Цифровой частотомер мгновенных значений

 

-А. Г. Матвеев и З. Г. Могелевский ф у

/"- (72) Авторы изобретения (71) Заявитель,(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР МГНОВЕННЫХ ЗНАЧЕНИЙ 1

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано для контроля, измерения и регистрации частоты в тех .случаях, когда- предьявлены высокие требования к точности и быстродействию частотомера, например, в системах контроля и регулирования частоты

Известаю частотомер, содержащий формирователь-входных-импульсов, подключенный через схему управления к счетчику импульсов и основанный на принципе подсчета количества периодов измеряемой частоты за эталонный промежуток времени 1 .

Недостатком -данных устройств являеч ся невысокое быстродействие, во много раз превышакяцее. длительность периода измеряемой частоты, что обусловлено самим принципом дейсжия устройства.

Наиболее близким к изобретению является цифровой частотомер мгновенных значений, содержаний измеритель лерио- i да, подключенннй к управляккчим входам

2. умножителя частоты (цифрового интегратора с последовательным переносом), эталонный генератор, подкгпоченный к счетному входу умножителя через ключевую схему, счетчик, подключенный к Ьыходу умножителя и триггер, нодюпоченный выходом к входу ключевой схемы, авходами — к выходу счетчика и к входу стройства (2) .!

О

Однако данное устройство имеет быст родействие хуже периода измеряемой чазтоты и невысокую точность в высокочас тотной области диапазона измерения.

Невысокое быстродействие обьясняет ся тем, что процессы измерения периода и преобразования результата измерения в величину; обратную периоду, разнесены во времени.

Низкая точность объясняется следующим образом.

Пусть период Т измеряемого сигнала измерен с цискретностью jib. Тогда.

f = — 1

Х Ти+ ht

Гт-"х т и И

10 к

2"

dt= — dN.

g R

22

T< g<<

3 1004 для чвстоты Юк измеряемого сигнала можно записать где .Ти - результат измерения периода

1 х r откуда! т в. абсолютная погрешность измерения частоты при больших ее значениях при-. блюкается к значению самой частоты.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия частотомера.

Пос гавленная цель достигается тем, что в Жфровой частотомер мгновенных значений, содержащий генератор эталонной частоты, умножитель, триггер, введены реверсивный счетчик и дополнителыный умножитель, вход которого соединее с выходом умножителя, управляющие входы дополнительного умножителя соединены с управляющими входами умножителя и разрядными выходами реверсив= ного счетчика, а выход дополнительного умножигеля подключен к входу вычитания реверсивного счетчика, вход сложения которого подключен к входу умножителя и выходу генератора эталонной частоты, управляющий sxop реверсивного счетчика соединен с выходом триггера, выход реверсивного счетчика подключен к S -axon@ триггера, Р -вход которого соединен с входной шиной устройства.

На чертеже изображена структурная схема частотомера. . Частотомер состоит из генератора 1 эталонной частоты, подкпюченного через последовательно включенный умножитель частоты 2 и дополнительный умножитель 3 к входу вычитания реверсивного счетчика 4, вход. сложения которого подключен к генераторру 1. Выход реверсивного счетчика 4 подключен к 5 входу триггера 5, выход которого подключен к управляющему входу реверсивного счет чика 4. Импульсы измеряемой частоты поступают на 9 -вход триггера 5.

Устройство работает следующим обраЮ зом.

По началу периода измеряемой частоты f< обнуляется реверсивный.счетчик

4 и триггер 5 устанавливается в поло жение, при котором реверсивяый счетчик 4 переключается на режим сложения. Импульсы частотой f генератора

1, поступая на вход сложения реверсив-.

О08 4 ного счетчика 4 эвполняют его в тече2h ние Времени 11 = —, где .ь — число

<о разрядов реверсивного счетчика 4.

По сигналу переполнения реверсивного счетчика 4 (по окончании времени

Фо) триггер 5 изменяет состояние и переключает реверсивный счетчик 4 HB вычитание..

На вход вычитания реверсивного счетчика 4 в соответствии с принципом действия умножителей будет поступать переменная частота

fn =

2 21 где -й — текущее значение. числа, записанного в счетчике 4.

В конце периода измеряемой частоты результат измерения.в виде числа N будет записан в реверсивном счетчике

4, Приращение числа, записанного в счетчике на 681 на каждом 3-Ъм шаге счета происходит за время

2211

2 у М2 результат измерейия определяется иэ решения уравнения

К 22n

ДФ1 2 Ь 1

Ь 1=1foN,При достаточно болыпих значениях и и ):,О можно считать, что И-еО и дМ- О, тогда это уравнение можно представить в виде тх

О

Учитывая, что 40-, в результате получаем

Таким образом, число получаемое в конце периода Т„, пропорционально изме ряемой частоте, причем, за счет того, что период в процессе измерения заполняется уменьшающейся во времени частотой, абсолютная погрешность измерения оказывается постоянной внутри,всего. -10049 .диапазона измерения m 0 до

У 0

tain пнмх- п

Предлагаемое устройство сушественно превосходит известные частотомеры по точности в высокочастотной области измерения и быстродействию.

Так, например, при значении частоты

= 10 и десятиразрядном счетчике диапазон измерения устройства еоставит 0-1000 Гц с погрешностью за счет

10 дискретности около 1 Гц.

Устройство сравнительно легко мо жет быть реализовано на современной микроэлектронной базе, например, на микросхемах 1 55 серии, включаюшей

35 такие элементы как. 1 55ИЕ8 — (6-разрядный умнакитель .частоты 155ИЕ7-4-х разрядный реверсивный счетчик, К1 55TN2-2Дтрщтера, логические элементы).

Источники информации, принятые во внимание при экспержзе

1. Ермолов P. С. Цифровые частотомеры, Л., Энергия", 1973, с. 5-10.

И . 2. Ермолов P. С, цифровые частотомеры, Л., Энергия, 1973,с. 18 (прототиц) .

Составитель Н. Каплин

Редактор H. Воловик Техред +.Кастелевич" Корректор И- 1 улла

Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

Ь по делам изобретений и открытий

113035, Nocssa, -35, Раушская наб„д. 4/5

Заказ 1876/57 филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 1 ф ормула изобретения

Цифровой частотомер мгновенных значений, содержащий генератор эталонной частоты, умножитель, триггер, о т л и —.

Ой d ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности и йястродействия, в него введены реверсивный счетчик и дополнительный умножнтепь, вход которого соединен с выходом умножителя, управляющие входы дополнительного уаеножителя соединены с управляющими входами умнажителя и разрядными выходами реверсивного счетчика, а вькод дополнительного умножителя подключен к входу вычитания реверсивного счетчи/ ка, вход сложения которого подключен к входу умножителя и выходу генератора эталонной частоты, управляющий вход

pehepcasaoro счетчика соединен с выходом триггера, а выход реверсивного счетчика подключен к 5 -входу триггера, Ф -вход которого соединен с входной шиной устройства.