Цифровой способ измерения частоты повторения электрических импульсов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналнстическнх

Республик

<п>947780 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29.10. 80 (21) 2996438/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 300782. Бюллетень ¹28

Дата опубликования описания 30.07.82

Р М g> з

G 01 Н 23/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений м открытий (53) УДК 621 317.. 7 (088. 8) (72) Автор . изобретения

А

В.Э.Штейнберг (71).Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ СПОСОБ ИЗИЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ПОВТОРЕНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИМПУЛЬСОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения точности измерения частоты следования импульсов.

Известен цифрооой способ измере-. ния частоты следования импульсов, основанный на вычитании в течение периода из постоянного числа импульсов, частота которых функционально зависит от времени вычитания f13.

Недостатком этого способа является низкая точность воспроизведения закона формирования вычитающим импульсов, что ограничивает рабочий диапазон измерения.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения частоты, основанный на вычитании из числа импульсов, частота которых изменяется обратно пропорционально разности квадрата и первой степени числа импульсов опорной чистоты, поделенной с постоянным коэффициентом, Способ обеспечивает повышенную точность воспроизведения обратного закона при формировании вычитающих импульсов (2) .

Однако.его недостатком является значительная погрешность в области . высоких измеряемых частот вследствие больших значений производной обратной функции, что ограничивает область применения данного способа.

Этот недостаток обусловлен особенностями линейной интерполяции, с помощью которой осуществляетс% аппаратурная реализация нелинейности.

1р Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых частот.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом способе измерения частоты повторения электрических импульсов, основанном на вычитании из кода наибольшей измеряемый частоты импульсов входного сигнала, частота которых нелинейно зависйт от времени, отсчитываемого.с момента начала очередного периода измерения, и фиксации остатка вычитания в момент окончания очередного периода измерения, величину периода входного сигнала сравнивают с эталонным временным интервалом, разделяющим

25 диапазон измеряемых частот на области повышенных и пониженных значениЯ, при значениях периода входного сигнала леньшего величины эталонного времени интервала и с начала очеред.ного периода измерения формируют

947780

О 1000 . 1000

9 — 9

-т —

1 900 1111

О. О

2 800 1250

О- О

7 — 7

3 700 1430

О. О б - б

10 ° 10

5 — 6 ТЫ

4 б00 1ббб

5 500 2000 значение частоты входных импульсов по формуле где F. - частота повторения иипуль- 5

1 сов входного сигнала;

F - опорная частота

m - постоянное числоу п . - число Формируемнх импульсов, 10 - эацанная константа. 10

На фиг. 1 изображена временная диаграмма апроксимирующих кривых, поясняющая принцип работы устройства для осуществления предложенногб способаj на фиг. 2 — структУрная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

На диаграмме фиг.1). приведены следующие обозначения, Г „ †. Наиболь шее значение измеряемой частоты, ОР - шаг частоты, соответствующий уменьшению числа импульсов и на единицу д й0 — интервал времени, соответствующий наибольшей измеряемой частоте, Fg — измеряемая частота, номер периода иэиеряеиой частоты) и — число формируемых импульсов, поделенных с постоянным коэффициентом, дР ;" — остаток результата интегрирования с убнвающии шагом.

Способ заключается в реализации следующих операций.

В момент окончания очередного

i-oro периода осуществляется фиксация кода остатка результата интегрирования с Убывающим итогом (кривая И на фиг.1), численно равного значению

F измеряемой частоты, затем осуществляется ввод в соответствующие узлы кодов постоянного числа m и кода Р„ наибольшей измеряемой частоты, 40 с момента начала следующего i+1 периода осуществляется отрезка нулевого уровня путем формирования короткого интервала времени atо, моиент окончания которого соответствует пе- 45 риоду наибольшей измеряемой частоты, или началу диапазона измерения.

С момента окончания короткого интервала: времени . ь йо осуществляется .формирование вычитающих им- 50 импульсов путем умножения импульсов опорной частоты на разность квадрата и первой степени числа (m-n), которое в свою очередь равно разности между постоянным числом и числом импульсов формируемой частоты, поделенной с постоянным коэффициентом деления (цифровой эквивалент числа и представляет собой номер отсчета шага аР в числоимлульсном представлении), Интегрирут формируемые импульсы с убывающим итогои путем их вычитания иэ кода наибольшей измеряемой частоты, в момент окончания следующегоi а теперь очередного i+1 периода фиксируется результат интег- 65 рирования вычитающих импульсов с убыубываищии итогом, представляющий собой код мгновенного значения измеряемой частоты F,+q затеи перечисленные операции повторяются в том же порядке, В основу предлагаемого способа положены следующие соображения, Методическая погрешность ломаной, интерполирующей обратную Функцию, . связывающую частоту и период, зависит от крутизны функции или от участка, на котором осуществляется приближение ломаной. Для участка с большой крутизной, что соответствует области повышенных значений изиеряеиой частоты, уменьшение методической погрешности достигается расположением изломов ломаной с шагом.ьР, а не с шагом ьТ, как в прототипе. Очередному излому при этом соответствует число вычитающих импульсов, поделенное с постоянным коэФФициентом. Для формирования вычитающих импульсов в предлагаемом способе опорная частота умножается на число, пропорциональное разности квадрата и первой ступени числа, равного (щ-n) (Ф->) (N-и- ) ш -mn-arm+a -m+n

Я

8Ыч Ой

40 10 0 ° AOK р. л0к где величина знаменателя выбйрается минимально большей, наибольшего значения числителя для получения наи,большей частоты вычитающи:: импульсов.

П. р и м е р. Пусть наибольшее значение измеряемой частоты равно

1000 Гц, текущее значение частоты равно 10, интервал времени дно отрезков нулевого уровня равен

1000 Икс„ тогда, согласно предлагаеt мому способу, процесс измерения выглядит следующим образом:

947780

Из данного примера видно, что изменение кода Гл остатка на 100 Гц соответствуют моменты времени Т>, т.е. изломы располагаются с шагом

100 Гц и на участке изменения кода остатка 1000...500 Гц число звеньев ломаной равно пяти. Для сравнения можно заметить, что в прототипе на первом участке при то>л же изменении кода остатка вдвое имеется лишь одна ломаная, а увеличение числа из- 10 ломов,в пять раз уменьшает методическую погрешность способа почти на два порядка, в.чем и заклнчается принципиальное отличие предлагаемого способа. 15

Устройство, реализующее предлагаемый способ состоит из формирователя

1 коротких импульсов, элемента 2 задержки, генератора 3 опорной частоты, блока 4 отрезков нулевого уровня, блока 5 умно><ения, делителя 6, блока 7 .вычитания, вычитающего Счетчика 8, блока 9 вентилей, первой входной шины 10, второй входной шины 11 (управления), первой и второй шин 12 и 13 ввода коэффициентов умножения, выходной шины 14.

Устройство работает следующим об— разом.

При наличии разрешения на второй входной шине 11, в момент окончания

i-ого периода с выхода формирователя 1 поступает импульс, осуществляющий считывание кода остатка Г равного мгновенному значению частоты за

i-ый период, через блок 9 вентилей З5 с выходов вычитающего счетчика 8.

Этот же импульс, пройдя через элемент 2 задержки, осуществляет установку в ноль блока 5 умно>кения и делителя 6 с постоянным козффициен- 40 том деления, а также записывает код числа m в блок 7 вычитания и код числа F в вычитающий счетчик 8 и устанавлквает в исходное положение блок 4 отрезков нулевого уровня, 45 .в результате чего сигнал с.выхода блока 4 запирает блок 5 у>лножения и осуществляет Формирование интервала времени с выхода генератора 3 опорной частоты, а в момент окончания упомянутого лнтервала времени сигналом с выхода блока 4 отпирается блок 5 умнох<ения и начинается формирование вычитающих импульсов, которые поступают на входы делителя б и вычитающего счетчика 8. По поступлению каждого очередного числа

4Р импульсов на вход делителя 6, с его выхода поступает импульс на вход блока 7 вычитания, а с его выходов по первой и второй шина>л

12 и 13 на входы блока 5 умножения подаются коды чисел (m-n) и (m-и-1) соответственно, которые реализуют в блоке 5 с помощью,: например, декадных двоичных умно>кителей в виде, б5 коэффициентов (m-n)/10 и (m-и-1)/10.

Суммарный же коэффициент передачи блока 5 умнбжения равен m-и) (m-n-4) (m-n) -(m-е) л0 лО 40 40 или пропорционален разности квадрата и первой ступени числа-, равного разности между постоянным числам

m и числом и — число вычитающих импульсов, поделенных с постоянным коэффициентом деления. В момент окончания i+1 периода на выходную шину

14 устройства подается код остатка из счетчика 8, который равен результату интегрирования вычитающих импульсов с убывающим шагом, а затем цикл работы устройства повторяется.

Сравнение предлагаемого способа с известныи показывает, что он обладает более высокой точностью в области повышенных значений измеряемых частот и его использование.в данной области измерений являЕтся предпочтительны>л.

Экономический эффект от использования предлагаемого способа в многоканальных информационно-измерительных системах составит не менее

20 тыс.руб. в год.

Форйула изобретения

Цифровой способ измерения частоты повторения электрических импульсов, основанный на вычита> ии из кода наибольшей измеряемой частоты импульсов входного сигнала, частота которых нелинейно зависит от времени, отсчитываемого с момента начала очередного периода измерения, и фиксацки остатка вычитания в момент окончания очередного периода измерения, отличающийся тйм, что, с целью увеличения диапазона измеряемых частот, величину периода входного сигнала сравнивают с эталонным временным интервалом, разделяющим диапазон измеряемых частот на области повышенных и пониженных значений, при значениях периода вход- ного сигнала меньшего величины эталонного временного интервала и с начала очередного периода измерения формируют значение частоты входных импульсов по формуле где 1 — частота .повторения импуль1 сов входного сигнала>

F<>n — опорная частота;

m — постоянное число;

947780

Фиа, Физ.2

Составитель Н.Каплин

Техред С. Мигунова Корректор Ю.Макаренко

Редактор Н.Гришанова

Заказ 5645/69 Тираж 717 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 и - число формируемых импульсов к»

Ю

10 — заданная константа.

Источники информации; принятые во внимание при экспертизе

1. Лвторское свидетельство СССР 9370536, кл. 6. 01 к 23/00, 1973.

2. Лвторское свидетельство СССР по заявке В 2822939/18-21, кл. 01 R 23/00, 1980 (прототип).