Цифровой измеритель частоты

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпик ())j1002978

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 040182 (21) 3374408/18-21 (И) М. Nn.з

G 01 R 23/02 с присоединением заявки М—

Государственный комитет

СССР по лелам изобретений и открытий (53) УДК 621. 317, . 373 (088. 8) (23) Прйоритет—

Опубликовано 070383. Бюллетень 11о 9

Дата опубликования описания 070383 (72) Авторы изобретения

А.С. Тарвид и A.Ã. Хоменко (71) Заявитель (54 ) ЦИФРОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ изобретение относится к измерительной технике.

Известен цифровой частотомер, содержащий генератор эталонной частоты, управляемый фазовращатель, формирователь импульсов эталонной частоты, ключи, два счетчика, формирователь импульсов измеряемой частоты, блок управления, триггер управления и элемент совпадения 1.1 3.

Недостатком известного устройства является невысокая точность, зависящая от длительности импульсов измеряемой и эталонной частот, невысокое быстродействие, так как между двумя совпадениями импульсов частот, измеряемой и эталонной, помещается несколько периодов измеряемой частоты, что удлиняет время одного измерения, особенно на низких и инфранизких частотах.

Наиболее близким к изобретению является цифровой частотомер, содержащий два счетчика, формирователь импульсов измеряемой частоты, ключ, последовательно соединенные генератор импульсов стандартной частоты, схему совпадения, триггер управления, элемент задержки с п- 1 выходами, элемент задержки с одним выходом, и-1 блок совпадения, и-1 триггеры управления, и+2 блока сборки, самоблокирующий ключевой элемент

5 и пар последовательно соединенных ключей f2 g.

Недостатками устройства являются низкое быстродействие, невысокая точность, зависящие от длительности импульсов измеряемой частоты и от времени задержки элемента задержки, а также от неопределенности положения конца интервала измерения (на выходе неокончательный результат ). Целью изобретения является повышение точности и быстродействия измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель частоты, содержащий генератор опорной частоты, счетчик результата, счетчик измерения длительности периода, формирователь импульсов, четыре ключа и три.триггера, введены декадный делитель образцовой частоты, управляемый делитель частоты, п ключей ввода коэффициента деления и формирователь эталонного интервала времени, выход которого соединен с первыми входами первого и второго триггеров, второй вход последнегг

1002978 подключен к первому выходу третьего триггера и первому входу формирователя импульсов, выход которого под,ключен к входу третьего триггера, второй выход которого соединен с первым входом первого ключа, второй 5 вход последнего подключен к выходу декадного делителя образцовой частоты, вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, первым входом второго ключа и первым 10 входом управляемого делителя частоты, выход последнего подключен к первым входам третьего и четвертого ключей и к первым входам и ключей ввода коэффициента деления, выходы которых соединены с соответствующими входами управляемого делителя частоты, вторые входы и ключей ввода коэффициента деления подключены к соответствующим выходам счетчика измерения длительности периода, вход которого соеди- 20 нен с выходом первого ключа, при этом выход второго триггера соединен с вторым входом четвертого ключа, выход которого подключен к второму

l5 входу первого триггера, выход последнего соединен с вторыми входами третьего и второго ключей, выход последнего подключен к входу формирователя эталонных интервалов времени, а выход третьего ключа соединен с вхо- 30 дом счетчика результата.

На .чертеже показана структурная электрическая схема цифрового измерителя частоты.

Измеритель частоты содержит гене- 35 ратор 1 образцовой частоты, декадный делитель 2 образцовой частоты, управляемый делитель 3 частоты, счетчик

4 измерения длительности периода измеряемой частоты, формирователь 5 40 импульсов измеряемой частоты, и ключей б ввода коэффициента деления, формирователь 7 эталонного интервала времени, счетчик 8 результата, триггер 9, ключ 10, триггер 11, ключ 12, триггер 13, ключи 14 и 15.

Цифровой измеритель частоты работает следующим образом.

Измерение частоты начинается по команде "Пуск", подаваемой на формирователь 5 импульсов, Первый сформированный импульс измеряемой частоты задним фронтом устанавливает триггер 9 в единичное состояние, тем самым разрешая прохождение импульсов с делителя 2 частоты через ключ 10 55 с на счетчик 4.

Второй импульс измеряемой частоты возвращает в исходное состояние триггер 9, который нулевым выходом запрещает прохождение следующего пери- 60 ода f через формирователь 5 импульсов и устанавливает триггер 11 в единичное состояние. Поступление импульсов на счетчик 4 с делителя 2 прекращается. В счетчике 4 устанавли-65 вается код, пропорциональный длительности периода Тх измеряемой частоты:

Тс

1 где Т

Единичный выход триггера 11 через ключ 12 разрешает прохождение импульсов переполнения на вход установки "1" триггера 13. Первый импульс переполнения с выхода управляемого делителя 3 частоты через ключ 12 устанавливает триггер 13 в единичное состояние, а также-поступает на вторые входы ключей б. На первые входы этих ключей поразрядно поступают инверсные выходы разрядов счетчика 4. Положительным потенциалом триггер 13 через ключ 14 разрешает прохождение с генератора 1 опорной частоты импульсов f на вход формирователя 7 эталонного интервала времени, а через ключ 15 — импульсов переполнения на вход счетчика 8 результата. На протяжении эталонного интервала времени на вход счетчика

8 поступают импульсы с частотой

fc, 3 Т х х где „вЂ” коэффициент пропорциональности для данной частоты.

По заднему фронту эталонного интервала времени триггеры 11 и 13 устанавливают в нулевое состояние. Измерение прекращается, в счетчике 8 результата устанавливается код измеряемой частоты.

Таким образом, предлагаемая структура повышает точность и быстродействие, так как погрешность не вносится длительностью импульса измеряемой частоты, отсутствует фактор неопределенности положения конца измерения. Быстродействие зависит только от длительности периода измеряемой частоты, результат на выходе счетчика результата окончательный, не требующий дополнительных преобразований.

Величина погрешности устройства зависит от отношения длительности периода стандартной частоты к длительности измеряемой частоты и равна

d =+ + (а + - -) Т и Тх где п — число измеряемых периодов;

Т вЂ” период измеряемой частоХ ты, мкс;

1002978

Очевидно, что с увеличением опорной частоты уменьшается погреш- щ ность и увеличивается быстродействие измерения.

Выпускаемый отечественной промышленностью частотомер Ф5041 производит измерение частот электрических коле- 15 баний в диапазоне от 0,1 Гц до

10 мГц. Относительная погрешность измерения частоты не превышает значений, определяемых по формуле где d — погрешность источника стандартной частоты; г,„ — время измерения, с; эм значение измеряемой частоты, Гц.

Из формулы видно, что точность и быстродействие зависят от измеряемой частоты и времени измерения

Чем ниже частота, тем вьые 30 погрешность. Чтобы уменьшить погрешность на низких частотах, необходимо увеличивать время измерения

t„>, что для многих случаев применения частотомера является непри- 35 емлемым.

Формула изобретения

Цифровой измеритель частоты, содержащий генератор опорной частоты, счетчик результата, счетчик измерения длительности периода, формирователь импульсов, четыре ключа и три триггера, о т л и ч а ю щ и и — 45 с я тем, что, с целью повышения

Т вЂ” н р под ст ан Jlchp I fk()11 с ты, мкс погрешность стандартной частоты; а = 0 при измерении импульсных сигналов; а = 3 10 3 при.измерении синусоидальных сигналов. точности и быстродействия измерения, н него введены декадный делитель образцовой частоты, управляемый делитель частоты, и ключей ввода коэффициента деления и формирователь эталонного интервала временн, выход которого соединен с первыми входами первого и второго триггеров, второй вход последнего подключен к первому выходу третьего триггера и первому входу формирователя импульсов, выход . которого подключен к входу третьего триггера, второй выход которого сое- динен с первым входом первого ключа, второй вход последнего подключен к выходу декадного делителя образцовой частоты, вход которого соединен с выходом генератора образцовой частоты, первым входом второго ключа и первым входом управляемого делителя

20 частоты, выход последнего подключен к первым входам третьего и четвертого ключей и к первым входам и ключей ввода коэффициента деления, выходы которых соединены с соответствующими входами управляемого делителя частоты, вторые входы и ключей ввода коэффициента деления подключены к соответствующим выходам счетчика измерения длительности. периода, вход которого соединен с выходом первого ключа, при этом выход второго триггера соединен с вторым входом четвертого ключа, выход которого подключен к второму входу первого триггера, выход последнего соединен с вторыми входами третьего и второго ключей, выход последнего подключен к входу формирователя эталонных интервалов времени, а выход третьего ключа соединен с входом счетчика результата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 612172, кл. 6 01 R 23/10, 1978 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 606140, кл. G 01 R 23/02, 12.07,74.

1002978

ВНИИПИ Заказ 1541/27 Тираж 708 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4