Способ измерения частоты

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения среднего значения частоты периодических сигналов. Способ измерения частоты заключается в формировании известного временного интервала, подсчете числа периодов измеряемого сигнала за этот интервал, вычислении значения частоты. При этом производят выборки мгновенных значений измеряемого сигнала, задают значение уровня отсчета, производят анализ выборок на равенство уровню отсчета и смену знака значений выборок относительно уровня отсчета, на основе анализа формируют массив выборок, описывающий наибольшее целое количество периодов входного сигнала измеряемой частоты, путем линейной интерполяции определяют моменты времени первого и последнего переходов сигнала через уровень отсчета и вычисляют значение частоты по формуле. Технический результат - обеспечение измерения частоты периодического сигнала любой формы. 1 ил.

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения среднего значения частоты периодических сигналов.

Известны способы измерения частоты, описанные, например, в авторских свидетельствах №940081 G01R 23/00 SU, №953585 G01R 23/02 SU, №1019352 G01R 23/02 SU, №1228029 G01R 23/02 SU, в которых измерение частоты осуществляется путем формирования измерительного строба с помощью эталонной последовательности и определения измеряемой частоты путем подсчета целых периодов измеряемой частоты в этом стробе.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения частоты, описанный в книге Мирский Г.Я. «Электронные измерения». Москва, «Радио и связь», 1986, с.120-121.

Этот способ измерения частоты следования импульсов основан на формировании известного временного интервала Δt_к, подсчете числа n импульсов измеряемой частоты за этот интервал и вычислении значения частоты по формуле

Для измерения частоты непрерывного периодического сигнала этот сигнал преобразуется в периодическую последовательность импульсов.

Недостатком данного способа являются ограниченные функциональные возможности, так как измерение частоты сигналов искаженных и сложных форм с помощью данного способа с требуемыми характеристиками выполнить невозможно. Для измерения частоты сигнала любой формы при преобразовании сигнала в последовательность импульсов возникают дополнительные импульсы, и следовательно, результат измерения будет искажен. Особенно этот недостаток проявляется при заранее неизвестной форме измеряемого сигнала.

Для расширения функциональных возможностей по измерению частоты для сигналов разных форм при простоте его реализации в способе измерения частоты путем формирования известного временного интервала, подсчета числа периодов сигнала за этот интервал и вычисления значения частоты, отличающемся тем, что производят выборки мгновенных значений сигнала, задают значения уровня отсчета, производят анализ выборок на равенство уровню отсчета и смену знака значений выборок относительно уровня отсчета, на основе анализа формируют массив выборок, описывающий наибольшее целое количество периодов входного сигнала на данном временном интервале, и определяют количество периодов входного сигнала в этом массиве, путем линейной интерполяции определяют моменты времени первого и последнего переходов входного сигнала через уровень отсчета, вычисляют значение измеряемой частоты по формуле:

,

где K - количество выборок, описывающих временной интервал от первой (из пары выборок) выборки первого перехода до второй выборки последнего перехода входного сигнала через уровень отсчета;

Т_кв - период выборок;

U_к, U_к+1, U_j, U_j+1, - значения напряжений первой и второй выборок первого и последнего переходов соответственно;

U_отсч - уровень отсчета;

N - количество периодов входного сигнала в сформированном массиве выборок.

На чертеже представлен вариант блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ.

На чертеже изображены:

1 - устройство выборки мгновенных значений сигнала;

2 - устройство развертки;

3 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

4 - запоминающее устройство (ЗУ);

5 - вычислительное устройство.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал поступает на устройство выборки мгновенных значений сигнала 1, которое в определенные моменты времени, задаваемые устройством развертки 2, производит выборки мгновенных значений сигнала. Мгновенные значения сигнала по командам с устройства развертки 2 аналого-цифровым преобразователем 3 преобразуются в цифровой код - цифровые отсчеты, которые по командам с устройства развертки 2 запоминаются в запоминающем устройстве 4. Объем массива выборок определяется устройством развертки 2 в зависимости от частоты входного сигнала и объема памяти запоминающего устройства 4 и управляется по командам с вычислительного устройства 5. Запомненный массив выборок поступает в вычислительное устройство 5, где выполняются необходимые операции и вычисляется значение частоты.

Введение новых операций - выполнение выборок мгновенных значений сигнала, задание значений уровней отсчета, анализ выборок на равенство уровню отсчета и смену знака, формирование массива выборок, описывающего наибольшее целое количество периодов входного сигнала, определение моментов времени первого и последнего переходов входного сигнала через уровень отсчета и вычисление значения частоты по вышеприведенной формуле, выгодно отличает предлагаемый способ от прототипа. В результате введения указанных операций обеспечивается одним способом измерение частоты периодического сигнала любой формы.

Способ измерения частоты путем формирования известного временного интервала, подсчета числа периодов измеряемого сигнала за этот интервал, вычисления значения частоты, отличающийся тем, что производят выборки мгновенных значений измеряемого сигнала, задают значение уровня отсчета, производят анализ выборок на равенство уровню отсчета и смену знака значений выборок относительно уровня отсчета, на основе анализа формируют массив выборок, описывающий наибольшее целое количество периодов входного сигнала измеряемой частоты, путем линейной интерполяции определяют моменты времени первого и последнего переходов сигнала через уровень отсчета и вычисляют значение частоты по формуле
,
где K - количество выборок, описывающих временной интервал от первой (из пары выборок) выборки первого перехода до второй выборки последнего перехода входного сигнала через уровень отсчета;
Т_КВ - период квантования;
U_K, U_K+1, U_j, U_j+1, - значения напряжений первой и второй выборок первого и последнего переходов соответственно;
U_отсч - уровень отсчета;
N - количество периодов входного сигнала в сформированном массиве выборок.