Способ измерения частоты

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих частотомеров, тахометров, измерителей частоты сердечных сокращений. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты. Изобретение частоты осуществляется путем преобразования в напряжение периода измеряемой частоты интегрированием опорного напряжения и длительности опорного интервала времени интегрированием текущего значения результата преобразования периода в напряжение и определения длительности информативного интервала времени интегрированием напряжения, пропорционального периоду измеряемой частоты от напряжения, пропорционального длительности опорного интервала времени, до нуля. На чертеже показан пример устройства для реализации способа. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, ключи 2, 4, 12, 19-22, интегратор 3 со сбросом, интегратор 5, схему сравнения 10, генератор 11 импульсов образцовой частоты, счетчик 13, блок 14 цифровой индикации, блок 15 запуска и сброса, формирователь 16 опорного интервала времени, входной формирователь 17, вход 18. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1597762 (5))5 G 01 R 23/06

ЩГЩу< q

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4480404/24-21 (22) 05.09.88 (46) 07.10.90. Бюл. № 37 (72) В.Л.Баранов, А.Б.Андреев и В.А.Баранов (53) 621.3 17 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 1467519, кл. G 01 К 23/G6, 1987, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ (57). Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь- зовано при создании быстродействующих частотомеров, тахометров, измерительной частоты сердечных сокращений.

Цель изобретения — повьппение точнос- ти измерения частоты. Измерение частоты осуществляется путем преобразования в напряжение периода измеряе мой частоты интегрированием опорного

1 напряжения и длительности опорного интервала времени интегрированием текущегоо знач ения р езультата пр еобраэования периода в напряжение и определения длительности информативного интервала времени интегрированием напряжения, пропорционального периоду измеряемой частоты от напряжения, пропорционального длительности опорного интервала времени, до нуля. На чертеже показан пример устройства для реализации способа. Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, ключи 2, 4, 12, 19-22, интегратор 3 со сбросом, интегратор 5, схему сравнения 10, генератор 11 импульсов образцовой частоты, счетчик 13, блок 14 цифровой индикации, блок 15 запуска и сброса, формирователь 16 опорного интервала времени, входной формирователь 17, вход 18. 2 ил.

1597762

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании быстродействующих низкочастотных частотомеров, тахометров, измерителей частоты сердечных сокращений и т.п., Цель изобретения — повышение точности измерения частоты.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг .2— временные диаграммы работы устройства для осуществления способа измерения частоты.

Устройство для измерения частоты (фиг.1) содержит источник 1 опорного напряжения, ключ 2, интегратор 3, ключ 4, интегратор 5, операционный усилитель 6, общую шину 7, резистор

8, конденсатор 9, блок 10 сравнения, 2р генератор 11 импульсов опорной частоты, ключ 12, счетчик 13, блок 14 цифровой индикации, блок 15 запуска и сброса, формирователь 16 опорного интервала времени, входной формиро- 25 ватель 17, вход,18, ключи 19-22 и элемент ИЛИ 23.

На фиг.2 обозначено: UI> (t) — сигнал на входе 18 устройства с измеряемой частотой F„; U2(t)-U (t); U„(t), Н„(.), U „(.)", U „ (.), U „(t), U (t) — напряжение на выходах ключа

2, интегратора 3, ключа 4, усилителя

6, блока 10, ключа 12, формирователей

16 и 17 и элемента 23; U,z„(t)—

U « „(t) — напряжения соответственно на первом, втором, третьем и четвертом выходах блока 15 запуска и сброса.

Для пояснения предлагаемого способа измерения частоты рассмотрим pa" <О боту устройства, реализующего этот способ.

В исходном состоянии при отсутствии сигнала U (t) с измеряемой частотой F» на выходе 18 и, следователь- 5 но, на выходе входного формирователя

17 по сигналам низкого уровня на выходе формирователя 16 опорного интервала времени и первом выходе блока

15 запуска и сброса, ключи 2, 4, 12, 19 и 21 закрыты, а на втором выходе блока 15 запуска и сброса формируется управляющий сигнал высокого уровня, которым интегратор 3 со сбросом устанавливается в режим "Сброс", т.е.

Uç,(t) =О.

С приходом на вход 18 устройства входного сигнала с измеряемой частотой Р„на выходе формирователя 17 формируется импульс длительностью

T на время действия которого открывается ключ 2, передним фронтом импульса Т„интегратор 3 со сбросом переводится в режим "Интегрирование" и начинает интегрировать опорное напряжение U0 источника 1 опорного напряжения. Одновременно по переднему фронту импульса Т» формирователь 16 опорного итервала вре" мени начинает формирование опорного интервала времени длительностью

Т „(Т „ Т„) путем подсчета определенного числа N импульсов опорной частоты F с периодом следования

Т (Т,„=Н Т„) . Импульс длительностью

Т „через элемент ИЛИ 23 поступает на управляющий вход ключа 4, открывая его.

Таким образом, по переднему фронту импульса Т „ ключ 2 открывается на интервал времени длительностью Т»9 а ключ 4 — на интервал времени длительностью То

В процессе интегрирования на выходе интегратора 3 со сбросом формируется напряжение ИU (t):

Ф

Ug

U (t) = — --- U dt

9 э 3 о

1 О 1 о

Oh

U (=Т )= - ——

0 л ь2

U (t)dt=

U0Ton

В момент окончания опорного интервала времени ключ 4 закрывается. Накопленный за время интегрирования на конденсаторе 9 заряд с этого момента сохраняется неизменным до окончания интервала времени Т „. Напряжение на выходе операционного усилителя 6 при этом неизменно и составляет

UoТ еп г) л б б

Интегрирование опорного напряжения

Uo интегратором 3 со сбросом продолгде б,9 2 — постоянные времени интегрирования интегратора 3 со сбросом.

Через открытый в течение опорного времени ключ 4 напряжение U з() поступает на вход интегратора 5. На выходе операционного усилителя 6 к моменту окончания опорного интервала времени формируется напряжение U> (t=

Т ) °

1597762

Ф

Uo Ton

4»

2 л л

UyT»

° Т =О. бЛ Л

Отсюда т

Топ

2Т„

И,(t = TÄ):

Т„

U (t=T )= — ——

3 х

По " о

БдТу

U6 (t =T ) = — U <(t l

Uo Ton

=T )= о

2 С,лб

Uo Ton

2 д,-бъ

Uo T»

+ М". т„ л

Ua Тх

+ --«г- — — ° л л

Ъ. °

l, Ьg жается до окончания интервала времени

Т„. К моменту окончания интервала времени Т„на выходе интегратора 3 со сбросом формируется напряжение

По заднему фронту импульса Т„ с выхода входного формирователя 17 ключ 2 закрывается, прекращая интегрирование опорного напряжения источника 1 опорного напряжения интегратором 3 со сбросом. По сигналам управления ключи 20 и 22 закрываются, а ключи 12, 19 и 21 открываются. Переключением ключей 19-22 обеспечивает20 ся перекоммутация выводов конденсатора 9, что приводит к смене полярности напряжения на выходе операционного усилителя 6 при сохранении его абсолютного значения

Одновременно высокий логический уровень с первого выхода блока.15 запуска и сброса через элемент ИЛИ 23 переводит ключи 4 и 12 в открытое состояние. При этом начинается интегрирование интегратором 5 напряжения

Ug(t=T„), а на счетчик 13 начинают поступать импульсы опорной частоты

Fo с генератора 11 импульсов опорной частоты. Напряжение на выходе операционного усилителя 6 (на конденсаторе 9) изменяется по закону

U<(t=Тх+Й)=Ц6(а=ТХ) т„ 2

Uo Топ 45 (t T )dt = — — — — + х 2лл тх т. Конденсатор 9 разряжается, и момент полного разряда конденсатора фиксируется блоком 10 сравнения.

Длительность интервала времени

T„, . за который конденсатор 9 полностью разряжается, определяется из уравнения

В момент фиксации блоком 10 сравнения достижения нулевого напряжения на конденсаторе 9 устройство возвра щается в исходное состояние: ключи

2, 4, 12, 19 и 21 закрыты, ключи 20 и 22 открыты, интегратор 3 со сбросом установлен в режим "Сброс". За интервал времени Т„в счетчик 13 поступило N =T . Р импульсов опорной частоты.

В результате в счетчике 13 формируется код результата измерения

N„, который индицируется блоком 14 ийдикации

Т оп

N=TF= — — -F

x s О 2Т о

No F Ne.Г гг . т„гг.

Таким образом, погрешность результата измерения зависит только от нестабильности опорной частоты Fo, тогда как в известных устройствах погрешность измерения частоты значительно больше, поскольку зависит от нестабильности отношения сопротивлений резисторов и постоянной времени интегрир ования.

Формула изобретения

Способ измерения частоты, основанный на преобразовании периода изме- ряемой частоты в напряжение, посредством интегрирования первого опорного напряжения в течение этого периода с сохранением результата преобразования до окончания измерения, преобразовании длительности опорного интервала времени, начало которого с овмещают с начал ом п ери ода и з мер я емой частоты, в напряжение посредством интегрирования второго опорного напряжения в течение этого интервала времени с сохранением результата преобразования до окончания периода измеряемой частоты и определении длительности информативного интервала времени, пропорционального значению измеряемой частоты, посредством интегрирования напряжения, пропорционального длительности периода иэме1597762 ряемой частоты, от напряжения противоположной полярности, пропорционального длительности опорного интервала времени, до нуля, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повыше5 ния точности измерения, в качестве второго опорного напряжения используют текущее значение результата преобразования периода измеряемой частоты в напряжение.

U«(t) 017(Е) и,() и, (t) 1б

u,(zf и„(г) и,(г) д,(а

Uiz(tJ

u» (t) f5-Я ®

U1$-1 (д

0»-4 (6) Составитель В.Новоселов

Корректор С.Черни

Техред Л.Олийнык

Редактор Н.Яцола

Заказ 3051 Тираж 559 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101