Устройство для измерения частоты сигналов

Союз Советских Социалистических Республик(5) М т(З С 01 В 23/00 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ СИГНАЛОВ Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерительных радиотехнических устройствах,Известно устройство для измерения 5 частоты, позволяющее измерять низкиечастоты 111 Недостаток этого устройства - от: носительно малая точность. 1 ОНаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство измерения частоты сигналов, состоящее иэ триггеров, делителей частоты с переменным коэффициентом 15 деления, ключей, прецизионного и грубого счетчиков, опорного генератора и формирователя 2.Недостатками устройства являются низкая точность измерения, обуслов О ленная превышением частоты опорного напряжения над частотой сигнала точно в 10 раз (где 5 =О, 1, 2, 3,), невозможность повысить точность измерения остатка за счет увеличения 25 времени счета и ограниченный диапазон измерения ввиду сложности создания управляемого декадного делителя, перестраиваемого грубым счетчиком в широком частотном диапазоне, ЭО Цель изобретения - повышение точности измерений в широком диапазоне частот.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения частоты сигналов, содержащее два делителя частоты, опорный генератор, выход которого годключен к первому входу первого делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом первого триггера и первым входом первого ключа, выход первого делителя частоты подключен ко входу второго триггера, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам первого триггера и второго ключа, выход которого подключен ко второму входу первого триггера и счетному входу грубого счетчика, формирователь, выход которого соединен со вторым входом второго ключа, и прецкзионный счетчик, дополнительно введены счетчики остатка и периода, два блока сравнения, две группы элементов И, элемент ИЛИ, два ключа, триггер, блок выделения периода, блок выделения заднего фронта, причем выход второго ключа подключен к установочному входу счетчика остатка, счетный вход5 ЗО 40 которого соединен с выходом первогоключа, выходы разрядов счетчика ос,татка через первую группу элементовИ подключены к установочным входампервого блока сравнения, выход которого соединен с первым входом дополнительного тоиггера, второй вход которого соединен с управляющими входами первой группы элементов И, выходом блока выделения заднего фронта и первым входом элемента ИЛИвыход которого подключен к управляющимвходам второй группы элементов И,выход дополнительного триггера соединен с первым входом первого дополнительного ключа, выход которого подключен через вторОй делитель частотык управляющему входу первого блокасравнения и непосредственно к управляющему входу второго блока сравнения, выход которого соединен со вторым входом элемента ИЛИ и счетным входом прецизионного счетчика, выходформирователя через блок выделенияпериода подключен к первому входувторого дополнительного ключа, второйвход которого соединен с выходомопорного генератора, вторыми входамидополнительных ключей, выход второгодополнительного ключа соединен сосчетным входом счетчика периода,выходы разрядов которого через вторуюгруппу элементов И подключены кустановочным входам второго блокасравнения, выход первого триггерасоединен со входом блока выделениязаднего фронта.На чертеже представлена структурная схема устройсгва для измерениячастоты сигналов,Устройство содержит счетчик 1 остатка, счетчик 2 периода, грубыйсчетчик 3, прецизионный счетчик 4,триггеры 5-7, ключи 8-11, формирователь 12, блок 13 выделения периода,опорный генератор 14, делители 15 и16 частоты, блок 17 выделения заднего фронта, группы элементов И 18 и19, блоки 20 и 21 сравнения, элеменИЛИ 22. Устройство работает следующим образом.При отсутствии входных сигналов 5 счетчик 1 остатка, счетчик 2 периода, грубый счетчик 3, прецизионный счетчик 4 и дополнительный триггер 5 находятся в нулевом состоянии, первый ключ 9 закрыт низким потенциалом, снимаемым с триггера 7, ключ 8 открыт для прохождения импульсов измеряемого сигнала с выхода формирователя 12 потенциалом, снимаемым с триггера 6, третий ключ 11 закрыт низким потенциалом, снимаемым с выхода блока 13 40 выделения периода, а ключ 10 закрыт низким потенциалом, снимаемым с триГ- гера 5. На цифровых индикаторах грубого 3 и прецизионного 4 счетчиков высвечиваются нулевые показатели. 65 При подаче на вход устройства сигналов измеряемой частоты, они превращаются формирователем 12 в последовательность коротких импульсов,Проходя через открытый ключ 8, этиимпульсы регистрируются грубым счетчиком 3. Ключ 8 открывается на калиброванный интервал времени, формируемый с помощью опорного генератора14, делителя 15 и триггера б. Первыйже импульс, который появляется навыходе ключа 8, опрокидывает триггер 7, который устанавливает делитель 15 в исходное нулевое состояние.В калиброванный интервал временипопадает целое числопериодов и неполная часть периода сигнала, причемэта часть оказывается в конце калиброванного интервала, Целое число периодов измеряется с помощью счетчика 3, а часть периода записываетсяв счетчик остатка, при этом напряжение опорного генератора 14 черезоткрытый ключ 9 подается на входсчетчика 1, который сбрасывается в"0" каждым очередным импульсом входного Сигнала, После сброса последнимина калиброванном интервале сигнальным импульсом счетчик 1 заполняетсячастично, причем его показания пропорциональны длительности неполнойчасти периода сигнала, оказавшейсяв калиброванном интервале,Одновременно происходит заполнение счетчика 2 периода импульсамиопорного генератора через ключ 11,который открывается блоком 13 выделения периода на время, равное периоду входной частоты. Таким образом,в счетчике 1 оказывается записаннымчисло импульсов опорного генератора,пропорциональное неполной части периода, а в счетчике 2 - число техже импульсов, пропорциональное периоду входной частоты,Блок 17 выделения заднего фронта формирует короткий импульс, по времени совпадающий с задним фронтом импульса триггера 7 и, следовательно, с окончанием калиброванного интервала. Выходной импульс блока 17 открывает элементы И 18 первойгруппы по вторым входам и опрокидывает триггер 5. При этом на установочные входы триггеров блока 21 сравнения подаются импульсы в соответствии с кодом, снимаемым с отдельных разрядов счетчика 1 остатка. Положительный потенциал, подаваемый на вход ключа 10 с триггера 5, после его опрокидывания открывает ключ 10 и импульсы опорного генератора начинают посту- . пать через декадный делитель 16 на вход блока 21 сравнения. Блок 21 сравнения представляет. собой счетчик, имеющий столько же разрядов, сколько и счетчик 1 остатка, но работающий в режиме вычитания.Так как в блоке 21 сравнения оказался установленным такой же самыйкод, что и в счетчике 1 остатка, топо мере поступления входных импульсов число, записанное в нем,все время уменьшается. При установке всехтриггеров блока 21 сравнения в "0" сего выхода снимается импульс.Одновременно импульсы опорногогенератора с выхода ключа 10 поступают на вход второго блока 20 сравнения, который представляет собой вычитающий счетчик с принудительнойустановкой кода, имеющий число разрядов, равное числу разрядов счетчика 2 периода, При установке всехтриггеров блока 20 сравнения в нулевое состояние, с его выхода снимается импульс, который через элемент ИЛИ22 открывает вторую группу элементовИ 19 по вторым входам и производиттаким образом перепись кода из счетчика 2 в блок 20 сравнения, после чего описанный процесс непрерывно повторяется.Этот процесс происходит до техпор, пока выходной импульс блока 21сравнения не возвращает триггер 5в исходное состояние. Низкий потенциал этого триггера закрывает ключ10 и поступление импульсов опорногогенератора на вход блока 20 сравненияпрекращается. При этом прецизионныйсчетчик 4, подключенный к выходу блока 20 сравнения, фиксирует число циклов указанного процесса,Если грубый счетчик фиксирует результат вычисления неизвестной частоты с точностью до 1 Гц, то показанияпрецизионного счетчика пропорциональны дробной части неизвестной частоты,вычисленной по части периода, попавшего в калиброванный интервал где Г - дробная часть неизвестнойчастоты;я - количество импульсов, записанных в счетчике 1 остатка;в - количество импульсов, записанное в счетчике 2 остатка;коэффициент деления делителя 16, равный10 (где 5=0, 1, 2, 3,).Суммарная случайная погрешность измерения частоты определяется погрешностью квантования К,=111 отиьм и ,погрешностью вычисления отношенияящ равнойдр.=и(101 к, т. е.8+ фоТизм 10 кПоскольку 10можно выбрать достаточно большим, то всегда можно обеспечить, чтобы д- 0 доп где Одой - допустимая погрешность) в более широком10 периода, выходы разрядов которого через вторую группу элементов И подключены к установочным входам второгоблока сравнения, выход первого триг 15 20 25 30 35 40 45 50 51 60 65 диапазоне частот, чем в известномустройстве,Формула изобретения Устройство для измерения частоты сигналов, содержащее два делителя частоты, опорный генератор, выход которого подключен к первому входу первого делителя частоты, второй входкоторого соединен с выходом первоготриггера и первым входом первогоключа, выход первого делителя частоты подключен ко входу второго триггера, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым входам первого триггера и второго ключа, выход которого подключен ко второму входу первого триггера и счетному входу грубого счетчика,формирователь, выход которого соединен со вторым входом второго ключа,и прецизионный счетчик, о т л и ч а Ъ ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения в широком диапазоне частот, в него дополнительно введены счетчики остатка и периода,два блока сравнения, две группы элементов И, з.емент ИЛИ, два клоча,триггер, блок выделения периода, блок выделения заднего фронта, причем выход второго ключа подключен к установочному входу счетчика остатка,счетный вход которого соединен с выходом первого ключа, выходы разрядов счетчика остатка через первую группу элементов И подключены к установочным входам первого блока сравнения, выход которого соединен с первым входом дополнительного триггера, второй вход которого соединен с управляющими входами первой группы элементов И, выходом блока выделениязаднего фронта и первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключенк управляющим входам второй группыэлементов И, выход дополнительноготриггера соединен с первым входомпервого дополнительного ключа, выходкоторого подключен через второй делитель частоты к управляющему входупервого блока сравнения и непосредственно к управляющему входу второгоблока сравнения, выход которого соединен со вторым входом элементаИЛИ и счетным входом прецизионногосчетчика, выход формирователя черезблок выделения периода подключен кпервому входу второго дополнительного ключа, второй вход которого соедннен с выходом опорного генератора,вторыми входами дополнительных ключей,. Выход второго дополнительного ключа соединен со счетным входом счетчикаСоставитель Е,МосолковТехред И.Рейвес КорректОр С.Юекмар Редактор О,МалецПодписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Заказ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,гера соединен со входом блока выделения заднего фронта.Источники информации, принятые во внимание при зкслертизе