Цифровой частотомер низких частот

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

»))) 960654

Г

® сГ.. (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

1 (22) Заявлено 24.1280 (21) 3223325/18-21

Р1 М К з с присоединением заявки Мо(23) Г)риоритет

С 01 В 23/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

Опубликовано 2309.82. Бюллетень М8 35

)53) УДК 621. 317.. 7 (088. 8) Дата опубликования описания 23. 09. 82 (72) Авторы изобретения

8» "р» д

"")».a +» i," ".« )»

Ю,A. Гродецкий и В,А, ульев (71) Заявитель

Ордена Ленина акртнческнй и антарктичес научно -исследовательский институт (5 4) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР НИ ЗКИХ ЧАСТОТ

1 т = и- — +С t к .. Го

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты следования электрических импульсов с повышенной точностью за ограниченный интервал времени.

Известен частотомер, содержащий счетчик, блок задания измерительного односекундного интервала времени, дополнительный счетчик, заполняемый эталонной частотой и сбрасываемый каждым импульсом контролируемого сигнала (11.

Этот частотомер имеет высокую точность, но неудобен в работе, так как для получения окончательного результата требуется проводить дополнительные вычисления со значениями числа импульсов, накопленных в основном и дополнительном счетчиках.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой измеритель инфранизких и низких частот, содержащий эталонный генератор, делитель, вспомогательный счетчик, выходами соединенный с управляющими входами управляемого делителя частоты, выход которого соеди нен со входом основного счетчика, а также . ряд дополнительных элементов (2.).

Недостатком этого измерителя яв5 ляется малая точность измерения частоты, что обьясняется накоплением в течение всего интервала измерения . ошибки расхождения моментов генерации импульсов k-кратной частоты по

10 сравнению с их "истинными" моментами.При этом оказывается, что существенно уменьшить укаэанную ошнбку практически невозможно, так как это потребовало бы использования таких высоких частот fo и f, которые недоступны элементной базе, используемой в настоящее время в измерительной аппаратуре.

Первоисточником ошибки в известном устройстве — цифровом измерителе инфранизких и низких частот — является наличие ошибки дискретизации ф при измерении длительности периода Т„ где л — количество импульсов частоты f 0,, накопленное во вспомогательном счетчике за пе30 риод Т„.

960654

При подаче на управляемый делитель частоты Е1 = k fz на его выходе

k генерируется частота —,„ отличающаяся от частоты 5 о " "- " х(1+ f fк ) п х

Для того,:..чтобы при накоплении импульсов этой частоты в основном счет- 0 чике за период измерения, равный

1 с, получился код, равный k-fx, необходимо, чтобы f õ1C<1Ð или подставляя = max f

1 у по 15 о лучаем

f0 k1fÕ11

f1 к,2.1 с.

Последнее соотношение показывает, 20 например, что для того, чтобы указанным измерителем можно было измерить за 1 с частоту Гх = 1 кГц с точностью 0,01. 1 ц (kx100), пришлось бы использонать частоту = 10 ГГц. Такое значение частоты f< существенно превышает возможности современной

;элементной базы, на которой строит ся измерительная аппаратура, что и является причиной ограниченной точности известного устройства.

Целью изобретения является повышение точности измерения частоты при сохранении малого времени измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой частотомер низких частот, содержащий блок управления, генератор эталонных частот, два ключа, счетчик, управляемый делитель и вспомогательный счетчик, вход ко- 40 торого подключен к выходу первого ключа, а выходы — к управляющим входам управляемого делителя, информационный вход которого соединен с выходом втоРого ключа, а выход — со 45 счетным входом счетчика, введены дополнительный ключ и дополнительный счетчик, причем входная шина уст.Ройства подключена к информационному входу дополнительного ключа и к входу блока управления, первый выход

50 которого соединен с управляющим входом первого ключа, а второй выход блока управления — с управляющими входами нторого ключа и дополнительного ключа, выход которого соединен со счетным входом дополнительного счетчика, и R-входом счетчика,,первый и нторой выходы генератора эталонных импульсов подключены соответственно к информационным входам пер- 60 ного и второго ключей..

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого частотомера.

Частотомер состоит из блока 1 управления, генератора 2 эталонных 65 частот, дополнительного, второго и первого ключей 3, 4 и 5, дополнитель" ного счетчика б, счетчика 7, вспомогательного счетчика 8 и управляемого делителя 9.

Контролируемый сигнал подается на блок 1 управления и информационный вход дополнительного ключа 3, выход которого соединен со входом дополнительного счетчика б и"R-входом счетчика 7 ° Счетный вход счетчика 7 подключен к выходу управляемого делителя 9 с пеРеменным коэффициентом деления, вход которого соединен с выходам второго ключа 4, а управляющие входы - с выходами вспомогательного счетчика 8. Вход вспомогательного счетчика 8 соединен с выходом первого ключа 5, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока 1 управления, второй выход которого соединен с управляющими входами дополнительного и второго ключей 3 и 4. Информационный вход второго ключа 4 соединен с вторым выходом генератора 2 эталонных частот, первый выход которого соединен с информационным входом ." первого ключа 5.

Частотомер работает следующим образом.

Контролируемый сигнал с частотой

fz подается на вход блока 1 управления, который формирует импульс, рав1 ный Ту, и подает его на упран<х ляющий вход первого ключа 5, разрешая тем самым прохождение частоты Ео от генератора 2 эталонных частот в вспо. могательный счетчик 8. По истечении периода Т в вспомогательном счетчиХ ке 8 оказывается зафиксированным число п, связанное с частотами f „ и соотношением

T = n °

+f, fo где — ошибка дискретизации.

После этого блок управления формирует образцоный односекундный импульс, синхронизируя его начало с началом очередного периода Т„, и подает его на управляющие входы и вторые ключи 3 и 4. Дополнительный ключ 3 разрешает поступление контролируемого сигнала в дополнительный счетчик б, а второй ключ 4 прохождение на вход управляемого делителя 9 частоты f„ kf от генера" тора 2.

Коэффициент деления управляемого делителя 9 устанавливается равным числу и, хранящемуся н вспомогательном счетчике 8. Импульсы с выхода управляемого делителя 9 с частотой

f1

f подаются на счетный вход и

960654 счетчика 7, на R вход которого подается контролируемый сигнал. Счетчик 7 имеет цепь блокировки от переполнения при счете по модулю k (не показана) . По окончании образцового односекундного импульса в дополнительном счетчике 6 оказывается за-, фиксированным число, равное целой части результата, а в счетчике 7 дробной части в k-тых долях Герца.

Из-за того, что измерение периода

Тх происходит с ошибкой, значение частоты f2 оказывается .выше истинной частоты и = k fx.

Значения параметров п,, Е„, Е„ требующиеся:. для того, чтобы содержимое счетчика 7 не содержало ошибки большей или равной одной единице кода, определяется из рассмотрения случая, когда промежуток времени между проходом последнего импульса контролируемой частоты f и концом измерительного односекундного интервала, близок к Тх. Вследствие наличия у счетчика 7 дополнительных цепей блокировки от переполнения, его содержимое не может иметь значение больше, чем Х-1. Значение же k-1 не должно возникать в счетчике

7 при длительности указанного промежутка времени меньшей, чем

k-2

Тх

k — 2

Тх< (K

2)

2

k 1

fop Tx - =+ и f0

1 о

Подставляя Е2 =

+ f ; f = max f получим отношения

n k -2

fo ) (" 2) х

Е ъ k (k — 2) fx

Подученные значения существенно ниже аналогичных для известного устройства. Причиной этого является уменьшение времени накопления ошибки расхождения моментов генерации импульсов k - кратной частоты по сравнению с их истинными .значениями. Это время уменьшено от длительности всего периода измерения

s известном устройстве до длительности одного периода контролируемой частоты. В результате оказывается возможным существенно повысить точность измерений частоты.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого частотомера выразится в увеличении точности измерений в тех случаях, когда необходимо выполнять измерение частоты за малый промежуток времени. Если сравнить данный частотомер с известныч и предположить, что оба прибора построены на элементйой базе, имеющей граничную частоту 25МГц, то получим, что с точностью 0,1 Гц (К-10) известное устройство может работать на частотах до 500 Гц, а с точностью 0,01 Гц (W-100)у известное устройство — до 50 Гц, настоящий частотомер - до 2,5 кГц, точность 0,001 Гц (1<-4000) для из вестного устройства недостижима, в то время как предлагаемый частотомер может работать с такой точностью до частоты 25 Гц.

Формула изобретения

Цифровой частотомер низких час-. тот, содержащий блок управления, генератор эталонных частот, два ключа, счетчик, управляемый делитель и вспомогательный счетчик, вход которого подключен к выходу первого ключа, а выходы — к управляющим вхо" дам управляемого делителя, информационный вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход - со счетным входом сМетчика, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, в него введены дополнительный ключ и дополнительный счетчик, причем входная шина устройства подключена к информационному входу дополнительного ключа и к входу блока уп40 равления, первый выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, а второй выход блока управления — с управляющими входами второго ключа и дополнительного ключа, 45 выход которого соединен со счетным входом дополнительного счетчика и

g-входом счетчика, первый и второй выходы гененатора эталонных импульсов подключены соответственно к ин50 формационным входам первого и второго ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 524139, кл. G 01 R 23/10, 1975 °

2. Авторское свидетельство СССР В 573768, кл. G 01 R 23/10, 1976.

10 предлагаемый частотомер — до 250 кГц, 960654

Составитель Н . Каплин

Редактор Н. Пушненкова Техред М.Коштура Корректор А, Ференц

Эаказ 7255/51 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