Цифровой частотомер

О П И С А Н И Е1918873ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветскикСоциалистичвсиикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУГаеударстеенныб кемнтет СССР вв денем нзебретеннй и втнрытнйОпубликовано 0 7. 04. 82, Бюллетень М 1 3 Дата опубликования описания 07.04.82 гБ.Д.Никифоров, К;Г.Красноселод, В.Й.Головин,В.А.Гасилов, И.А,Журавлев, А.ц,Пыров . " . "-и 6,И.Ветлугин(72) Авторы изобретения электромеханический железнодорожного тр 71) Заявител ит ьс орт(5 ФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР не- ного час-, с ри ого устроиства рониэации этало одом измеряемой ит к неполному ной информации измерениях, а ению точности иэ ценке скорости Недостаток эт бходимость, синх нтервала с пери оты, что привод ользованию вход оследовательных овательно к сниж ий и неточной о лезме Изобретение относится к преобразователям частотной формы представ" ления информации в цифровую и может быть использовано в различных измерительных, преобразовательных прибо+ рах, системах автоматического управ".5 ления с частотно-импульсными датчи" . ками и системах передачи информации.Известно цифровое устройство для измерения частоты, основанное на10 подсчете целого числа периодов и уче. те дробной части периода в эталонном интервале времени измерения, начало которого совпадает с началом периода измеряемой частоты 111,рения частоты по двум соседним интервалам измерений,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому изобретениюявляется цифровой частотомер, содержащий реверсивный счетчик, делительопорной частоты, набор элементовсовпадения, элемент сборки, регистрпамяти и схему синхронизации моментазаписи информации из реверсивногосчетчика в регистр с импульсами измеряемой частоты 21.Это устройство обладает высокимбыстродействием, возможностью получения умноженного значения измеряе"мой частоты.Недостатком его является низкаяточность из-за нестабильного интервала времени между моментами переноса информации в выходной регистр,Кроме того, умноженное значениеизмеряемой частоты воспроизводитсяс большой. динамической ошибкой, апри низкой измеряемой частоте эапаэдывание переноса информации в выходной регистр, обусловленное синхронизацией переноса сигналами измеряемойчастоты, приводит к появлению колебательных переходных процессов. Этинедостатки ограничивают области применения устройства.Цель изобретения - повышение точности измерений, расширение диапазона измеряемых частот и функциональных возможностей за счет возможностиполучения умноженного значения измеряемой частоты и частоты, пропорцио"нальной ее производной,Поставленная цель достигается тем,что в цяфровой частотомер, содержащий реверсивный счетчик, делительопорной частоты, выходы которогоподключены к первым входам группыэлементов совпадения, входы которойподключены к входам элемента сборки,и ключ,счетный вход делителя опорной частоты соединен с шиной опорной частоты, введены фазовый дискриминатор, два ключа и делитель частоты, причем управляющие входы первого и второго ключей подключены кпервому выходу фазового дискриминатора, второй вь ход которого подключен к управляющему входу третьегоключа, информационный вход которогосоединен с шиной опорной частотыа выход с суммирующим входом реверсивного счетчика и одним иэ входовэлемента сборки, выход которого подключен к информационным входам первого и второго ключей, выход последнего иэ которых через дополнительныйделитель частоты подключен к первомувходу фазового дискриминатора, второй вход которого соединен с шинойизмеряемой частоты, выход первогоключа соединен с вычитающим входомреверсивного счетчика, выходы разрядов которого подключены ко вторымвходам группы элементов совпадения. На чертеже представлена структурная схема цифрового частотомера.Цифровой частотомер содержит реверсивный счетчик 1, делитель 2 опор" ной частоты, группу 3 элементов совпадения, элемент 4 сборки Фазовый дискриминатор 5, дополнительный делитель 6 час,оты, ключи 7, 8 и 9. Выходами устройства являются выходы реверсивного счетчика 1, код которого изменяется пропорционально измеряе" мой частоте, выход ключа 7, формирую 1 О фазового дискриминатора 5. Разность 15 20реверсивного счетчика, соединенногос управляющим входом этого элементасовпадения.Элемент 4 сборки суммирует частоты, 45 пропорциональные весам разрядов ревер"сивного счетчика, в которых записаныединицы, т.е. на выходе этой цепиформируется частота, пропорциональнаякоду в реверсивном счетчике 50КЯ 1 МВын = ц +1где И - код в реверсивном счетчике;Ищ - максимальное значение И;Х- опорная частота.55 Для получения умноженного значения частоты величина опорной частотыдолжна удовлетворять условию ц 7 нВ исходном, состоянии фазового дискри 25 36 35 щего умноженное значение измеряемой частоты и выходы ключей 8 и 9, формирующих частоту, пропорциональную производной измеряемой частоты.Частотомер является следящей системой с частотной формой представления информации, Сравнение измеряемой частоты с частотой обратной связи осуществляется по Фазе с помощью фаз преобразуется в частоту с помощью ключей 8 и 9. Эта частста интегрируется реверсивным счетчиком 1, код которого преобразуется в пропорциональную частоту делителем 2, элементами совпадения группы 3 и элементом 4 сборки. Делитель 6 служит для согласований масштабов частоты, пропорциональной коду реверсивного счетчика, с входной частотой. Наличие двух интеграторов в замкнутом контуре следящей системы (реверсивного счетчика и интегральной зависимости между часто 1.ой и фазой сигнала обратной связи) может вызвать автоколебания. Поэтому для обеспечения устойчивости схемы измерения. и получения качественных переходных процессов частота с входа реверсивного счетчика 1, среднее значение которой пропорционально производной выходного кода реверсивного счетчика, суммируется 1 с учетом знака производной) с частотой сигнала обратной связи элементом 4 и ключом 7Код реверсивного счетчика 1 подается на управляющие входы группы 3 элементов совпадения, На импульсные входы каждого элемента совпадения группы 3 от делителя 2 подается частота, пропорциональная весу разрядаскважностью. Ключ 8(9) пропускает на суммирующий (вычитающий) вход счетчика 1 пачки импульсов, увеличивающие .(уменьшающие) содержимое счетчика 1 до тех пор, пока Фазы входного сигнала и сигнала обратной связи не совпадут.При постоянной скорости изменения входной частоты скважность на выходе фазового дискриминатора (1 устанавливается такой величины, цто скорость изменения кода в счетчике 1, равная входной частоте, пропорциональна скорости изменения входной частоты,Иаксимальная динамическая ошибка отслеживания частоты, изменяющейся с постоянной скоростью, в известном циклическом частотомере в 1,5 раза частотомере. Также отсутствует динамическая ошибка умноженного значенияизмеряемой частоты на выходе ключапредлагаемого устройства в этом режиме.При исчезновении входной частоты в известном устройстве исчезает перенос информации в выходной регистр, что приводит к сохранению последнего измеренного значения частоты на неограниченное время, Предлагаемый частотомер этим недостатком не обладает, так как изменение кода в реверсивном счетчике начинается до окончания периода входной частоты.Использование фазового дискриминатора в качестве сравнивающего элемента в цастотомере, являющемся цифрС вой следящей системой с частотной формой представления информации,позволяет обеспечить высокую точность сравнения измеряемой частоты и частоты обратной связи. За счет коррекции умноженного значения измеряемой частоты и изменения числа в реверсив 35 ном счетчике в конце каждого периодавходной частоты существенно уменьшаются динамические ошибки в умноженномзначении измеряемой частоты, в 1,5раза уменьшаются динамические ошибки в измеренном значении частоты,расширяется область устойчивостичастотомера в диапазоне низких частот. Цифровой частотомер, содержащий реверсивный счетчик, делитель опорной частоты, выходы которого подклю 5 918873 6минатора 5 ключи 8 и 9 закрыты, ключ7, подключенный к выходу фазовогодискриминатора 5 через инверсный вход,открыт, При поступлении импульсавходной частоты раньше импульса частоты обратной связи фазовый дискримина- .тор 5 переходит во второе состояние,при котором ключ 8 открывается, импуль.сы с частотой Е х поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 1 10и суммируются элементом 4 с частотой,пропорциональной коду реверсивногосчетчика 1, до тех пор, пока не выраф ботается импульс на выходе делителя6 и фазовый дискриминатор 5 не вер-15нется в исходное состояние. При болеераннем приходе импульса с выхода делителя 6 фазовый дискриминатор 5 переходит в третье состояние, при кото-больше, чем в предлагаемом. следящемром открывается ключ 9 и закрывается 20ключ 7. При этом импульсы частоты,.пр )порциональной коду реверсивногосчетчика, начинают поступать на вычитающий вход реверсивного счетчика1 и отключаются со входа делителя 6, 25что эквивалентно вычитанию из частоты обратной связи частоты, поступающей на вычитающий вход. При приходеимпульса входной частоты фазовыйдискриминатор 5 возвращается в исходное состояние.В установившемся режиме работы припостоянной входной частоте цисло всчетчике 1 пропорционально входнойчастоте, частота на выходе ключа 7равна входной частоте, умноженнойна коэффициент деления делителя 6,Входные импульсы и импульсы на выходеделителя 6 совпадают не только почастоте, но и по фазе с тоцностьюдо периода умноженной частоты на входе делителя 6. Точное совпадение фазвходных импульсов обратной связи невозможно, поэтому фазовый дискриминатор срабатывает на каждом периоде,45. пропуская на суммирующий (вычитающий)вход реверсивного счетчика 1 одинимпульс. Этот же импульс суммируетсяс умноженной частотой в цепи обратной связи (вычитается из нее),50Таким образом, пульсации числа всчетчике 1 на единицу младшего разряда характерные для цифровых системизмерения, наблюдаются и в предлагаемом устройстве, Формула изобретенияПри увеличении (уменьшении) входной частоты на выходе фазового дискриминатора 5, соединенном с ключом8(9) появляются импульсы с некоторой918873 Составитель Л. ПлетневаТехред И. Гергель Корректор И. Шаров Редактор АКозориз 8 Тираж 719ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 113035, Москва, И; Рауш Подписноомитета СССРоткрытийкая наб д. 4/5 аз 2131/2 ктная, 4 лиал ППП фПатен Ужгород, ул цены к первым входам группы элементовсовпадения, выходы которой подключены к входам элемента сборки, и ключ,причем счетный вход делителя опорнойчастоты соединен с шиной опорной 5частоты, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностиизмерений, расширения диапазона измеряемых частот и функциональных возможностей, в него введены фазовый фдискриминатор, два ключа и делительчастоты, причем управляющие входыпервого и второго ключей подключенык первому выходу фазового дискриминатора, второй выход которого подклю-чен к управляющему входу третьегоключа, информационный вход которогосоединен с шиной опорной частоты, авыход - с суммирующим входом реверсивного счетчика и одним из входов 20 элемента сборки, выход которого .подключен к информационным входам пер"вого и второго ключей, выход последнего из которых через дополнительный делитель частоты подключен кпервому входу фазового дискриминатора, второй вход которого соединенс шиной измеряемой частоты, выходпервого ключа соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика,выходы разрядов которого подключенык вторым входам группы элементовсовпаденияИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР М 567145, кп, С О 1 й 23/10, 1974,2. Авторское свидетельство СССР 1 402818, кл. С 01 й 23/00, 1972.