Способ измерения отклонения частоты от номинального значения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскиз

Социалистических

Республик н1 983568 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.11. 80 (21) 3007016/18-21 (54) М. Ктт.з

G 01 R 23/10 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Государственный комитет

С,ССР ио делам изобретений и открытий

{%3) УДК621. 317. .7 (088 ° 8) Опубликовано 23.12.82, Бюллетень Мо 47

Дата опубликования описания 23. 12. 82 (72) Автор изобретения

И.С. Фридман (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ЧАСТОТЫ

0Т НОИИНАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ

Изобретение относится к электро измерительной технике и может быть, испольэовайо в информационно-измери тельных системах, устройствах конт-. роля частоты,:для измерения инфранизких частот, для измерения незначительных отклонений частоты от номинального значения.

Известен способ измерения отклонения частоты от номинального значения, основанный на сравйении вфиксированиые промежутки времени измеряемой и Образцовой частот,заполнении образцовой частотой разностного промежутка времени,и определении искомого результата glj, Недостатком известного способа является зависимость погрешности измерений от соотношения измеряемой и образцовой частот и в связи с этим нецелесообразность использования универсальных аппаратно-программных средств для автоматизации измерений.

Наиболее близким к изобретению является способ измерений отклонения частоты от номинального значения,. основанный на формировании последовательностей импульсов обратно пропорциональному значению двух частот, вычитании этих последователь костей друг из друга и подсчете чис- ла импульсов заполнения разностного промежутка времени, при этом длительность периода одной из последовательностей формируют с известной частотой Ро, а второй — иэ сигналов разностной частоты, полученной в результате смещения измеряемого

10 сигнала с сигналом, частота которого отличается от номинальной на (2g.

Недостатком известного способа является-,зависимость погрешнос- : ти измеренйй от номинального значения образцовой частоты заполнения раэностного промежутка времени, а при автоматизации измерений влияние нелинейных преобразований на по грешность алгоритма измерений.

Целью изобретения является обеспечение .независимости погрешности измерений от номинального значения .частот образцового и измеряемого сигналов и технологичности при автоматизации измерений.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу нзмеренйя отклонения частоты от номинального значения,основанному на формироваиИи последовательностей импульсов

983568 обратно пропорциональному значению двух частот, вычитании этих последовательностей друг из друга и оценки полученной разности, образцовый и измеряемый сигналы преобразуют в импульсные последовательности, имеющие одинаковую длительность и одинаковый период импульсов, равный

T = х/пР = х/тР который нормируют эталонными им 0 пульсами kt» а затем выявляют разностный импульсный сигнал при условиях х/пРо х/щРс-ktâ х/п>Рс "Fo kt i где Р, F — значения образцовой и измеряемой частот х, n, m, k - числа, задаваемые программно; эталонный интервал

Й времени. 20

На.фиг.1 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие способ; на фиг.2 - блок-схема устройства, реализующего способу на фиг.3— временные. диаграммы работы устрой- 25 стна,(при этом 0, Сà — эпюры образцового F< и измеряемого F+ сигналов> эпюры преобразованных аппаратно-программными средствами сиг= налов F, .и Р ; g — разноетная им- 30 пульснац последбнательность), Способ осуществляется следующим образом

При помощи программно-аппаратных средств образцовый и измеряемый сигналы, имеющие соответственно частоту F+ и F (фиг.1, зпюры 4,8 ), преобразуются в равные по частоте сигналы Ро-1. Р -1. имеющие длит льность периода с

1О „,Р = ПР где m, n - -целые числа, задаваемые программно.

Полученные сигналы вновь подвергаются линейным преобразованиям. Путем деления получают импульсные последовательности Р0 и Р

Сигналы Р и F нормируют по длительности импульсов при помощи эталон ного источника (фиг.1, эпюры в,а ) kt, k - целое число, задаваемое программно.

Путем подбора чисел m, n, х, устанавливают отношение между дли- 55 тельностью периода и импульсов сигналов Ра и Р,позволяющее определить отклонение ЬF частоты от номинального значения:

ЬР 60 тр Рс

Для оценки допустимого отклонения частоты .от номинала импульсные сигналы F и F сравнивают между собой е с при помощи логических устройств, которые формируют импульсные сигналы (фиг.1, эпюра g. ) при условии х х . х х — ky — — й.. И пРг и mF>: mF >" mF@ т.е. за время действия длительности, .паузы сигналов Fy.или Р дважды фиксируется появление импульсов Ф k сигналов F или Р>> °

I I

В предлагаемом способе допуск номинального значения частоты определяется эталонным импульсом и не зависит от номинальных значений частоты обраэцоного и измеряемого сигналов, поскольку последние путем логических преобразований выравниваются по частоте.

Устройство, реализующее предложенный способ, содержит источник 1 измеряемого F сигнала, источник 2 образцового Р сигнала, первый и втох х рой делители 3 и 4 — и †. частоты, m n первый Формирователь 5 t„k, состоящий из первого .,блока 6 привязки фазы и первого счетчика 7 К, второй формирователь 8 t„k, состоящий иэ второго блока 9 привязки фазы и второго счетчика 10 К, первый, второй, третий и четвертый триггеры 1114 (ТВ-1, ТВ-2, ТВ-3 ТВ-4), первый и второй элементы 15 и 16 НЕ, первую и вторую выходные шины 17 и 18.

Сигнал Р© второго источника 2 поступает на первые входы первого и второго формирователей 5 и 8 Qk.

Преобразованные сигналы Р и Р> с выходов первого и второго делителей

3 и 4 поступают соответственно на вторые входы первого и второго формирователей 5 и 8. Скважность сигналов

Р и Р,, с выходов первого и нторого делителей 3 и 4 при этом равна двум, а длительность период †.Т. По сов. е I падению фронтов сигналов. Г и F>-,F> и F запускаются первый и второй счетчики 7 и 10 K,ïîäñ÷èòûâàþùèå целое число периодов сигнала F .Выходные импульсные последовательности первого и второго Формиронателей 5 и 8 имеют длительность импульсов t„k, период

Tä и наступают на первый, второй, третий и четвертый триггеры 11-14.

Пример. Необходимо эафик1сировать отклонение частоты от

:номинального значения при следующих исходных данных:

bFc Fr=0 3) Р =40 мГц;

10 мацу Р /Р = 10.

Преобразуем сигналы F u F к одному значению частот, т.е. F>- поделим при помощи первого делителя 3 и на число — и Р„ делим на втором х О делителе 4 на число—

983568

Пусть период этой частоты равен

x x

1 мкс, т,е. — =. 40, — 10. Выбор периода Т равным 1 мкс позволяет путем пересчета целого чйсла периодов сигналов Р получить соотношение

teak 100 нс- 3

Тр 1 000 HC

k/Tc =ÜFî t Fz параметры импульсной последовательности Fc такие, что их отношение определяет нестабильность измеряемой частоты Fc .

Ввиду того, что нестабильность источника 2 на два периоца меньше нестабильности ИсточникаГможно предположить что соотношение параметров импульсной последовательно F

t>k/Т практически не изменяется.

Предположим,что номинальные значения преобразованных частот равйы

Fo Fc

Пусть эти сигналы поступают с выходов первого и второго формирователей 5 н 8 i k (фиг.2) . Сигналы F и

Fc.. — асинхронные сигналы и следовательно взаимное положение фаэ преобразованных сигналов Fpa F< может быть любым. Допустим, что сигналыt

Р- опережают сигналы F в какой-то момент времени на половину периода, т.е. импульсные последовательности

Fct и F во время действия импульсов (t„k) не перекрываются между собой (фиг.3e) .

Поскольку на У-входе первого триг- З5 гера 11 (ТВ-1) . Лог.l, а на.К-входе —, Лог.0, то по фронту сигналов Р произойдет запись Лог.l по прямому) выходу первого триггера

11. Сигнал второго. формирователя 8 40

FoRâõîäû третьего и четвертого триггеров 13 и 14 и обнуляет их.

На R-входы триггеров 11 и. 12 (ТВ-1 и TB-2) и на С-входы третьего 45 и четвертого триггеров 13 и 14 (TB-З и ТВ-4) поступают сигналы Fo, Они обнуляют третий и четвертый триггеры 13 и 14 (TB 3 и ТВ-4), изменяют состояние третьего триггера 13 50 (TB-3) . Однако четвертый триггер 14

TB-4 по-прежнему обнуленГ поскольку перезапись Лог.l с третьего триггера 13 (ТВ-3) осуществляется по фронту импульсов Рр.

Г.

Поступивший импульсный сигнал Р обнуЛИв третий триггер 13 (ТВ-3) до фронта появления сигналов Fq (фиг.Зе). Аналогичная ситуация происходит с первым и вторым триггерами 60

l1 12 (TB-l, TB-2). Таким образом, если соотношения частот бР i Fc /0,3l, то на вйходах второго и четвертого триггеров 12 и 14 (TB-2, ТВ-4) потенциал не меняется, 6= а на выходах первого и третьего триггеров 11 и 13 (ТВ-1, TB-3) формируются импульсные сигналы, длительность которых определяется расфазнровкой

Г сигналов Рр и Fc

Логические условия, характеризующие нахождение частоты в заданном диапазоне изменения формулируются как х/nF -kt

0,7 мкс<1 мкс(1,3 мкс.

Логические преобразования сигналов.Ро и Рр первым н вторым делителями 3 и 4 не оказывают влияния на значение нестабильности частоты.

И с

Пусть 7 0,3. Это означает, что

Рс частота сигналов Fc возрасла и стала больше, чем 1,3 Р, следовательно, уменьшилась длительность. порядка, преобразованных сигналов Fc более чем на 300 нс, т.е. l/F с700 нсГ

Если на С-входы третьего и четвер. того 13 и 14 триггеров (ТВ-З, TB-4) поступают импульсные последовательности, имеющие длительность периода меньше 700 нс, на R-входы †. сигналы, имеющие длительность периода 1000 мкс, на периоде сигналов Р, дважды формируются импульсы, (фиг.Зж) . Отмеченная ситуация приводит к срабатыванию четвертого триггера 14 (ТВ-4) и на второй выходной шине 18 пояйляется импульс, регистрирующий отклонение частоты от номинального значения.

Логические условия срабатывания четвертого триггера 14 (ТВ-4) записывается как х l . х или

Р -с k7; 70,0 нс7—

x . х х п д И mF mFc т.е. на интервал времени, определя емый периодом сигнала F, приходится

I длительность периода сигналов Рс

Г плюс длительность импульсов k следующего периода сигналов Р (фиг.3ж), т.е. к текущему периоду измеряемых сигналов добавляется эталонная длительность импульсов которая и позволяет зафиксироватьГ что измеряемый интервал уменьшился больше, чем на f„ k, Условие ДР©/F >-0,3 означает, что частота сигналов Fc уменьши1 лась.. Уменьшение частоты регистрируется вторым триггером 12 (ТВ-2) (фиг.З ). Логическое условие уменьшения частоты за установленный предел определяется выражением вида х х

" и и РО mFC

-" — + kt„(" или

1,3 мкс<х/mFc, 983568 т.е, интервал времени, определяемый

Ф длительностью периода сигналов Г вмещает длительность периода преоб1 разованных импульсных сигналов Гд плюс длительность эталонных импульсов Ф,)с (фиг.3 г).

Таким образом, если отклонения частоты ЬГс от номинального значения F таковы, что за время действия периода T = х/щГ успевает,набежать х 10 интервал времени + 1 или за

Ра х время действия периода T = yc. mF+ певает набежать интервал времени Те = Xf BFD+Qk, происходит aÐ 15 батывание второго и четвертого триггеров 12 и 14, регистрирующих отклонение частоты от номинала, т.е. 11Е @То Fe

20 где ТЬ= 1/Ро.

Технико-экономический эффект данного способа заключается в непосредственной регистрации результата измерений при помощи аппаратных средств, работающих по логическим принципам в независимости погрешности измерений от номинального значения образцовой частоты, возможности ,полной автоматизации процесса изме 30 рений без ограничений диапазона из мерений. Формула изобретения

Способ измерения. отклонения час" тоты or номинального значения, основанный на формировании последовательностей импульсов обратно пропорциональному значению двух частот, вычитании этих последовательностей друг из друга и оценки полученной разности., отличающийся тем, что, с целью обеспечения независимости погрешности измерений от номинальных значений образцовой. и измеряемой частоты сигналов и технологичности при автоматизации измерений, образцовый и измеряемые сигналы преобразуют в импульсные последовательности, имеющие одинаковую длительность и одинаковый период импульсов, равный

Т = х/nFD x/вГ который нормируют эталонными импульсами kt» а затем выявляют разностный импульсный сигйал при условиях х/nFpgx/вР kt>, х/яГ сх/пР -Е1 где Г F, †. значения образцо0 c вой и измеряемой частот; .х, n, m, k — числа, задаваемые программно; эталонный интервал

И времени.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l... Авторское свидетельство СССР

9 547704, .кл. G 01 R 23/10, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

9 392420, . G 01 R 23/10, 1973

{прототип) .