Цифровой частотомер

 

О П И С А Н И Е < 1918873

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

C0Io3 Советскик

Социалистические

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 08. ОЯ. 80,(21) 2919746/18-21 (51}M. Кл.

G 01 R 23/00 с присоединением заявки М

Гаеударатеенный квмнтвт

СССР во денем нзебрвтеннй и атнрытнй (23) Приоритет (53) УДК 621 317. .77(088;8) Опубликовано 07. 04. 82, Бюллетень М1 3

Дата опубликования описания 07.04.82

Б.Д. Никифоров, К; Г. Красноселод, В. Й Л оловин, В. А. Гасилов, И.А.Журавлев, A. ц. Пыров - ." . - - и 6,И.Ветлугин (72) Авторы изобретения ит (73) Заявитель

Уральский электромеханический железнодорожного тр орт (54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР

Изобретение относится к преобразователям частотной формы представления информации в цифровую и может быть использовано в различных измерительных, преобразовательных прибо+ рах, системах автоматического управ-.

1 ления с частотно-импульсными датчи- . ками и системах передачи информации.

Известно цифровое устройство для измерения частоты, основанное на

10 подсчете целого числа периодов и учете дробной части периода в эталонном интервале времени измерения, начало которого совпадает с началом периода измеряемой частоты 513 .

Недостаток этого устройства - не- обходимость, синхронизации эталонного интервала с периодом измеряемой час-, тоты, что приводит к неполному ис пользованию входной информации при последовательных измерениях, а следовательно к снижению точности измерений и неточной оценке скорости измерения частоты по двум соседним ин . тервалам измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является цифровой частотомер, содер.жащий реверсивный счетчик, делитель опорной частоты, набор элементов совпадения, элемент сборки, регистр памяти и схему синхронизации момента записи информации из реверсивного счетчика в регистр с импульсами. изме. ряемой частоты 52) .

Это устройство обладает высоким быстродействием, возможностью получения умноженного значения измеряе" мой частоты.

Недостатком его является низкая точность из-за нестабильного интервала времени между моментами переноса информации в выходной регистр, .Кроме того, умноженное значение измеряемой частоты воспроизводится с большой. динамической ошибкой, а при .низкой измеряемой частоте эапаз.

918873 дывание переноса информации в выходной регистр, обусловленное синхронизацией переноса сигналами измеряемой частоты, приводит к появлению колебательных переходных процессов. Эти недостатки ограничивают области применения устройства.

Цель изобретения — повышение точности измерений, расширение диапазона измеряемых частот и функциональных возможностей за счет возможности получения умноженного значения измеряемой частоты и частоты, пропорциональной ее производной.

Поставленная цель достигается тем, что в цяфровой частотомер, содержащий реверсивный счетчик, делитель опорной частоты, выходы которого подключены к первым входам группы элементов совпадения, входы которой подключены к входам элемента сборки, и ключ, счетный вход делителя опорной частоты соединен с шиной опорной частоты, введены фазовый дискриминатор, два ключа и делитель частоты, причем управляющие входы первого и второго ключей подключены к первому выходу фазового дискриминатора, второй вь ход которого подключен к управляющему входу третьего ключа, информационный вход которого соединен с шиной опорной частоты„ а выход с суммирующим входом реверсивного счетчика и одним из входов элемента сборки, выход которого подключен к информационным входам первого и второго ключей, выход последнего из которых через дополнительный делитель частоты подключен к первому входу фазового дискриминатора, второй вход которого соединен с шиной измеряемой частоты, выход первого ключа соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выходы разрядов которого подключены ко вторым входам группы элементов совпадения.

На чертеже представлена структурная схема цифрового частотомера.

Цифровой частотомер содержит реверсивный счетчик 1, делитель 2 опор" ной частоты, группу 3 элементов совпадения, элемент 4 сборки фазовый дискриминатор 5, дополнительный делитель 6 час оты, ключи 7, 8 и 9. Выходами устройства являются выходы реверсивного счетчика 1, код которого изменяется пропорционально измеряемой частоте, выход ключа 7, формирую10 фазового дискриминатора 5. Разность

15 го

40 реверсивного счетчика, соединенного с управляющим входом этого элемента совпадения.

Элемент 4 сборки суммирует частоты, 45 пропорциональные весам разрядов ревер" сивного счетчика, в которых записаны единицы, т.е. на выходе этой цепи формируется частота, пропорциональная коду в реверсивном счетчике

50 fw N

Вын Я +1 где N - код в реверсивном счетчике;

Ищ - максимальное значение И;

Х „ - опорная частота.

Для получения умноженного значения частоты величина опорной частоты должна удовлетворять условию п н 6н

8 исходном . состоянии фазового ди с криг5

36

35 щего умноженное значение измеряемой частоты и выходы ключей 8 и 9, формирующих частоту, пропорциональную производной измеряемой частоты.

Частотомер является следящей системой с частотной формой представления информации. Сравнение измеряемой частоты с частотой обратной связи осуществляется по фазе с помощью фаз преобразуется в частоту с помощью ключей 8 и 9. Эта частста интегрируется реверсивным счетчиком 1, код которого преобразуется в пропорциональную частоту делителем 2, элементами совпадения группы 3 и элементом 4 сборки. Делитель 6 служит для согласований масштабов частоты, пропорциональной коду реверсивного счетчика, с входной частотой.

Наличие двух интеграторов в замкнутом контуре следящей системы (реверсивного счетчика и интегральной зависимости между частотой и фазой си гнала обратной связи) может вызвать автоколебания. Поэтому для обеспечения устойчивости схемы измерения. и получения качественных переходных процессов частота с входа реверсивного счетчика 1, среднее значение которой пропорционально производной выходного кода реверсивного счетчика, суммируется (с учетом знака производной) с частотой сигнала обратной связи элементом 4 и ключом 7.

Код реверсивного счетчика 1 подается на управляющие входы группы 3 элементов совпадения, На импульсные входы каждого элемента совпадения группы 3 от делителя 2 подается частота, пропорциональная весу разряда скеажностью. Ключ 8(9) пропускает на суммирующий (вычитающий) вход счетчика

1 пачки импульсов, увеличивающие .(уменьшающие) содержимое счетчика 1 до тех пор, пока фазы входного сигнала и сигнала обратной связи не совпадут.

При постоянной скорости изменения входной частоты скважность на выходе фазового дискриминатора Q устанавливается такой величины, что скорость изменения кода в счетчике 1, равная входной частоте, пропорциональна скорости изменения входной частоты.

Иаксимальная динамическая ошибка отслеживания частоты, изменяющейся с постоянной скоростью, в известном циклическом частотомере е 1,5 раза частотомере. Также отсутствует динамическая ошибка умноженного значения измеряемой частоты на выходе ключа предлагаемого устройства в этом режиме.

При исчезновении входной частоты в известном устройстве исчезает перенос информации в выходной регистр, что приводит к сохранению последнего измеренного значения частоты на неограниченное время. Предлагаемый частотомер этим недостатком не обладает, так как изменение кода в реверсивном счетчике начинается до окончания периода входной частоты.

Использование фазового дискриминатора в качестве сравнивающего элемента в частотомере, являющемся цифрс вой следящей системой с частотной формой представления информации,позволяет обеспечить высокую точность сравнения измеряемой частоты и частоты обратной связи. За счет коррекции умноженного значения измеряемой частоты и изменения числа в реверсив35 ном счетчике в конце каждого периода входной частоты существенно уменьша:ются динамические ошибки в умноженном значении измеряемой частоты, в 1,5 раза уменьшаются динамические ошибки в измеренном значении частоты, расширяется область устойчивости частотомера в диапазоне низких частот.

Цифровой частотомер, содержащий реверсивный счетчик, делитель опорной частоты, выходы которого подклю5 918873 6 минатора 5 ключи 8 и 9 закрыты, ключ

7, подключенный к выходу фазового дискриминатора 5 через инверсный вход, открыт. При поступлении импульса входной частоты раньше импульса часто- 5 ты обратной связи фазовый дискриминатор 5 переходит во второе состояние, при котором ключ 8 открывается, импульсы с частотой f g поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 1 1о и суммируются элементом 4 с частотой, пропорциональной коду реверсивного счетчика 1, до тех пор, пока не выра° ботается импульс на выходе делителя

6 и фазовый дискриминатор 5 не вер- 15 нется в исходное состояние. При более раннем приходе импульса с выхода делителя 6 фазовый дискриминатор 5 переходит в третье состояние, при кото- ., больше, чем в предлагаемом-следящем ром открывается ключ 9 и закрывается т ключ 7. При этом импульсы .частоты,. пр >порциональной коду реверсивного счетчика, начинают поступать на вычитающий вход реверсивного счетчика

1 и отключаются со входа делителя 6, 25 что эквивалентно вычитанию из частоты обратной связи частоты, поступающей на вычитающий вход. При приходе импульса входной частоты фазовый дискриминатор 5 возвращается в ис- .5е ходное состояние.

В установившемся режиме работы при постоянной входной частоте число в счетчике 1 пропорционально входной частоте, частота на выходе ключа 7 равна входной частоте, умноженной на коэффициент деления делителя 6.

Входные импульсы и импульсы на выходе делителя 6 совпадают не только по частоте, но и по фазе с точностью до периода умноженной частоты на входе делителя 6. Точное совпадение фаз входных импульсов обратной связи невозможно, поэтому фазовый дискриминатор срабатывает на каждом периоде, 45 пропуская на суммирующий (вычитающий) вход реверсивного счетчика 1 один импульс. Этот же импульс суммируется с умноженной частотой в цепи обратной связи (вычитается из нее).

Таким образом, пульсации числа в счетчике 1 на единицу младшего разряда характерные для цифровых систем измерения, наблюдаются и в предлагаемом устройстве. .Формула изобретения

При увеличении (уменьшении) входной частоты на выходе фазового дискриминатора 5, соединенном с ключом

8(9) появляются импульсы с некоторой

918873

Составитель Л. Плетнева

Редактор A. Козориз Техред И. Гергель Корректор И. Шароши

Заказ 2131/28 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, л1-35; Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 чены к первым входам группы элементов совпадения, выходы которой подключены к входам элемента сборки, и ключ, причем счетный вход делителя опорной частоты соединен с шиной опорной 5 частоты, о т л и чающий с я тем, что, с целью повышения точности измерений, расширения диапазона измеряемых частот и функциональных возможностей, в него введены фазовый дискриминатор, два ключа и делитель частоты, причем управляющие входы первого и второго ключей подключены к первому выходу фазового дискриминатора, второй выход которого подклю- >> чен к управляющему входу третьего ключа, информационный вход которого соединен с шиной опорной частоты, а выход - с суммирующим входом реверсивного счетчика и одним из входов - 2Ц элемента сборки, выход которого.подключен к информационным входам первого и второго ключей, выход последнего из которых через дополнительный делитель частоты подключен к первому входу фазового дискриминатора, второй вход которого соединен с шиной измеряемой частоты, выход первого ключа соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выходы разрядов которого подключены к вторым входам группы элементов совпадения °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 567145, кл.. G 01 R 23/10, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР и 402818, кл. С 01 R- 23/00, 1972.