Устройство для измерения нестабильности частоты

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социдпистичвсиив

Респубпии

< Э40080 (61) Лополиительwe к авт. саид-ву (51)M. 9(л.

С 01 R 23/00 (22) апвлено 19. 12. 80 (21) 3219696/18-21 с присоединением заявки М— (23)Приоритет—

5еударствеквы6 квивтет

СССР ав делан взвбрвтевкЯ в етк@ытнЯ

ОпУбликовано 30.06.82. Бюллетень М 24

Лата опубликования описания 30.06.82 (53) УДК621.31У.

-7(088.8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАБИЛЬНОСТИ

ЧАСТОТЫ мает вид (фиг. 2,б) Масштабный блок 9 предназначен для приведения выходногс дискретно-аналогов вого сигнала цифроаналогового преобразователя 6 к одному масштабу с выц (t) = к U sin си,с.!

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано для измерения параметров частоты колебаний.

Известно устройство для измерения

5 быстрых флуктуаций сигналов, содержащее последовательно соединенные частотный компаратор, умножитель частоты, линию задержки, фазовый детектор, фильтр нижних частот и регистрирующее 1о устройство, причем первый вход фазового детектора соединен со входом линии задержки, а второй вход — с выходом линии задержки (1).

Однако это устройство обладает малой точностью измерения и недостаточной разрешающей способностью по частоте, обусловленные нестабильностью частоты опорного эталонного ге- щ нератора, входящего в состав частотного компаратора, и высоким уровнем фазового шума самого частотного компаратора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения нестабильности частоты, содержащее триггер, соединенный первым входом со входом устройства непосредственно, а вторым входом через линию задержки, при этом выходы триггера через формирователи соединены со входами фильтра нижних частот, выход которого соединен с индикатором и первыми входами двух амплитудных компараторов, причем выходы амплитудных компараторов соединены с соответствующими входами коммутатора, выход которого соединен с управляющим входом линии задержки, кроме того, вторые входы амплитудных компараторов соединены с источниками сигналов крайних знаков диапазоНедостатками известного устройства являются низкая точность измерения, обусловленная нестабильностью порога

940080 выход которого подключен ко второму входу амплитудного компаратора.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства при воздействии стабильного по частоте сигнала; на фиг. 3 то же, при воздействии сигнала с изменяющейся частотой.

1О Устройство для измерения нестабильности частоты содержит последовательно соединенные блок 1 стабилизации амплитуды, вход которого является входом устройства, элемент 2 задержки, блок 3 выделения периода, реверсивный счетчик 4 и цифровой индикатор 5, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь 6,, входы которого соединены с одноимен94008

1О

В этом случае точки д1, dg ди на И (t) (фиг. 36), характеризующие величину амплитуды сигнала в моменты времени t<, t»..., 1 „(моменты перехода задержайного сигнала через нулевые значения), не остаются на одном уровне как в предыдущем случае

Ф

20 (фиг. 26), а измеряются в соответствии с законом изменения частоты исследуемого сигнала.

Процессы, протекающие в устройстве в этом случае, аналогичны тем, которые рассмотрены ранее.

Пусть, например, в момент времени реверсивный счетчик 4 находится в каком-то ненулевом состоянии (в том случае, если реверсивный счетчик

4 находится в нулевом состоянии, он переходит в это ненулевое состояние как и в предыдущем случае, через некоторый промежуток времени), соответственно, .на выходах каждого его разряда образована определенная комбинация "1" и "0", характеризующая состояние реверсивного счетчика 4.

Этому состоянию реверсивного счетчика 4 соответствует определенное выходное напряжение цифроаналогового . преобразователя 6 Ц (t ) (фиг. Зд).

С момента времени t„ до t, (фиг. 36) ц т() М вЂ” U (t ) 7 срабатывания триггера, малая разрешающая способность по частоте, обусловленная малой крутизной преобразования частотных изменений исследуемого сигнала в амплитудные изменения напряжения, поступающего на индикатор с выхода фильтра нижних частот (так, например, при подаче на вход устройства сигнала с малой величины частотной нестабильности на выходе триггера образуется последовательность импульсов, у которых изменение длительности, несущее информацию о нестабильности частоты исследуемого сигнала, является малым; малому же изменению длительности этих импульсов соответствует весьма малое изменение амплитуды напряжения, поступающего на индикатор через фильтр нижних ние частоты исследуемого сигнала, поступающего на вход устройства.

Теперь рассмотрим режим работы устройства при воздействии на его вход частотно-модулированного сигнала (или сигнала, обладающего частотной нестабильностью), имеющего вид (фиг. За) и (t) = U (1 +d (t)j.sin(my + Рй)), 0 12 ром выходе сигнал логического нуля, В результате этого в момент времени передний фронт первого импульса л

1 из последовательности U+ (t) (фиг. Зг), поступающий с выхода блока 3 выделения периода на счетный вход реверсивного счетчика 4, изменяет его состояние на +1, что, в свою очередь, приводит к изменению выходного напряжения цифроаналогового преобразователя 6 на одну дискрету

АЦ, которое достигает величины л )

В последующий момент времени Е (фиг. 36) напряжение на первом. входе амплитудного компаратора 10 имеет величину 13д (t <) = д, причем ф с Д „.

На втором входе амплитудного компаратора 10 напряжение имеет величину

U (й,1)/М, причем если

6 то на первом выходе амплитудного компаратора 10 формируется сигнал логического нуля, а на втором выходесигнал логической единицы. В результате этого в момент времени 1 передний фронт второго .импульса из импульсной последовательности U4 (t) фиг. Зг изменяет состояние .реверсивного счетчика 4 на -1, что в свою очередь приводит к уменьшению выходного на;пряжения цифроаналогового преобразователя 6 на одну дискрету д, Б .

В последующие моменты времени t, процессы протекают аналогично т..е. происходит автоматическое слежение за величиной амплитуды сигнала

11 (gg (йыг 161 точилах Й. г1. И

15 где

23 9400 где Р— коэфФициент передачи фильтра

М вЂ” коэффициент ослабления сигнала масштабным блоком 9, характеризует флуктуацию частоты или .нестабильность частоты. Это следует, из того, что при t = const u t® «Q

)где Tj — период девиации частоты исследуемого сигнала ) выражение

U<< (t) можно представить в виде 10

U (г) = ЩМР(2(С) — <р(t-С. )1 — =

= 163,МР ьи(с) г ) ЬЩ) Ф(ОЧ(1 Ь ) ж чю щ

) с нестабильность частоты исследуемого 26 сигнала.

Так как полученная переменная составляющая выходного напряжения

U (t), характеризующая Флуктуации частоты, в К23вМРТ, Раз Увеличена по У5 сравнению со значением нестабильности частоты h(e(t), то, следовательно, разрешающая способность по частоте возрастает в КМР1 раз. Так как в предлагаемом устройстве нет блоков и узлов с нестабильными порогами срабатывания, то и точность при измерении возрастает. Параметры переменной составляющей полученного сигнала

U6 (t), поступающего на индикатор 8

35 характеризуют параметры нестабильности частоты (максимальное и минимальное значения отклонения частоты, среднеквадратическое значение нестабильности частоты, мгновенное значение нестабильности частоты и т. д.) и

) спектральный состав флуктуаций часто)TH исследуемого сигнала.

Выходные сигналы реверсивного счетчика 4 (фиг. 2), поступающие на

45 цифровой индикатор 5, характеризуют мгновенное значение .частоты исследуемого сигнала. Поэтому с цифрового индикатора можно снимать информацию в цифровой форме, характеризующей не

50 только мгновенное значение частоты, но и стабильность частоты, номинальное значение частоты, и другие параметры частоты исследуемого сигнала.

Одновременно сигналы с выходов реверсивного счетчика 4, несущие инфор55 мацию о мгновенном значении частоты исследуемого сигнала в цифровой форме, используются для непосредственд0 24 ного ввода в цифровую вычислительную машину или микропроцессор. Использование ЦВИ позволяет автоматизировать процесс статистической обработки измерений параметров частоты (мгновенного значения частоты, номинального значения частоты, дисперсии частоты и т.д.) и параметров нестабильности частоты(мгновенного значения нестабильности частоты. максимального и минимального значений нестабильности частоты, среднеквадратического значения нестабильности частоты и т. д.).

Кроме того, предлагаемое устройство очень просто переводится из рабочего режима в режим самоконтроля. Для этого необходимо соединить вход и выход элемента 2 задержки накоротко или исключить его из устройства, при этом исследуемый сигнал подается одновременно на первый вход амплитудного компаратора 20 и на вход блока 3 выделения периода. 8 результате этого моменты появления счетных импульсов совпадают с моментами перехода исследуемого сигнала через нулевые значения.

Устройство работает в режиме самоконтроля аналогично его работе в рабочем режиме, но при этом амплитуды входных сигналов амплитудного компаратора 20 находятся на нулевых уровнях.

Такой режим работы устройства позволяет определять его чувствительность, так как характеризует уровень собственных шумов устройства.

Изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства, повышение разрешающей способности по частоте и точности измерения за счет исключения из состава устройства блоков, обладающих большими флуктуациями порогов срабатывания, и за счет увеличения амплитуды сигнала, поступающего на индикатор, который не. сет информацию о параметрах частоты исследуемого сигнала. В итоге повышается достоверность результатов измерения, расширяет область применения таких измерителей параметров частоты. Так как устройство обеспечивает непосредственное сопряжение с цифровой вычислительной машиной или микропроцессором, то это позволяет автоматизировать процесс статистической обработки результатов измерения.

Все это приводит к повышению техникоэкономических и эксплуатационных показателей измерителя параметров частоты.

15 940080 16 формула изобретения, ному входу реверсивного счетчика, первый и второй управляющие входы коустройство для измерения нестабиль- торого покдлючены соответственно к ности частоты, содержащее элемент за- первому и второму выходу амплитудно° держки, амплитудный компаратор, ин- g го компаратора, при этом и-выходов дикатор и фильтр нижних частот, выход реверсивного счетчика подключены сокотаоасо чен к вхо н икато940080

940080

Заказ 4661/67

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 Н. Каплин

Редактор Н. Чубелко Техред М.Гергель Корректор И. Иуска

О П И С А Н И Е ()940081

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социапистическик

Респубики (6l) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) З 23. 12. 80 (2! ) 3220356/18-21 с присоелинением заявки №вЂ”

3 (5() М. Кл.

G 01 R 23/00

Гооударстеениый коннтет

СССР (23) ПриоритетОпУбликовано 30. 06.82. Бюллетень № 24 (53} УДК621.317, .7 (088.8) ло делам нзаоретений н открытий

Дата опубликования описаяия 30. 06.82 (72) Автор изобретения

А.А.Кириллов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при разработке технических средств контроля и управления.

Известен способ измерения частоты, 5 в котором измеряется период, а значение частоты определяется как величина, обратная измеренному периоду. Этот. способ измерения частоты основан на формировании образцового интервала времени и подсчете числа импульсов измеряемой частоты за эталонный интервал времени (1).

Недостатком способа является то, что информация поступает неравномерно с течением времени, так как она выдается полностью о всех разрядах числа, пропорционального частоте,в момент окончания счета числа импульсов, что задерживает начало поступления информации. Кроме того, способ сложен из-за большого объема счетчика.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ измерения частоты, в котором формируют образцовый интервал вре— мени таким, чтобы при минимальном значении частоты заданного диапазона счетчик совершал тт полных оборотов, а при максимальном значении частоты заданного диапазона-(и+1) полных оборотов, а значение измеряемой частоты определяют по числу импульсов измеряемой частоты при неполном заполнении счетчика 12).

Недостатками известного способа являются затягивание начала поступления информации и неравномерность ее поступления, что объясняется тем, что вся информация регистрируется в момент окончания образцового интервала времени максимальной длительности, определяемой точностью измерения.

Цель изобретения - ускорение начала получения информации и обеспе3 940081 4 чение более равномерного ее получения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения частоты путем формирования образцового интервала времени и подсчета числа импульсов за этот интервал времени формируют количество временных ин-: тервалов, равное количеству разрядов числа, пропорционального измеря- ttt емой частоте, причем образцовый интервал времени при выделении информации о цифре старшего разряда измеряемой частоты формируют таким образом, чтобы счетчик не переполнялся, t5 а образцовые интервалы времени при выделении информации о цифрах каждого последующего разряда измеряемой частоты поочередно увеличивают в число раз, равное числу цифр, содержащемуся в одном разряде счетчика.

При осуществлении способа формируют образцовые временные интервалы, количество которых равно числу. разрядов числа, пропорционального изме-, 25 ряемой частоте; при выделении цифры старшего разряда, формируют образцовый временнои интервал таким образом, чтобы счетчик не переполнялся; при выделении цифры каждого последующего

30 разряда образцовые временные интервалы поочередно увеличивают в число раз, равное основанию счета.

Яа фиг.l изображена структурная схема устройства, реализующая данный. способ измерения частоты с помощью управляемого разрядноселективного устройства (УРСУ); на фиг.2 — диаграммы работы УРСУ.

Устройство для реализации способа содержит ключ I, счетчик 2 (в данном 4О случае одноразрядный по числу селектируемых разрядов) и блок 3 формирования временных интервалов,. Выходная информация снимается в виде номера селектируемого разряда и цифр селек- 45 .тируемого разряда.

Устройство работает следующим образом.

Если частота входных импульсов равна, например, Ю = 1ч85,385 Гц, 50 то при установке базы времени, равной С.1 —— 10 с, показания счетчика равны

yl f. ñ =1, Формула изобретения

55 где f - частота импульсов на входе; à — длительность базы времени; т.е. селектируется цифра первого разряда числа.

При переключении блока .) в положение, при котором образцовый интервал времени равен С = 10 10 с, счетчик переполняется один раз и показывает цифру n = 4, т.е. селектируется цифра второго слева разряда.

-3

При г = 100 - l 0 с счетчик переполняется 1ч раэ и показывает и = 8.

На диаграмме (фиг.2) показана последовательность выделения цифры селектируемого разряда числа.

Таким образом осуществляется селекция разрядов числа, пропорционального частоте.

Данное устройство, реализующее предлагаемый способ позволяет осуществить селекцию по разрядам числа, пропорционального частоте, при срав- . нительной простоте реализации. При этом начало поступления информации сдвинуто относительно начала измерения в рассматриваемом примере 1 мс, что необходимо для получения информации о старшем разряде. При обычном способе измерения с точностью до

1 Гц в рассматриваемом примере начало поступления информации сдвинуто относительно начала измерения на 1 с.

Предлагаемый способ измерения частоты позволяет ускорить начало получения информации и обеспечивает более равномерное поступление информации.

Применение такого способа измерения частоты в системах позволяет сакра тить. объем информации, циркулируемой в системах, при решении задач управления и контроля за счет выделения и использования той информации, которая необходима системе в данный мо- . мент времени.

Предлагаемый способ измерения частоты позволяет решать задачи дистанционного контроля и управления за меньшее время и более простыми средствами.

При наличии средств преобразования параметра в частоту сигнала данный способ измерения .может использоваться для измерения любых параметров.

Способ измерения частоты путем формирования образцового интервала

gappa, гйФ?

Яагер раэрМа книрра геаемтируегтоао

0ОЗ ОФЯ

9при &ежа

Pua. f

ВНИИПИ Заказ 4661/67 Тираж 717 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

5 94 времени и подсчета числа импульсов за этот интервал времени, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью ускорения получения информации и обеспечения более равномерного ее получения, формируют количество временных интервалов, равное количеству разрядов числа, пропорционального измеряемой частоте, причем образцовый интервал времени при выделении информации о цифре старшего разряда измеряемой частоты формируют таким образом, чтобы счетчик не перепол0081 6 нялся, а образцовые интервалы времени при выделении информации о цифрах каждого последующего разряда измеряемой частоты поочередно увеличивают в число раз, равное числу цифр, содержащемуся в одном разряде счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ермолов P.С. Цифровые частотомеры. "Энергия", 1973, с.13-17, 2. Авторское свидетельство СССР и 541123, кл. G 01 R 23/00, 1976.