые коды 6 к п счетчика 9, соответствующие частоте х 2 момент закрытия вентилей 5 и 8, поступают на вычислитель 7, который определяет приts ращение частоты д о формуле мошью диаграммы, представленной на фиг, 2. На диаграмме последовательности разбиты на участки. Импульсы эталонной, назовем ее первой, последовательности с периодом Tj l/f изображены на участках а, г, ж. Для удобства определения импульсы эталонной последовательности пронумерованы. Аналогичным образом на участках б, д, з представлены импульсы второй последовательности периодом Тд - 1/fx Совпадения импульсов первой и второй последовательностей образуют последовательность импульсов совпадений. Импульсы совпадений группируются в паке ьг. Временные интервалы между импульсами, входящими в пакеты, ршвны Т т.е. величине периода первой последовательности. Между пакетами образуются интервалы, имеющие длительность, превышающую величину 2X3. Это позволяет в первом канале из исходной последовательности совпадений выделить либо первые, либо последние импульсы пакетов импульсов совпадений, так как эти импульсы образуют границы интервалов, длительность которых отличается от длительнос к соседних с ними интервалов. В частности на диаграмме (фиг. 2в,и) это импульсы с номерами О, 4, 8, 11, 15, 18 и 22. В произвольном случае совпадения реализуются не при одинаковом взаимном распапожении совпадающих импульсов первой и второй последовательностей. Если принять за начальное состояние взаимное положение импульсов первой и iBTOppft последовательностей некоторого произвсяьного совпадения, то в следующих совпадениях наблюдается смешение совпадаклцих импульсов по сравнению с начальным состоянием. Например, если на диаграмме (фиг. 2) принять за начальное достояние совпадение, реализуемо имцуйьсом (3 первой последовательности, то импульс 4, реализующий перво п 1 совпадение за начальным, имеет смещение с/Т ,импульс 8, реализукяций второе п 2 совпадение имеет смещение Т (2)2 /r1j т. д. Очевидно, что для первого совпадени или Рлп. ближайших совпадений, имеет место равенство . (2) где N и Nj - число периодов, соответ ственно, первой и второй последовательностей между ближайшими совпадениями, а сЛт J погрещность задания интервала меж-д ду совпадениями. Учитывая, что. для ближайших совпадений имеет место равенство N Ь N i - 1 можно записать послеподстановки (3 ) i и (2), . i.hl т,-т. Для произвольного совпадения И име ет место следующее соотношение ,.. . n( (n) N;.n .--: э х Э1.а «I а I V Следовательно число )определяет и номер импульса первой последовательности, на котором реализовалась п-е совпадение. В первом канале выделяется последовательность импульсов совпадений, имею щих номера N Ни). Эта последовательност поступает во второй канала. Как уже отмечалось, для каждого сов падения Нд1п),следующего за начальным, с увеличением номера п возрастает и величина смещения (n) В связи с тем, что смещение сУЧ(п) увеличивает ся, интервал, между тем импульсом первой последовательности, котбрый имеет номер Г J (n-fJH предшествует импульсу совладения, и ближайшим к нему импульом второй последова1ельности, уменьшается на такую же величину. Очевидно, что существует такое число, п: при котором выполняется неравенство е(Уч;7,Тэ-Тх,(6) из которого следует Неравенство Тх есУч; 7,Тэ -(7) Но это означает, что импульс первой последовательности, имеющий номер , также совпадает с импульсом второй последователь ности. При этом временной интервал между Р - м совпадением, реализованном на импульсе первой последовательности р номером N -1, а не с номером N О и (-)-м совпадением, реализованном на N (11-1)-м имп;ульсе fc-4 первой-последовательности, равен .гТ,1 ЛЛ f у а не N Та .как это имеет место для I/ у остальных интервалов между совпадениями, т.е. имеет место интервалы между совпадениями, длительность которого от личается от длительности соседних аналогичных интервалов. номером N 6 - -1 Если совпадение с принять за начальное и вновь продолжить аналогичный анализ, то можно получить очередной интервал между совпадениями, длительность которого отличается от соседних, таким образом, получается последовательность указанных интервалов, имеющих длительности, отличные от длительностей аналогичных соседних с ними интервалов. Совпадение п 1, реализуемое 4-м импульсом, имеет смещение сЛТ, , совпадение имеет смещение оно реализовано на 8-м импульсе. Однако совпадение п 3 реализовано не на 12-м импульсе, как этого следовало ожидать, а на 11-м. При этом реализуется интервал между совпадениями, равный , а не Т 4Т ,как это имеет место для предшествующих совпадений. Во втором канале из последовательности импульсов, входящих в него, выделяются те, которые образуют начальные (или конечные) границы интервалов jt Т между совпадениями, длительность которых отличается от длительности соседних интервалов. Временной интервал между импульсами, выделяемыми вторым каналом, определяется следующим образом. На основа9НИИ неравенства (6) можно vi откуда с учетом равенства (2) имеем э- ;(Тэ-ГлНх Тогда число N периодов т между совпадениями, выбираемыми вторым каналом, определяется следующим соотношением-1 . ОО) )-т, Аналогичным образом для произвольного i-ro канала получае1 :я следующая зависимость -N;-, (11) Ni- где М J - число периодов эталонной последовательности между импульсами, вы деленными в I-M канале,d T - VTblLBe личины смещений совпадений, соответствующие последовательностям, выделяемы в (1-1 )-м и (i-2)-M каналах. Для совпадений, выделяемых i -м ка налом, имеют место соотношения T li XiNxV- c .олт; или приближенные равенства x.. T,N;,C.T, Х2 . Для этих совпадений справедливы с отношения Nv. N l iJx7- 92- 2. где n 2 - числа интервалов между с падениями, выделяемыми в первом кан ле и содержащиеся в мерном интервал между импульсами, выделенными в iканале. а ве пи получить, чтоУчитывая, что прирашение периода из9S001210меряемой частоты определяется формулой (8) ,(18) также подставляя (16) и (17), соот тственно, в (14) и (15), можно засать (ai-,-) Х1 V Э1 T,NL T,. (Н )ДTN Х1 Разделив левые и правые части уравнения (2О) на левые и правые части уравнения (19), можно получить одно уравнение TX-,(NS,+ ,) N;,,- i) После йреобразований получается расчетное соотношение (1). Сравным погрешность квантования, возникакщую при использовании последо„ ,. вательностей, формируемых первым и вторым каналами. Для первого канала на основании соотношения (5) крутизна преобразования € определяется следующим равенством i X , Лт;р17Г(1 :ТТ-- (Тэ-Txf dTx dTx Погрешность квантования определяется как величина изменения Т при изменении N 1 на единицу и может быть принята как значение dTy при . После подстановки в равенство (22), полу- чается (сЗЫз 1 Аналогичным образом погрешность квантования для второго канала определи, ется по зависимости (Ю) и равна ., / -iVIxil.J. VdN-f- ет, е При ES п первые интервалы как для последовательностей, сформированных в первом канале, так и для последовательностей, сформированных во втором канале, являются одинаковыми. Однако погрешность квантования в случае использования второго канала меньше, чем погрешность квантования первого канала. С увеличением числа каналов погрешность уменьшается.

Таким образом, посредством выделения импульсов совпадения последовательной цепочкой каналов достигается уменьшение погрешности квантования. За счет этого предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности измерения по сравнению с известным.

Формула изобретения

Устройство измерения прирашения частоты электрических сигналов, содержащее последовательно соединенные генератор эталонной тюследовательности, первый вентиль, первый счетчик и вычислитель, последовательно соединенные формирователь мерных интервалов, второй вентиль, второй счетчик, а также формирователь импульсов и элемент сравнения, два входа которого соединены соответственно с выходами формирователя импульсов и генератора эталонной последовательности, при этом второй выход первого счетчика подключен к первому входу формирователя. мерных интервалов, выход которого соединен с вторым входом первого вентиля, выход второго счетчика подключен к второму входу вычислителя, о Tличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены первый и второй элементы ИЛИ и М каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные счетчик

канала, элемент сравнения кодов и первый дополнительный вентиль, а также последовательно соединенные регистр, дешифратор и второй дополнительный вентиль, причем в каждом канале выход счечика канала соединен с кодовым входом регистра, выход которого подключен к второму входу элемента сравнения кодов управляющие входы счетчика канала, регистра и вторые входы первого и второго дополнительных вентилей соединены вместе и подключены в первом канале к выходу элемента сравнения, во всех каналах, начиная со второго,управляющие входы счетчика, регистра и вторые входь1 первого и Второго дополнительных вентилей соединены с выходом первого дополнительного вентиля предыдущего канала, импульсные входы счетчиков каждого канала соединены с выходом генератора эталонной последовательности, выходы вторых дополнительных вентилей каждого канала и первого дополнительного вентиля последнего канала соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу формирователя мерных интервалов, выходы Первого и второго допонительных вентилей первого канала соединены соответственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу второго вентиля.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

№ 530260, кл. Q 01 R 23/10, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР № 765741, кл. Q 01 R 23/1О, 18.09.78.

N

-I I