Способ измерения частоты электрических колебаний

 

Изобретение относится к электронно-счетным способам измерения частоты электрических колебаний. Является дополнительным изобретением к авт. св. № 953585. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты - достигается путем уменьшения возможности ошибки, возникающей за счет выбросов и скачков фазовой ошибки значения измеряемой частоты. Устройство, реализз тощее способ, содержит входную пшну 1, шину 2 Начало работы, формирователь 3 импульсов , элементы И 4-14, умножитель 15 частоты, элементы НЕ 16-18, счетчики импульсов 19-21, триггеры 22-26, шину 27 эталонной частоты, шину 27 эталонной частоты, шину 28 Конец измерений . Предложенный способ позволяет измерять частоту электрических колебаний с высокой точностью, исключая при этом фазовую ошибку. 3 ил. (Л 00 ГЧ)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (SD 4 С 01 R 23/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 -

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (6!) 953585 (21) 39245)8/24-2) (22) 03.07.85 (46) 07.05.87. Бюл. К- 17 (72) А.Б.Хлыбов и Е,В.Лотьппев (53) 621.317.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)1 953585, кл. С 01 R 23/02, )982. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (57) Изобретение относится к электронно-счетным способам измерения частоты электрических колебаний. Является дополнительным изобретением к авт. св. N - 953585. Цель изобретения — повышение точности измерения частоты — достигается путем уменьшения возможности ошибки, возникающей за счет выбросов и скачков фазовой ошибки значения измеряемой частоты.

Устройство, реализующее способ, содержит входную шину 1, шину 2 "Начало работы", формирователь 3 импульсов, элементы И 4-14, умножитель 15 частоты, элементы НЕ 16-18, счетчики импульсов 19-21, триггеры 22-26, шину 2? эталонной часуоты, шину 27 эталонной частоты, шину 28 "Конец измерений". Предложенный способ позволя" ет измерять частоту электрических колебаний с высокой точностью, исключая при этом фазовую ошибку. 3 ил.

13089!8 2 триггеры 22-26, шину 27 импульсов эталонной частоты, шину 28 "Конец измерений".

20

35

50

1

Изобретение относится к электронно-счетным способам измерения частоты электрических колебаний и является усовершенствованием основного изобретения по авт. св. N 953585.

Цель изобретения - повышение точности измерения частоты путем уменьшения возможности ошибки, возникающей за счет выбросов и скачков фазовой ошибки значения измеряемой частоты.

Способ измерения частоты электрических колебаний состоит в том, что предварительно фиксируют длительность полупериода измеряемой частоты, формируют последовательность импульсов, частота которой в целое число раз К больше частоты, соответствующей ранее зафиксированной длительности полупериода, подсчитывают импульсы сформированной последовательности и в случае совпадения К-го импульса этой последовательности с окончанием текущего полупериода измеряемой частоты измеряют частоту сформированной последовательности импульсов; причем значение измеряемой частоты находят делением на число 2К результата измерения частоты сформированной последовательности импульсов, а в случае несовпадения К-го импульса с окончанием текущего полупериода повторяют последовательно все предварительные операции до совпадения. При этом измерение частоты сформированной последовательности импульсов основано на накоплении периодов эталонной частоты и формировании временного интервала измерения частоты, равного сумме двух других интервалов эталонного и дополнительного, первый из которых равен целому числу периодов эталонной частоты, а дополнительный интервал формируется от конца эталонного. интервала времени до начала периода эталонной частоты, следующего непосредственно за ближайшим после конца эталонного интервала началом периода сформированной последовательности импульсов.

На фиг.1 дано устройство, реализующее способ; .на фиг.2 и 3 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит входную шину

1, шину 2 "Начало работы", формирователь 3 импульсов, элементы И 4-14, умножитель 15 частоты, элементы НЕ

16-18, счетчики 19-21 импульсов, Входная шина 1 соединена с входом формирователя 3 импульсов, выход ко- торого соединен с первым входом элемента И 4, выход которого соединен с входами умножителя 15 частоты, элемента НЕ 16, первым входом элемента

И 7 и входом "Сброс" счетчика 19, выходы которого через соединительные шины или через элементы НЕ 17 (соединение производится таким образом, чтобы при накоплении в счетчике необходимого количества импульсов, равного К-1, на входах следующего элемента И 6 присутствовали единичные потенциалы с выходов счетчика) соединены с входами элемента И 6. Выход умножителя 15 частоты соединен с первым входом элемента И 5, второй вход которого соединен с выходом элемента

НЕ 16, и вторым входом элемента И 7, выход которого соединен с S-входом триггера 23, прямой выход которого соединен с первым входом элемента

И 8, а инверсный — с вторым входом элемента И 4. Выход элемента И 5 соединен с вторым входом элемента И 8, счетным входом счетчика 19 и R-входом триггера 22, S-вход которого соединен с выходом элемента И 6, а выход — с третьим входом элемента И 7.

Выход элемента И 8 соединен с первыми входами элементов И 9, 10 и 14, вторые входы которых соединены соответственно с прямым и инверсным выходами триггера 24 и прямым выходом триггера 26 соответственно. Выход элемента И 9 соединен с S-входом триггера 25, прямой выход которого соединен с первым входом элемента

И 11,выход которого соединен с R-входом триггера 26, S-вход которого соединен с выходом элемента И 10, а прямой выход — с первым входом элемента

И 12, выход которого соединен с вторым входом элемента И 1) и счетным входом счетчика 20. Выходы счетчика

20 через соединительные шины или через элемент НЕ 18 соединены с входами элемента И 13, выход которого соединен с S-входом триггера 24. Второй вход элемента И 12 соединен с шиной

27 импульсов эталонной частоты, а инверсный выход триггера 26 соединен с шиной 28 "Конец измерений", выход элемента И 14 соединен со счетным

3 13089 входом счетчика 21. Входы "Сброс" счетчиков 20 и 21, R-входы триггеров

23-25 соединены с шиной "Начало работы".

Предлагаемый способ в устройстве осуществляется следующим образом.

Формирователь 3 импульсов формирует из электрических колебаний, поступающих по входной шине 1 (фиг.2а), последовательность импульсов, соот- 10 ветствующих пересечениям электричес-. кими колебаниями нулевого уровня (фиг.2б), которые поступают на вход элемента И 4, закрытого нулевым потенциалом с инверсного выхода тригге- 15 ра 23. С началом работы устройства импульс по шине 2 "Начало работы" обнуляет счетчики 20 и 21 и устанавливает в нулевое состояние триггеры

23-25. Единичный потенциал с инверс- 20 ного выхода триггера 23 открывает элемент И 4 и импульсы с формирователя 3 импульсов через элемент И 4 поступают на вход умножителя 15 частоты.

Импульсы частотой 2fK (фиг.2в), где

К вЂ” коэффициент умножения умножителя

15 частоты, поступают через элемент

И 5 (фиг.2г), открытый единичным потенциалом, на счетный вход счетчика

19, который считает число импульсов 30 за полупериод электрического колебания, что соответствует времени между импульсами с выхода формирователя 3 импульсов. Через каждый полупериод счетчик 19 обнуляется очередным им- - 35 пульсом с выхода элемента И 4. Если к моменту прихода очередного импульса с выхода элемента И 4 в счетчике

19 накопится число импульсов, равное

К-l, то на выходе элемента И 6 40 (фиг.2д) за счет определенного сое1 динения его входов с выходами счетчика 19 посредством соединительных шин и элементов НЕ 17 появится единичный потенциал, который перебросит триг- 45 гер 22 в единичное состояние (фиг.2е), единичный потенциал с прямого выхода которого подготовит к открытию элемент И 7. (.50

Если к моменту прихода очередного импульса с выхода элемента И 4 на вход счетчика 19 поступит К-й импульс с выхода умножителя 15 частоты, то он перебросит триггер 22 в нулевое состояние, нулевой потенциал с прямого выхода которого закроет элемент

И 7. В случае, если sa предыдущий или за текущий полупериоды электри18 4 ческих колебаний изменения фазы не произойдет, то импульс с выхода элемента И 4, совпадет с К-м импульсом для данного полупериода с выхода умножителя 15 частоты и (К-1)-м импуль- сом с выхода триггера 22 на элементе

И ) и единичный потенциал с его выхода установит в единичное состояние триггер 23 (фиг.2ж), единичный потенциал с прямого:выхода откроет элемент И 8, а нулевой потенциал с инверсного выхода триггера 23 прекратит доступ импульсов с выхода формирователя 3 импульсов на вход умножителя 15 частоты, что обеспечит на его выходе стабильную частоту импульсов, равную 2fK, которая через открытый элемент И 8 (фиг.2) поступит для измерения на входы элементов И 9, 10 и 14. Первый импульс через открытый элемент И 10 поступит Hà S-вход триггера 26, установит его в единичное состояние и тем самым откроет элементы И 12 и 14. После этого на счетные входы счетчиков 20 и 21 через открытые элементы И 12 и 14 начинают проходить импульсы эталонной частоты

f и измеряемой частоты 2fK соответственно. Таким образом, начинает формироваться эталонный интервал д, При накоплении в счетчике 20 определенного числа импульсов эталонной частоты N на выходе элемента И 13 появится единичный потенциал, что достигается за счет определенного соединения выходов счетчика 20 с помощью соединительньгх шин или элементов НЕ 18 с выходами элемента И 13, при котором при записи в счетчике

20 N числа импульсов на входах элемента И 13 присутствуют единичные потенциалы. Единичный потенциал с выхода элемента И 13 перебросит триггер 24 в единичное состояние, элемент И 9 откроется, а элемент

И 10 закроется. После окончания эталонного интервала счетчик 20 продолжает считать импульсы эталонной часi тоты, так как элемент И 12 продолжает оставаться открытым. Это означает, что начинает формироваться дополниI тельньгй интервал измерения д . Очередной импульс, соответствующий началу ближайшего после конца эталонного интервала периода сформированной последовательности импульсов, установит триггер 25 в единичное состояние и откроет элемент И ll. Бли1308918

N f

Х

2 Ыэт К

5 жайший после этого момента импульс эталонной частоты через открытый элемент И 12 проходит на счетный вход счетчика 20 и через открытый элемент

И ll на R-вход триггера 26, который устанавливается в нулевое состояние, закрывает. элементы И 12 и 14, прекращает доступ импульсов на счетчики 20 и 21 и формирует сигнал по шине 28

"Конец измерений".

В случае, если за предыдущие или текущие полупериоды электрических колебаний происходит изменение фазы, то совпадение сигналов на элементе

И 7 не происходит (фиг.3) и устройство начинает анализ следующего полунериода электрических колебаний, до момента отсутствия фазовой ошибки. Совпадение или несовпадение импульсов на элементе И 7 позволяет однозначно судить о постоянстве фазы на исследуемых интервалах времени, т,е. об отсутствии фазовой ошибки, так как число импульсов за полупериоды электрических колебаний на выходе умножителя 15 частоты равно К только в том случае, если изменения фазы за анализируемый или предыдущий полупериоды не произойдет, при этом совпадение импульсов с выходов умножителя 15 частоты и элемента И 4 на элементе

И 7 также необходимо, так как это устраняет ошибку, которая могла бы возникнуть из-за дискретности .заполнения счетчика 19.

Частота f определяется по формуле где N — - число импульсов сформированной последовательности импульсов, записанных в счетчике 21;

М вЂ” число импульсов эталонной частоты, записанных в счет5 чике 20;

К вЂ” коэффициент умножения умножителя 15 частоты.

Предлагаемый способ, по сравнению с известным, позволяет измерять час10 тоту электрических колебаний с высокой точностью, исключая фазовую ошибку в !

Формула изобретения

Способ измерения частоты электрических колебаний по авт,св. Ф 953585, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, 20 предварительно фиксируют длительность полупериода измеряемой частоты, формируют последовательность импульсов, частота которой в постоянное целое число раз К больше частоты, соответствующей ранее зафиксированной длительности полупериода, подсчитывают импульсы сформированной последовательности и в случае совпадения К-ro импульса этой последовательности с

30 окончанием текущего полупериода измеряемой частоты измеряют частоту сформированной последовательности импульсов, причем значение измеряемой частоты находят делением на чис35 ло 2 К результата измерения частоты сформированной последовательности импульсов, а в случае несовпадения

-ro импульса с окончанием текущего полупериода повторяют последователь40 но все предварительные операции до совпадения.

1308918

Составитель Н.Федоров

Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Редактор Л.Гратилло .

Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1793/36

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4