Способ измерения отклонения частоты от номинального значения Советский патент 1982 года по МПК G01R23/10 

Изобретение относится к электроизмерительное технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах, устройствах конт роля частоты, для измерения инфранизких частот, для измерения незначительных отклонений частоты от номинального значения.

Известен способ измерения отклонения частоты от номинального значения, основанный на сравёении в фиксированные промежутки времени измеряемой и образцовой частот,заполнении образцовой частотой разностного прсянежутка времени, и определении искомого результата tljНедостатком известного способа является зависимость погрешности измерений от соотношения измеряемой и образцовой частот и в связи с зтим нецелесообразность использования универсальных аппаратно-программных средств для автоматизации измерений.

Наиболее близким к изобретению является способ измерений отклонения частоты от номинального значения, основанный на формировании последовательностей импульсов обратно пропорциональному значению двух частот, вычитании этих последователь-

ftocTePi друг из друга и подсчете чис, ла импульсов заполнения разностного промежутка времени, при зтом длительность периода одной из последовательностей формируют с известной частотой FO , а второй - из сигналов разностной частоты, полученной в результате смещения измеряемого сигнсша с сигнс лом, частота которого отличается от номинальной на

Fff 1:21.

Недостатке) известного способа является-,зависимость погрешности измерений от номинального значения образцовой частоты заполнения разностного промежутка времени, а при автоматизации измерений влияние нелинейных преобразований на погрешность алгоритма измерений.

Целью изобретения является обеспечение независимости погрешности измерений от номинального значения частот образцового и измеряемого сигналов и технологичности при автоматизации измерений.

Поставленная цель достигается тем что согласно способуИзмерения отклонения частоты от номинального значения, основанному на формировачяР последовательностей импульсов обратно пропорциональному значению двух частот, вычитании этих последо вательностей друг из друга и оценки полученной разности, образцовый и измеряемый сигналы преобразуют в импульсные последовательности, имекяцие одинаковую длительность и одинаковый период ИМПУЛЬСОВ, равный Т х/пРр x/mFc , который нормируют эталонными импульсами kt, а затем выявляю- разностный импульсный сигнал при услов ях .. . x/nFo -x/mFj.-ktj,J x/mFc ix/nFj,-kt. где Fjj f F - значения образцово и измеряемой частот; . X, п, т, k - числа, задаваемые программно; t. - эталонный интервал времени. На фиг.1 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие способ; на фиг.2 - блок-схема устройства, реализующег-о способ; на фиг.З временные диаграмюл работы устройства,(при этом а, (f - эпюры образцового FP и измеряемого Fp сигналов , 2. эпюры преобразованных аппаратно-програ1 Ф1ными средствами сиг/налов Б;О,И Fj(; - разностная импульснаа последбвательность), Способ ocs цecтБляeтcя следующим образом/ - При помощи программно-аппаратных средств образцовый и измеряемый сиг налы, имеющие соответственно частоту FO и FC (Фиг.1, эпюры ), преобразуются в равные по частоте сигналы Fp-1, , имеющие длител ность периода 1 1 PC, где m, n - целые числа, задаваемые программно. Полученные сигналы вновь подвер ются линейным преобразованиям. Пут деления получают импульсные последовательности FQ и F(4 . Сигналы Fg и FC нормируют по дл стельности импульсов при помощи эта ного источника (фиг.1, эшоры в,72 ktj,, k - целое число, задаваемое программно. Путем подбора чисел т, п, х, k устанавливают отношение между длительностью периода и импульсов сиг налов Fg и Fji, позволяющее определить отклонение AF, частоты от номинального значения: inJs АЦс. TO FC Для оценки допустимого отклонен частоты от номинала импульсные сиг сравнивают между соб налы F и при помощи логических устройств, к торые формируют импульсные сигналы (фиг.1, эпюра ) при условии х. X 4- 1- nF,, mF т.е. за время действия длительности, паузы сигналов Fg или F дважды фиксируется появление импульсов сигналов F i-«t а TtTr ТР. или Fn В предлагаемом способе допуск номинальн9го значения частоты определяется эталонным импульсом и не зависит от номинальных значений частоты образцового и измеряемого сигналов, поскольку последние путем логических преобразований выравниваются по частоте. Устройство, реализукицее предложенный способ, содержит источник 1 измеряемого F, сигнала, источник 2 образцового f сигнала, первый и вто4 2S и 2 рой делители 3 и частоты, первый формирователь 5 , состоящий из первого .блока б привязки фазы и первого счетчика 7 К, второй формирователь 8 , состоящий из второго блока 9 привязки фазы и второго счетчика 10 К, первый, второй, третий и четвертый триггеры 1114 (ТВ-1, ТВ-2, ТВ-3, ТВ-4), первый и второй элементы 15 и 16 НЕ, первую и вторую выходные шины 17 и 18. Сигнал F второго источника 2 поступает на первые входы первого и второго формироватепей 5 и 8 . Преобразованные сигналы F и F с выходов первого и второго делителей 3 и 4 поступают соответственно на вторые входы первого и второго формирователей 5 и 8. Скважность сигналов F(i и FQ с выходов первого и второго делителей 3 и 4 при этом равна двум, а длительность период -Т. По совпадению фронтов сигналов F и F, и F запускаются первый и второй счетчики 7 и 10 К,подсчитывающие целое число периодов сигнала F, . Выходные импульсные последовательности первого и второго формирователей 5 и 8 имеют длительность импульсов , период Т„ и наступают на первый, второй, третий и четвертый триггеры 11-14. П ри м е р. Необходимо зафик|сировать отклонение частоты от (Номинального значения при следую-щих исходных данных: AFc/Fc 03; МГц; -j F 10 МГц; 10Преобразуем сигналы F и F, к одному значению частот, т.е. FC поделим при помощи первого делителя 3 на число - и Fj делим на втором делителе 4 на число Пусть период этол частоты равен 1 МКС, т.е. - 40, 10. Выбор m п периода Т равным 1 мкс позволяет юзволяет тепа перипутем пересчета целого числа периодов сигналов РЛ 1. получить соотношениеtnk 100 но 0,3, 1000 НС т.е. t «k/Tj, ; параметры импульсной последовательностиFO таки что их отношение определяет нестаби ность измеряемой частоты F , Ввиду того, что нестабильность источника 2 на двапериода меньше нестабильности источника,можно пред положить что соотношение параметров импульсной последовательнсэ Р в практически не изменяется. Предположим, что номингипьные значения преобразованных частот равйы р о Пусть эти сигналы поступают с вы ходов первого и второго формировате лей 5 и 8 (фиг.2). Сигналы Р и F - асинхронные сигналы и следовательно BsaijMHoe пohoжeниe фаз преобразованных сигналов FJH f может быть любым. Допустим, что сигналы Р опережают сигналы F в какой-то момент времени на половину периода/ т.е. импульсные последовательности Р и Fg во время действия импульсов () не перекрываются между собой (фиг.Зе). Поскольку на У-входё первого три гера 11 (ТВ-1) .Лог.1, а на K-Sx де - Лог.О , то по фронту сигналов Fg произойдет запись Лог.1 по прямомуг выходу первого триггера 11. Сигнал второго, формирователя 8 Fg поступает на R-входытретьего я четвертого триггеров 13 и 14 и обну ляет их. На R-входы триггеров 11 и 12 (ТВ-1 и ТВ-2) и на С-входа третьего и четвертого триггеров 13 и 14 (ТВи ТВ-4) поступают сигналы Fg, Они обнуляют третий и четвертый триггеры 13 и 14 (ТВ-3 и ТВ-4), изменяют состояние третьего триггера 13 (ТВ-3). Однако четвертый триггер 14 ТВ-4 по-прежнему обнулен, поскольку перезапись Лог.1 с третьего триггера 13 (ТВ-3) осуществляется п фронту импульсов F(f, Поступивишй импульсный сигнал F обнулив третий триггер 13 (ТВ-3) до фронта появления сигналов F (фиг.Зе). Аналогичная ситуация происходит с первым и вторым триггерам 11 и 12 (ТВ-1, ТВ-2). Таким образом, если соотношения частот ,3/, то на вЁссодеос второго и четвертого триггеров 12 и 14 (ТВ-2, ТВ-4) потенциёш не меняется. а на выходах первого to третьего триггеров 11 и 13 (ТВ-1, ТВ-3.) формируются импульсные сигналы, длительность которых определяется расфазнровкой сигналов FQ и PC . Логические условия, характеризующие нахождение частоты в заданном диапазоне изменения формулируются как х/п1 -kt k/mPe-cx/nFo -ktj ; 0,7 ,3 МКС. Логические преобразования сигналов Р и Р) первым и вторым делителями 3 и 4 не оказывают влияния на значение нестабильности частоты Пусть - 70,3. Это означает, что с. , частота сигналов PQ возрасла и стала больше, чем 1,3 Р, следовательно, уменьшилась длительность порядка: преобразованных сигналов более чем на 300 не, т.е. не.Если на С-входы третьего и четвертого 13 и 14 триггеров (ТВ-З, ТВ-4) поступают импульсные последовательности, имеющие длительность периода меньше 700 не, на R-входы -j. сигналы, имеюодае длительность периода 1000 мкс. на периоде сигналов Р дважды формируются импульсы t (фиг.Зж). Отмеченная ситуация приводит к срабатыванию четвертого триггера 14 (ТВ-4), и на второй выходной шине 18 появляется и;«тульс, регистрирующий отклонение частоты от номинального значения. Логические условия срабатывания четвертого триггера 14 (liB-4) записывается как -i- - , mPp - F mP X X 700 HC7 , n iiicf. mFc. т.е. на интервал времени, определя- емый периодом сигнала Р, приходится длительность периода сигналов Рр плюс длительность импульсов tnk следующего периода сигналов F (фиг.Зж), т.е. к текущ,ему периоду измеряемых сигналов добавляется эталонная длительность импульсов ty,k, которая и позволяет зафиксировать, что измеряемый интервал уменьвшлся больше, чем на y,k. Условие .-0,3 означает, что частота сигналов PQ уменьшилась-. Уменьшение частоты регистрируется вторым триггером 12 (ТВ-.2) (фиг.ЗУ). Логическое условие уменьшения частоты- за установленный предел определяется выражением в.ида , 1,3 MKC x/mPc., т.е. интервал времени, определяемый длительностью периода сигналов F(J вмещает длительность периода преобразованных импульсных сигнгшов F плюс длительность эталонных импульсов (фиг.) . Таким образом, если отклонения частоты AFj. от номинального значения Fp таковы, что за время действи периода Т x/mF успевает„набежать интервал времени ;;; 4i или за время действия периода Т певает набежать интервал времени 1 x nFp+t k, происходит сра батьшание второго и четвертого триг геров 12 и 14, регистрирующих откло ние частоты от номинала, т.е. tfik Jik . где T l/Fjj. Технико-экономический эффект дан ного способа заключается в непосредственной регистрации результата измерений при помощи аппаратных средств, работаюгцих по логическим принципам в независимости погрешнос ти измерений от номинального значения образцовой частоты, возможности iполной автоматизации процесса измея рений без ограничений диапазона измерений. Формула изобретения Способ измерения отклонения частоты от номинального значения, основанный на формировании последовательностей импульсов обратно пропорциональному значению двух частот, вычитании этих последов атель ностей друг из друга и оценки полученной разности., отличающийся тем, что, с целью обеспечения независимости погрешности измерений от номинальных значений образцовой. и измеряемой частоты сигналов и технологичности при автоматизации измерений, образцовый и измеряемые сигналы преобразуют в импульсные последовательности, имеющие одинаковую длительность и одинаковый период импульсов , равный Т x/nFj, x/inF ;, который нормируют эталонными импульсами kt, а затем выявляют разностный импульсный сигнал при условиях , x/mFj.x/nFe -kt, FQ , F- т- значения образцовой и измеряемой частот; X, п, т, k - числа,зёщаваемые программно; эталонный интервал времени. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 547704, ,кл. G 01 R 23/10, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР 392420, кл. G 01 R 23/10, 1973 (прототип).

f f

H

.

Jffff

T-H t:

и

.f