Способ измерения периода сигнала и устройство для его осуществления

 

Союз Советскик

Социалистическин

Рес убя

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii)938181 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09. 07. 80 (21) 2954747/18-21 с присоединением заявки М— (23) Приоритет (51)lVL. Кл.

G 01 R 23/00

G 04 F 10/04

11мудвретвеннЫ1 кемнтет

CCCP ао денем нзейретеннй н откритнй

Опубликовано 23 ° 06 82 ° Бюллетень М 23

Дата опубликования описания 23 06 82 (53) УДК 621.317 (088.8) К. М. Шестаков, В. С. Садов, А. В. Романов, Л. -И. Павлов и В. Е. Василевский (72) Авторы изобретения

Институт электроники АН Белорусской ССР. (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРИОДА СИГНАЛА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ты (2).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-: зовано, например, при обработке сигналов с фотоэлектрических преобразователей.

Известен способ измерения времен5 ного интервала,,заключающийся в сравнении входного сигнала с заданным пороговым уровнем, формировании в момент пересечения сигналом уровня импульсов начала и конца интервала, подсчете импульсов образцовой частоты в течение времени, ограниченном импульсами начала и конца интервала 1).

t5 анный способ имеет низкую точность, обусловленную наличием ошибки формирования импульсов начала и конца интервала из-за нестабильности порогового уровня. zo

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ измерения периода квазигармо нического сигнала путем квантования

2 импульсами образцовой частоты интервала времени между двумя ближайшими переходами сигнала через фиксированный уровень, фиксации вслед за момен. том пересечения основного уровня, моментов пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом, фиксированных уровней, увеличении при первом пересечении каждого возраста ющего уровня частоты квантования на значение образцовой частоты, умень шении при повторном пересеченйи каждого возрастающего уровня частоты квантования на значение образцовой частоты, подсчете количества импульсов квантования изменяющейся частоНедостатком данного способа является невысокая точность измерения периода, обусловленная наличием ошибки измерения из-за нестабильности нулевого уровня и амплитуды входного сигнала.

938181

Наиболее близким к изобретению по технической сущности устройством является цифровой инфранизкочастотный периодомер, содержащий схему сравнения, цифроаналоговый преобра- % зователь, счетчик, блок управления, два триггера, генератор образцовой частоты, управляемый умножитель частоты, блок счета и клюшки (3).

Недостатком данного устройства яв- 10 ляется невысокая точность изменения периода, обусловленная наличием ошибки измерения, вызванной нестабильностью нулевого уровня и амплитуды входного сигнала. 15

Цель изобретения - повышение точности измерения.периода за счет исключения ошибки измерения, обусловленной нестабильностью нулевого уровня и амплитуды входного сигнала. N

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения периода сигнала путем квантования импульсами образцовой частоты интервала времени между двумя ближайшими переходами сигнала через фиксированный уровень, фиксации вслед за моментом пересечения основного уровня моментов пересечения дополнительных возрастающих друг за другом фиксированных уровней, уве- личении при первом пересечении каждого возрастающего уровня частоты квантования на значение образцовой частоты, одновременном подсчете количества импульсов квантования изменяющейся

35 частоты, вслед за фиксацией моментов пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом уровней фиксируют моменты пересечения дополнительных, .убывающих друг за другом фиксированных уровней, увеличивают от нуля частоту квантования на значение образцовой частоты при первом пересечении каждого убывающего уровня, при пов-. торном пересечении каждого возраста° 5 ющего уровня и повторном пересечении каждого убывающего уровня, одновременно подсчитывают число пересеченных сигналов уровней, количество импульсов квантования образцовой час50 тоты в интервалах времени между моментами пересечения сигналом основного верхнего убывающего уровней, между моментами пересечения верхних возрастающего и убывающего уровней, и по их значению определяют значение

55 периода.

В устройство, состоящее из блока сравнения, цифроаналогового преобразователя, счетчика, блока управления, двух триггеров, генератора образцовой частоты, блока счета, и управляемого умножителя частоты, вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, вход которого соединен с выходом первого триггера, вход установки нуля которого соединен с выходом блока сравнения и суммирующим входом счетчика, выход кода которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом блока сравнения, а выход передачи заема связан со счетным входом второго триггера, выход которого подключен к счетному входу первого триггера, а выход управляемого умножителя частоты соединен со счетным входом блока счета, при этом второй вход блока сравнения связан с выходом блока управления, дополнительно введены три блока счета, блок вычислений, блок сравнения, триггер и одновибратор, выход которого соединен с входами управления основного и первого и второго дополнительных блоков счета, первые и вторые управляющие входы третьего дополнительного блока счета и дополнительного триггера поключены соответственно к выходам основного и дополнительного блоков сравнения, выход дополнительного блока сравнения соединен с входом вычитания счетчика, выход заема которого и два выхода дополнительного триггера связаны с тремя соответствующими входами запуска одновибратора, выход которого соединен с входом блока вычислений, информа;ционные входы которого соединены с выходами блоков счета, при этом счетные входы второго и третьего дополнительных блоков счета соединены с выходом генератора образцовой частоты, счетные входы первого дополнительного блока счета связаны с выходом основного и дополнительного блоков сравнения, первый вход второго блока сравнения подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, а его вход управления соединен с выходом блока управления, причем выход первого дополнительного блока счета связан с управляемым умножителем частоты.

На фиг. 1 изображена временная диаграмма, поясняющая предлагаемый способ, где 1а — входной сигнал. на-, ложенный на сетку уровней, 1б — энагде q — отношение длительностей заднего и переднего фронтов сигнала.

При этом значение задается согласно априорным данным по отношению длительностей переднего и задних фронтов сигнала.

Устройство состоит. из блоков 1 и

2 сравнения, блока 3 управления, 5 9381 чение масштаба, lв — импульсы разде" ления интервалов времени; на фиг. 2,функциональная схема предлагаемого устройства.

Сущность способа заключается в следующей последовательности операций.

П-..ресечение,фиксируется сигналом основного уровня. Основной уровень выбирается выше уровня шумов, со- 16 провождающих сигнал. Интервалы времени квантуют импульсами образцовой частоты (при измерении размеров в качестве импульсов образцовой частоты могут быть использованы сигналы 1э с датчика линейного перемещения).

Вслед за моментом пересечения основного уровня фиксируют моменты пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом фиксированных уровней 26 (расстояние между уровнями выбирается большим, чем удвоенная амплитуда шумов, наложенных на, сигнал). При нервом пересечении каждого возрастающего уровня увеличивают частоту кванМ квантования на значение образцовой частоты (интервал времени 0-1, фиг.lф

Подсчитывают число пересеченных сиг- налом уровней а„„ . Текущее значение результата при этом может использоваться для управления коэффициентом увеличения частоты. Подсчитывают количество импульсов квантования изменяющейся частоты а и количество импульсов квантования образцовой частоты в интервале времени между моментами пересечения верхних, возрастающего и убывающего уровней, т. е. определяют значение а4

Вслед за фиксацией моментов пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом уровней фиксируют моменты пересечения дополнительных, убывающих друг за другом фиксированных уровней. Каждый убывающий уровень соответствует возрастающему фиксированному уровню. Например первый убывающий соответствует предпоследнему возрастающему, последний убывающий, предшествующий основному, соответствует первому возрастающему. Таким об- . разом, общее число убывающих уровней на единицу меньше числа возрастающих, При пересечении каждого дополнительного убывающего уровня увеличи55 ваат от нуля частоту квантования на значение образцовой частоты (интервал времени 1-2, фиг. 16) подсчитывают количество импульсов квантования из81 6 меняющейся и образцовой частоты в интервале, времени между пересечением верхнего убывающего и основного уровня а и а, а также количество квантования образцовой частоты в интервале времени между пересечением первым задним и вторым передним фронтом сигнала основного уровня а (интервал времени 2-3, фиг. le).

Вновь фиксируют пересечение сигналом основного уровня, вслед за моментом пересечения основного уровня фиксируют моменты пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом фиксированных уровней.

При повторном пересечении каждого возрастающего уровня увеличивают от нуля частоту квантования на значение образцовой частоты (интервал времени

3-4; Фиг. 16). Подсчитывают число пересеченных сигналом уровней, количество импульсов квантования измеряющейся и эталонной частот в интервале времени между пересечением сигналом основного и верхнего убывающего уРовня а 4 и а 4, количество импульсов квантования эталонной частоты в интервале времени между пересечением сигналом верхних возрастающих и убывающего уровней а ; фиксируют моменты повторного пересечения дополнительных, убывающих друг за другом фиксированных уровней; увеличивают от нуля частоту квантования на значение образцовой частоты при пересечении каждого убывающего уровня (интервал времени Й-$, Фиг. 16); подсчитывают количество импульсов квантования изменяющейся и эталонной частот в интервале времени между пересечением сигналом верхнего убывающего и основного уровней а 5 и а ..

Значение периода определяют по формуле

Ф вЂ” — Ф

Щ;1)О+g) (@ 4-q)(4+q) 1+<

+ а î (q с1 э

1+Q

93818 цифроаналогового преобразователя 4, счетчика 5, триггеров 6 и 7, генера тора 8 образцовой частоты, управляемого умножителя 9 частоты, блоков

10-13 счета, триггера 14, одновибра" тора 15 и блока l6 вычислений.

Блоки 1 и 2 сравнения могут быть выполнены в виде последовательно соединенных сумматора, порогового элемента, преобразователя уровня, эле- !0 ментов логики и одновибратора °

Управляемый умножитель 9 частоты может быть построен либо как генератор пачки импульсов (число импульсов в пачке равно числу, код которого s$ выставлен на управляющем входе управляемого умножителя частоты), либо как делитель периода входных сигналов на заданное. число.

Устройство работает следующим об- 2о разом.

8 начальный момент счетчик 5, триггеры 6, 7 и 14, блоки счета 1013 установлены в нулевое состояние.

Напряжение цифроаналогового преобра- 2$ зователя равно нулю. По сигналу с блока 3 управления, блоки 1 и 2 сравнения подключаются к входу устройст> ва, на который подается измеряемый сигнал. 30

Уровни сравнения выбираются по формулам

UAAB =d

8Х (2) (3) где И и Ц с с уровни сравнения блоков 1 и 2 сравнения соответственно; о величины входного напряжения и напряжения с с цифроаналогового преобразователя 4; величина по модулю кванта цифроаналогового преобразователя 4.

При U> = д (основной уровень) срабатывает блок 1 сравнения, содержимое счетчика 5 увеличивается на еди- о ницу, таким образом, уровни сравнения сдвигаются до значений 2 Ю и О, содержимое блока 10 увеличивается до единицы, задавая коэффициент управляемого умножителя частоты равным единице, триггер 6 устанавливается в единичное состояние и разрешает работу генератора 8 образцовой частоты, импульсы с

1 8

I которого поступают в блоки 12 и 13 счета и через управляемый умножитель

9 частоты в блок !1 счета.

При пересечении последующих возрастающих уровней коэффициент умножения увеличивается, блок 13 счета каждым импульсом совпадения обнуляется, таким образом, содержимое его соответствует по выходу регистра числу импульсов квантования образцовой частоты, подсчитанному в йнтервале времени от предпоследнего до последнего пересеченных уровней. При первом срабатывании блока 2 сравнения, что соответствует пересечению верхнего убывающего уровня (фиг. 1, момент времени 1) содержимое счетчика 5 уменьшается на единицу, сдвинув вниз уровни сравнения, триггер 14 переключается, запуская одновибратор 15, который обнуляет блоки счета 10, 11 и 12, блок

16 проводит обмен данными, при этом числа на регистровых выходах счетных блоков 10, 11 и 12 соответствуют числу пересеченных возрастающих уровней а„, числу импульсов квантования возрастающей а „, основной а „ частот в интервале времени между первым пересечением сигналом основного и верхнего убывающего уровней и с блока 13 счета - числу импульсов квантования основной частоты а в интервале времени между верхним возрастающим и убывающим уровнями. После обнуления в блок !О счета записывается единица, это достигается тем, что импульс обнуления вырабатывается одновибратором 15 по переднему фронту импульса с блоков 1 и 2 сравнения, а блок 10 счета увеличивает свое содержимое на единицу по заднему фронту импульса с блоков 1 и 2 сравнения.

При пересечении последующих уровней процесс счета повторяется, при появлении заема на выходе счетчика 5, который соответствует содержимому счетчика 5, равному единице, срабатывает одновибратор 15, обнуляя счетные блоки 10, 11 и 12 и индицируя обмен блока 16 с ними, таким образом получают величины а, а, триггер

7 переключается в единичное состояние, счетчик 5 обнуляется.

При повторном пересечении основного уровня процессы обмена и счета повторяются. При повторном появлении импульса заема с выхода счетчика 5, триггер 7 переключается в ноль и перебрасывает по счетному входу триггер

938181

6 также в ноль. Процесс счета прекра,щается. Полученные данные используются в блоке 16 для расчета величины. периода по формуле (1). Величина q вводится предварительно. S

Таким образом, предлагаемый способ и устройство по сравнению с иэ = вестными позволяют повысить точность в три раза.

Повышение точности измерения пе- 10 риода обусловлено компенсацией ошибки отсчета периода по передним фрон там сигналов, ошибкой отсчета по задним фронтам.

1S

Введение новых операций в способ и новых элементов с их связями в устройство позволяет компенсировать ошибку измерения периода сигнала, обусловленную нестабильность нулевого уровня, амплитуды сигнала. С помощью предлагаемых способа и устройства снижаются требования к стабильности параметров входных сигналов и дрейфу параметров элементов схемы.

Формула изобретения

1. Способ измерения периода сигнала путем квантования импульсами образцовой частоты интервала времени между двумя ближайшими переходами сигнала через фиксированный уровень, фиксации вслед за моментом пересечения основного уровня моментов пересечения дополнительных, возрастающих друг эа другом фиксированных уровней, увеличении при первом пересечении каждого возрастающего уровня ю частоты квантования на значение образцовой частоты, одновременном подсчете количества импульсов квантования изменяющейся частоты, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью

45 повышения точности измерения, вслед за фиксацией моментов пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом уровней, фиксируют моменты пересечения дополнительных, убывающих друг за другом фиксированных уровней, увеличивают от нуля частоту квантования на значение образцовой частоты при первом пересечении каждого убывающего уровня, при повторном пересечении каждого возрастающего 55 уровня и повторном пересечении каждого убывающего уровня, одновременно. подсчитывают число пересеченных сигналов уровней, количество импульсов квантования образцовой частоты в ин" тервалах времени между иомейтами пересечения сигналом основного, верхнего убывающего уровней, между моментами пересечения верхних возрастающих и убывающего уровней, и по их значению определяют значение периода.

2. устройство для измерения периода сигнала, состоящее из блока сравнения, цифроаналогового преобразователя, счетчика, блока управления, двух триггеров, генератора образцовой частоты, блока счета и управляемого умножителя частоты, вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, вход которого соединен с выходом первого триггера, вход установки нуля которого соединен с выходои блока сравнения и суммирующим входом счетчика, выход кода которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом блока сравнения, а выход передачи эаеиа связан со счетныи входои второго триггера, выход которого подключен к счетному входу первого триггера, а выход управляемого умножителя частоты соединен со счетным входом блока счета, при этои второй вход блока сравнения связан с выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я теи, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены три блока счета, блок вычисления, блок сравнения, триггер и одновибратор, выход которого соединен с входаии управления основного и первого и второго дополнительных блоков счета, первые и вторые управляющие входы третьего дополнительного блока счеФ та и дополнительного триггера подключены соответветственно к выходаи основного и дополнительного блоков сравнения, выход дополнительного блока сравнения соединен с входом вычитания счетчика, выход заема которого и два выхода дополнительного триггера связаны с тремя соответствующими входами запуска одновибратора, выход которого соединен с входом блока вычислений информационные входы которого соединены с выходами блоков счета, при этом счетные входы второго и третьего дополнительных блоков счета соединены с выходои генератора образцовой частоты, счетные входы первого дополнительного блока счета связаны с выхоll 938181 12 дом основного и .дополнительного бло- Источники информации, ков сравнения, первый вход второго принятые во внимание при экспертизе блока сравнения порклечен к выходу 1. Дворятин Б. В. Кузнецов Л. И. цифроаналогового преобразователя, а Радиотехнические измерения. И., "Соего вход управления соединен с выхо- s ветское радио", 1978, с. 104-105. дом блока управления, причем выход 2. Авторское свидетельство СССР первого дополнительного блока счета М 568902, кл . G 01 R 23/00, 1977. связан с управляемым умножителем час- 3. Авторское свидетельство СССР тоты. 1 473984, кл. G 04 F 10/04, 1975.

938181

Фиг.2

Заказ 4453/68

Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Муляр

Редактор А. Козориз Техред А, Ац . Корректор Н. Швыдкая