Способ измерения частоты

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ, заключающийся в сравнении во времени импульсных последовательностей, измеряемой и эталонной частот и подсчете числа импульсов эталонной и измеряемой частот в интервале измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, формируют линейный участок на одном из фронтов импульсов измеряемой частоты, стробируют полученную последовательность импульсами эталонной частоты и вьщеляют пачки импульсов, амплитуды которых пропорциональны мгновенным значениям в точках стробирования и превышают заданное пороговое значение , выбирают два следующих один за другим импульса в начале или в конце первой пачки и измеряют их амплитуды причем первый импульс является началом интервала измерения, выбирают ближайший к началу или концу второй пачки импульс, амплитуда которого лежит в пределах между амплитудами первых двух импульсов, и измеряют ее, причем этот импульс является концом интервала измерения, подсчитывают число импульсов измеряемой частоты между первыми двумя импульсами и определяют измеряемую частоту по формуле U,-U, Г I Ua-U. 1 Ч Д°-и1:и;г uj-u i «Л о Х1 приМх,, U,-U Л FjNv, М О Uj-uJJ оГп Ю Р o :п где F Q - измеряемая и эталонная i частоты; N ,N число импульсов измеряеxi o мой и эталонной частот в интервале измерения; 2число импульсов измеряемой частоты между первым и вторым импульсаьш; U,U2,U амплитуды первого, второго и третьего импульсов .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

0Ю (1И

3y)) G 01 R 23/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

F0 И„„й„„ х 0-U„

U -U

1 х1

К2

"О1

"С "Хг "С ц

Uh-U

"о<

"Х

ПРИ N>2O

1 о1 в интервале измерения; число импульсов измеряемой частоты между первым и вторым импульсами;

42 сов

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3468742/18 — 21 (22) 09 .07 .82 (46) 23.10.84. Бюл. 11 39 (72) В.И.Емельяненков и В,А.Липатов (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро с опытным производством при Белорусском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. В.И.Ленина и Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В.И.Ленина (53) 621.317(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 355579, кл. С 01 К 23/10, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

N - 482693, кл. 0 01 R 23/10, 1976 (прототип). (54)(57) CIIOCOE H3MFFFHHSf MACTOTbl, заключающийся в сравнении во времени импульсных последовательностей, измеряемой и эталонной частот и подсчете числа импульсов эталонной и измеряемой частот в интервале измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, формируют линейный участок на одном из фронтов импульсов измеряемой частоты. стробируют полученную последовательность импульсами эталонной частоты и выделяют пачки импульсов, амплитуды которых пропорциональны мгновенным значениям в точках стробирования и превышают заданное пороговое значение, выбирают два следующих один за другим импульса в начале или в конце первой пачки и измеряют их амплитуды причем первый импульс является началом интервала измерения, выбирают ближайший к началу или концу второй пачки импульс, амплитуда которого лежит в пределах между амплитудами первых двух импульсов, и измеряют ее, причем этот импульс является концом интервала измерения, подсчитывают число импульсов измеряемой частоты между первыми двумя импульсами и определяют измеряемую частоту по фор. муле где Р„, РΠ— измеряемая и эталонная частоты;

N N — число импульсов измеряеХ1 О1 мой и эталонной частот

U, U 11 — амплитуды первого, второго и третьего импуль1120251

Изобретение относится к измерительной и импульсной. технике и может быть использовано для измерения ч.астоты периодических сигналов.

Известен способ измерения частоты основанный на сравнении во времени послеповательностей неизвестной и эталонной частот подсчете числа пеЪ риодов неизвестной и эталонной частот в интернале измерения, границы кото- 10 рого образованы ближайшими импульсами совпадения сравниваемых последовательностей f1).

Однако способ характеризуется большой погрешностью измерения, 15

Наиболее близким к изобретению является способ измерения частоты, заключающийся в сравнении во времени импульсных последовательностей измеряемой и эталонной частот и подсчете 20 числа импульсов измеряемой и эталонной частот н интервале измерения, границы которого образованы одинаковыми по порядку импульсами из ближайших пачек импульсов совпадений срав-2S ниваемых последовательностей (2) .

Известный способ также имеет знаинтервала измерения, выбирают ближайший к началу или концу нторой пачки импульс, амплитуда которого лежит в пределах между амплитудами первых двух импульсов, и измеряют ее, причем этот импульс является концом интервала измерения, подсчитывают число импульсов измеряемой частоты между первыми двумя импульсами и определяют измеряемую частоту по формуле о "х2 "о(ц О х 0 -Ui

"О1

o%" 1112 д

"o< о(" Х2(01 )-I) х ь

О1

2 Ие пГи Имг> К Р

"Х1

"o чительную погрешность измерения частоты иэ-за неточного совмещения импульсов сравниваемых последовательностей. Вследствие этого в интервал измерения укладывается в общем случае не целое число периодов одной из сравниваемых последовательностей, в то время как результат измерений определяется по целому числу.

Цель изобретения — повышение точности измерения частоты.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения частоты, заключающемуся н сравнении но времени импульсных последовательностей измеряемой и эталонной частот и подсчете числа импульсов эталонной и измеряемой частот в интервале измерения, формируют линейный участок на одном из афронтов импульсов измеряемой частоты, стробируют полученную последовательность импульсами эталонной частоты и выделяют пачки БО импульсов, амплитуды которых пропорциональны мгновенным значениям в точках стробирования и превышают заданное пороговое значение, выбирают два следующих один за другим импульса в начале или в конце первой пачки и измеряют их амплитуды, причем первым импульс является. началом

f где Р„, Fo — измеряемая и эталонная частоты;

Ы„1,Х „ — число импульсов измеряемой и эталонной частот в интервале измерения

N> — число импульсов измеряемой частоты между первым и вторым импульсами;

U„,U,U — амплитуды первого, второго и третьего импульсон.

На фиг. 1 представлена диаграмма, иллюстрирующая стробирование импульсов исследуемой частоты импульсами эталонной частоты; на фиг. 2 — структурная электрическая схема варианта устройства измерения частоты, реализующего предлагаемый способ. устройство содержит формирователь 1 импульсов треугольной формы, усилитель-расширитель 2, стробсмеситель 3, генератор 4 строб-импульсов эталонной частоты, пороговый элемент 5, блок 6 выделения первого импульса пачки, состоящий из счетчика 7, регистра 8, элемента 9 сравнения кодов и ключа 10, одновибратор 11, триггер 12 со счетным входом, триггеры 13 и 14 RS-типа, элементы И 15 и 16, счетчики 17 — 20, дешиз, 1! 202 фратор 21, ключи 22 - 25, аналогоцифровой преобразователь 26, регистры 27 — 29, элементы 30 и 31 сравнения кодов и блок 32 вычислений.

Первый вход строб-смесителя 3 соединен с выходом генератора 4 строб-импульсов, первым входом блока 6 вьделения первого импульса пачки и импульсным входом ключа 22.

Второй вход строб-смесителя 3 соединен с выходом формирователя t импульсов и импульсными входами ключей 23 и 24, а выход через усилитель-расширитель 2 подключен к импульсному входу ключа 25 и входу порогового элемента 5 ° Выход последнего соединен с управляющими входами ключа 25, выход которого подключен к второму входу блока 6, первому входу элемента И 15 и входу аналогоцифрового преобразователя 26. Выход блока 6 подключен к входу триггера 12, выход которого соединен с вторым входом элемента И 15 и через одновибратор 11 с первыми входами триггеров 13 и 14. Выход триггера 13 подключен к управляющим входам ключей 22 и 23. Выход триггера 14 сое- динен с управляющим входом ключа 24

При этом выходы ключей 22 — 24 соответственно соединены с входами счетчиков 18 — 20. Вход счетчика 17 подключен к выходу элемента И 15, а выход — к входу дешифратора 21, первый выход которого соединен с управ35 ляющим входом регистра 27, а второй выход с управляющим входом регистра 28, и вторым входом триггера 14.

Выход аналого-цифрового преобразователя 26 подключен к информационным входам регистров 27 — 29 и первым входам элементов 30 и 31 сравнения кодов, вторые входы которых соответственно соединены с выходами регистров 27 и 28. Выходы элементов 30 и 31 сравнения кодов подключены к соответствующим входам элемена И 16, выход которого соединен с вторым входом триггера 13 и управляющими входами регистра 29 и блока 32 вы50 числений. Выходы счетчиков 18 — 20, регистров 27 — 29 подключены к соответствующим входам блока 32 вычислений.

Первым входом блока 6 вьделения 55 первого импульса пачки является импульсный вход счетчика 7, вторым входом — объединенные управляющие вхо51 ф ды счетчика 7, регистра 8 и импульсный вход ключа 10 а выходом — выход ключа 10. Внутри блока 6 выход счетчика 7 соединен с информационным входом регистра 8 и первым входом элемента 9 сравнения кодов, второй вход которого подключен к выходу регистра 8. Выход элемента 9 сравнения кодов соединен с управляющим входом ключа 10.

Способ осуществляется следующим образом.

Формируют исследуемую последовательность импульсов, следующих с периодом T исследуемой частоты таким образом, чтобы на одном из фронтов был участок, близкий к линейному (фиг. 13). Стробируют полученную последовательность импульсов исследуемой частоты импульсами эталонной частоты и вьделяют импульсы, амлитуда которых пропорциональна величине сигнала исследуемой частоты в точке стробирования. Формируют пачки иэ тех вьделенных импульсов, амплитуда которых превышает заданное пороговое значение Uäo . Последнее выбирают так, чтобы пачки начинались или заканчивались теми импульсами, которые получены при стробировании линейных участков стробируемых импульсов. Это облегчает выбор первого и второго импульсов, в качестве кото. рых принимают два следующих по поряд. ку импульса первой пачки, расположенных либо в начале пачки, либо в конце. Это будут импульсы, полученные при стробировании линейного участка.

Затем выбирают третий импульс, в качестве которого принимают импульс в начале пачки, если первый и второй импульсы пачки выбраны в начале своей пачки, или в конце пачки, если первый и второй импульсы выбраны в конце пачки. Подсчитывают число N импульсов эталонной и число N импульсов исследуемой последовательностей в интервале измерения, в качестве границ которого выбираются первый и третий импульсы. Подсчитывают число N 2 импульсов исследуемой последовательности в интервале между первым и вторым импульсами. Определяют амплитуды U1 U и 03соответственно первого, второго и третьего импульсов.

1120251

"х»

ОР»» 4 с ко»

Nx« »» 1 х ьь о» (9) По измеренным данным рассчитыва.ют период Т следования, импульсов, исследуемой последовательности с помощью )расчетнйх соотношений 0 "о»

1х хх2 20» ц д 1

С

Покажем справедливость расчетных соотношений (1) и (2).

Известно, что стробоскопическое преобразование в зависимости от соотношения периодов Т и То стробируемой2 и стробирующей последовательностей импульсов может реализоваться как в прямом так и в обратном направлениях. При стробировании в прямом направлении период Т следования расширенного сигнала определяется следующим равенством

Тотх

Т = (3)

Т -кТ о х а при стробировании в обратном направлении равенством

Т m m-9- L — —, T Т (4) кТх То где к — коэффициент кратности периодов То и Тхь удовлетворяющий неравен. ству (Т -кТх((Тх /2 (коэффициент

4О кратности периодов Т и Т„ эталонной и исследуемой последовательностей, (фиг. 1) равен 2). Эти уравнения могут быть использованы для получения расчетных соотношений.

Из соотношения (3) получается равенство т = — — -ь

ТТо (Я

Х KT+T из соотношения (4) — равенство

Т = — —ТТо (6) кТ-Т„

Таким образом, для определения

Искомого значения необходимо определить период Т расширенного сигнала, значение параметра к, а также направление, в котором осуществляется стробирование.

Для определения параметра К рассмотрим пачки импульсов, полученные и результате стробоскопического преобразования (фиг. 1 ). Легко проверить, что для любого временного интервала, начальной и конечной грани. цами которого являются произвольные импульсы из соответственно нулевой и и-й (п=О,1,2...) пачек, и в который укладываются Яки N периодов (импульсов) исследуемой и эталонной последовательностей справедливо уравнение

-1 д (7) при стробировании в прямом направлении и уравнение

kNî Nõ =n (8) при стробировании в обратном направ" лении.

Из уравнений (7) и (8) следует, что для любого интервала между импульсами, входящими в одну пачку, имеет место равенство 1о х ь эткудB для интервала между ближайшими импульсами (N =1) имеет место равенство

k=N .

Следовательно, для определения параметра к достаточно считать число N импульсов (периодов) исследуемой последовательности межцу первым и вторым импульсами первой пачки, лежащими на линейном участке фронта первого расширенного сигнала.

Иэ уравнений (7) и (8) следует, что для интервала измерения между первым и третьим импульсами, в который укладывается N>, и N импульсов о» (периодов) соответственно эталонной и исследуемой последовательностей, имеет место равенство

Nx, -kN0» 1 (1O) при стробировании в прямом направлении,либо равенство

kNî Nê» =" при страбировании в Обратном направлении.

При этом в первом случае имеет место неравенство

k = — ---z

1 к1 -1 1 1 хь (12) о» 1 о» а во втором — неравенство

N i+1 Nx» (13)

No» No»

Таким образом, определив к из уравнения (9) при N =1 и проверив неравенства (12) и (13), можно

1120251 де (16) при К

"х»

"о» (17) "x»

»!рц К>

"о».определить, какое из уравнений (5) и (6) необходимо использовать.

Для определения значения периода Т расширенного сигнала воспользуемся диаграммой, (фиг.1ь).

Период Т может быть определен как величина отрезка U1A и равен т - К,н ТО-ЬТ. (14)

Величйна gT находится из простых геометрических преобразований

AD DD Т О»-U» — - — или-АС ВС То U П где U<,U U. — амплитуды первого, второго и третьего импульсов соответственно.

При этом (14) можно записать в виТ - Т (Н - -2 — -). (15)

U -О»

0 0» Uÿ П»

После подстановки значения Т в равенства .(5) и (6) получают искомые расчетные соотношения в следующем виде бкончательные расчетные соотношения в виде (1) и (2) получаются после подстановки в (17) и (16) значения 1с=И„

Устройство работает следузнцим образом.

В исходном состоянии все счетчики и регистры обнулены, ключи закрыты.

На первый вход строб-cMecaiemr 3 поступают строб-импульсы с выхода генератора 4. На его второй вход поступают импульсы треугольной формы, сформированные формирователем 1 as сигнала неизвестной частоты, п13ичем частота их следования равна неизвест. ной частоте. На выходе строб-смесителя 3 формируются выборки, которые расширяются в усилителе-расширителе 2 до необходимых длительностей и

5 !

50 при необходимости линейно усиливаются»

Сформированный таким образом рас. ширенный сигнал поступает на вход порогового элемента 5 и импульсный вход ключа 25. При превышении амплитуды импульсов расширенного сигнала заданного порогового значения U e пороговый элемент 5 вырабатывает сигнал, по которому открывается ключ 25. При этом на выходе ключа 25р а также на первом входе элемента схемы И 15 и на выходе аналого-цифрового преобразователя 26 формируются пачки иэ тех импульсов расширенного сигнала, амплитуда которых превышает заданное пороговое значение

U . Блок 6 выделяет первый импульс каждой пачки, которые поступают на счетный вход триггера 12 и опрокидывают его. По первому импульсу первой пачки происходит переворот триггера 12 в единичное состояние. По положительному перепаду напряжения на выходе триггера 12 одновибратор 11 формирует импульс, устанавливающий триггеры 13 и 14 в единичное состояние. При этом открываются управляемые триггерами 13 и 14 ключи 22 — 24 и счетчики 18 — 20 начинают считать импульсы, поступающие на их входы через открытые ключи. Счетчик 18 производит подсчет строб-импульсов, а счетчики 19 и 20 — импульсов треугольной формы, частота следования которых равна неизвестной частоте.

После переворота триггера !2 в единичное состояние на выходе элемента И 15 появляются импульсы первой пачки, которые подсчитываются счетчиком 17. Дешифратор 21 анализирует состояние счетчика 17 и пофле первого счетного импульса (например, по его заднему фронту) на его первом выходе формируется управляющий сигнал. По этому сигналу в регистр 27 записывается цифровой код преобразованной в аналого-цифровом преобра« зователе 26 амплитуды О» первого импульса первой пачки. После прихода второго счетного импульса на вход счетчика 17, на втором выходе дешифратора 2! формируется управляющий сигнал.

По этому импульсу в регистр 28 записывается цифровой код преобразован-, ной аналого-цифровым преобразователем 26 амплитуды П второго импульса

1120251 первой пачки, и происходит установка триггера 14 в нулевое состояние, При этом ключ 24 закрывается, и прекращается доступ импульсов на вход счетчика 20. S

С приходом первого импульса второй пачки происходит переворот триггера l2 в нулевое состояние и запрет поступления импульсов второй пачки через элемент И 15 на вход счетчи- 10 ка 17, При этом цифровые коды амплитуд импульсов второй пачки сравниваются в элементах 30 и 31 сравнения кодов соответственно с цифровыми кодами 15 амплитуд U1 H U2первого H BTopoI o импульсов, хранящихся в регистрах 27 и 28. Как только код амплитуды U3 очередного импульса второй пачки больше или равен коду амплитуды U1 20 первого импульса и одновременно коду амплитуды U2 второго импульса, элементы 30 и 31 сравнения кодов формируют управляющие сигналы, поступающие на вход элемента И 16. При этом 25 на выходе элемента И 16 формируется импульс, по которому (например, по переднему фронту) код амплитуды Uq третьего импульса заносится в регистр 29, и триггер 13 устанавливает- qg ся в нулевое состояние, закрывая ключи 22 и 24 и прекращая доступ импульсов на входы счетчиков 18 и 19, По этому же импульсу (например, по заднему фронту) происходит занесение информации со счетчиков 18 — 20 и регистров 27 — 29. в блок 32 вычислений, после чего последний осуществляет расчет неизвестной частоты по формулам (1) и (2) . Описанная работа устройства изменения частоты периодически повторяется.

Функционирование блока 6 выделения первого импульса пачки осуществляется следующим образом.

Счетчик 7 подсчитывает поступающие на его импульсный вход импульсы с выхода генератора 4 между моментами прихода импульсов на управляющие входы счетчика 7, регистра 8 и импульсный вход ключа 10 с выхода ключа 25> после чего эта информация заносится в регистр 8. В момент прихода импульса на управляющий вход счетчика 7 его состояние фиксируется, элемент 9 сравнения кодов сравнивает код счетчика 7 и код регистра 8, в котором хранится результат предыдущего показания счетчика. Если в момент времени код счетчика 7 боль. ше кода регистра 8, то элемент 9 сравнения кодов открывает ключ 10 и пропускает импульс, поступающий в этот момент на его импульсный вход.

Вследствие того, что интервалы между импульсами, входящими в одну пачку, равны периоду То эталонной частоты, а между пачками больше или равны 2 То, через ключ 10 пропускают. ся только первые импульсы пачек.

Поскольку в предлагаемом способе обеспечивается возможность включения в расчетное соотношение более точного значения периода Т расширенного сигнала точность измерений по сравнению с известным устройством повышается.

1120251

1120251

Составитель В.Латышев

Редактор P.Öèöèêà Техред С,Легеза Корректор A.Çèìîêîñîâ

Заказ 7733/32 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-ÇS, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r .Óæãoðîä, ул .Проектная, 4