Устройство для измерения частоты сигналов Советский патент 1983 года по МПК G01R23/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения частоты электрических колебаний. 5

Известно устройство для измерения частоты сигналов, состоящее из соединенных последовательно опорного генератора, делителя частоты, триггера, грубого счетчика, делителя с перемен- ю ным коэффициентом делении (ДПКД), ключа и точного счетчика, причем вы- ход триггера соединен с вторым входо1 1 ключа, выход опорного генератора - с IBTOpiiM. входом ДПКД, а вход устройст;ва - q вторыми входами грубого и точного счетчиков 13.

Недостаток известного устройства низкая точность измерения.20

Наиболее близким по своей технической, сущности к изобретению является устройство, содержащее последователь но соединенные опорный генератор, блок управления и ключ, второй вход 25 которого является входом устройства, последовательно соединенные первый счетчик и цифровое табло, последовательно соединенные формирователь импульсов, интегратор и аналого-цифровой преобразователь {.2,

Недостаток известного устройстванизкая точность измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты сигналов, содержащее последовательно соединенные опорный генератор, блок управления и ключ, второй вход которого является входом устройства, последовательно соединенные первый счетчик и цифровое табло, последовательно соединенные формирователь импульсов, интегратор и аналого-цифровой преобразователь, введены формирователь дополнительных импульсов, управляемая линия задержки, накапливаюишй сумматор и последовательно соединенные дополнительный ключ, второй счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя,, выход последнего соединен с первым входом накапливающего сумматора, второй вход последнего подключен к второму входу интегратора и к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом дополнительного ключа, информационный вход которого соединен с

вторым входом управляемой линии задержки и с входом устройства, выход ключа соединен с первым входом формирователя дополнительных импульсов, второй вход которого подключен к первому выходу накапливающего сумматора второй выход последнего соединен с |вторым входом цифрового табло, при этом второй вход управляемой линии задержки подключен к управляющему входу ключа и первому входу формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом управляемо линии задержки, а выход формирователя дополнительных импульсов подключен к входу первого счетчика.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства для измерения частоты сигналов; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит опорный генератор 1, блок 2 управления, ключ 3, формирователь 4 дополнительных импульсов, счетчик 5, цифровое табло б кл}оч 7, управляемую линию 8 задержки (УЛЗ), формирователь 9 импульсов,

интегратор 10, аналого-цифровой преобразователь 11 (АЦП), накапливающий сумматор 12, счетчик 13, цифроана.логовый преобразователь 14 (ЦАП).

. На фиг.2 представлены:а -импульсы измеряемой частоты f б. В, t -сигналы на выходах блока 2 управления - первом, втором и третьем соответственно,- Э - сигнал на выходе.ЦАП 14; е ,жсигналы на выходах формирователя 9 импульсов и интегратора 10.;Устройотво работает следующим образом.

Перед началом измерения счетчик 5, счетчик 13 и интегратор 10 находятся в нулевом состоянии, а в накапливаю111Ий сумматор 12 записана 1.

Частота измеряется грубо как и в обычных частотомерах, путем подсчета импульсов N1, прошедших на счетчик 5 через первый ключ 3 за время мерного интервала Т1. Этот интервал формируется на первом выходе блока 2 управления из сигнала опорного генератора 1 (фиг.26).

Одновременно на втором выходе блока 2 управления формируется сигнал . вспомогательного мерного интервала Т2, открывающий ключ 7. Он фортруется аналогично основному мерному ийтервалу (например, делением опорной частоты в заданное число раз и выделением импульса определенной полярности) . При этом схемой управления обеспечивается выполнение условия (фиг.2в). По окончании Т2 в . счетчике 13 записывается число N2, также характеризующее частоту f,, . Величина аналогового параметра на выходе ЦАП 14 при этом обратно пропорциональна f, что обеспечит нормирование результата преобразования в АЦП 11 относительно периода измеряемой частоты.

Кроме того, сигнал измеряемой частоты fx через УЛЗ 8 поступает на формирователь 9. По фронтам мерного интервала Т1 УЛЗ В производит задержку входного сигнала на один период f . Формирователь 9 формирует импульсы, начинающиеся по фронтам мерного интервала Т1 и заканчивающиеся по приходу второго импульса f (фиг.2е). Длительность каждого из этих двух импульсов t и tg зависит от фазовых соотношений опорной и измеряемой частоты, но их разность зависит только от измеряемой частоты (с точностью до )УЛЗ 8 можно выполнить в виде двух соединенных последовательно D-триггеров, .срабатывающих по фронту, причем вход D первого из них соединен с первым выходом блока 2 управления, оба синхровхода подключены к входу устройства, а выход второго триггера входу формирователя 9, роль которого в этом случае может выполнить схема ИСЮТЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

С выхода формирователя 9 .импульсов импульсы t и t поступают на интегратор 10, определяющий площадь каждого из них (фиг.2ж) и далее на АЦП 11, осуществляющий нормирование относительно Т и перевод результата в цифровую форму.

Перед началом измерения в накапли сумматор 12 записывается 1. После измерения t число , поступающее с выхода АЦП 11, вычитаетс из 1, записанной в накапливающем сумматоре 12, а затем, после измерения tg, к результату прибавляется число tg/Tp. Эти операции накапливающий сумматор 12 совершает по сигналам с третьего выхода блока 2 управления (фиг.2 ) , которые также осуществляют сброс интегратора 10 (фиг.) .

Таким образом, в момент окончания измерения в накапливающем сумматоре 12 записывается число р 1+дТ/Т ; реГО,23. Дробная часть этого числа поступает цифровое табло 6 (на его младшие разряды, а целая - на формирователь 4, который представлйет собой устройство, пропускающее на выход все импульсы с первого входа и вырабатывающее один импульс при появлении 1 на втором входе. Оно может быть выполнено в виде формирователя импульса из перепада, подключенного к входу схемы ИЛИ. Если , то формирователь 4 формирует один импульс, увеличивающий записанное в первом счетчике 5 число до N+1. Если , то формирователь 4 импульса не формирует. Чтобы избавиться от систематической погрешности, на старшие разяды цифрового табло 6 подается код исла, записанного в счетчике 5, меньшенного на единицу. Повьошение точности измерения по равнению с известным устройством бъясняется следуюсшм.

Так как импульсы t Ht, формируемые в формирователе 9 с помощью УЛЗ 8, имеют дхительность в пределах (1-/)Тх и, следовательно, повторяющиеся с высокой точностью фронты, то при определении путём их интегрирования с дальнейшим преобразованием в цифровую форму устраняется ошибка, вызванная.конечным быстродействием формирователя 9, Использование для определения нормирующей величины TX последовательно. соединенных ключа 7, счетчика 13 и ЦАП 14 позволяет с высокой точностью определить Т и сохранить результат неизменным в течение всего процесса измерения ,f что важно для нормирова1ия t и tg с одинаковыми коэффициентаNM. Использование для определения ЛТ накапливакй1вго сумматора 12 позволяет фиксировать результат измерения t и t-2 сразу же. после окончания их . измерения, устраняя тем самым погрешность/ возникающую в известном устройстве в результате са юразряда интеграторов и дрейфа устройства вычитания.

Использование новых элементов формирователя дополнительных импульсов, второго ключа,второго счетчика, ЦАП, управляемой линии задержки, накапливающего сумматора и связей - выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позволяет увеличить точность измерения частоты при малых интервалах измерения.

Формула изобретения

: Устройство для измерения частоты сигналов, содержащее последовательно

соединенные опорный генератор, блок управления и ключ, второй вход которого является входом устройства, последовательно соединенные первый счетчик и табло, последовательно соединенные формирователь импульсов, интегратор и аналого-цифровой преобразователь, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены

формирователь дополнительных импульсов, управляемая линия задержки, накапливающий сумматор и последовательно соединенные дополнительный ключ, второй счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подклю- чен к второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход последнего соединен с первым входом .накапливающего сумматора, второй вход посд дне1 подключен к второму входу интегратора и к первому выходу блока управления , второй выход которого соединен с управляющим входом дополйительного ключа,.информационный вход которого соединен с вторлм входом управляемой линии задержки и с входом устройства, выход ключа соединен с первым входом формирователя дополнительных импульсов, второй вход которого

подключен к первому выходу накапливающего сумматора, второй выход пос- леднего соединен с вторым входом цифрового Табло, при этом второй вход управляекюй линии задержки подключен

к управляющему входу ключа и первому

35 входу формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом управляемой линии задержки, а выход формирователя до;;олнительньос импульсов подключен к входу первого счетчи40ка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ермолов Р.С. Цифровые частотомеры. Л., Энергия, 1973. 45, 2. Авторское свидетельство СССР 482692, кл. G 01 R 23/02, 11.05.73.

а

Т1

f g

Т2

г

f1.

nv

ж