Цифровой способ измерения частоты повторения электрических импульсов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцналнстнческнхРеслублнк 947780(22) Заявлено 29.10,80 (21) 2996438/18-21с присоединением заявки МВ(1) М Кп 3 С 01 Н 23/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(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 течениепериода из постоянного числа импульсов, частота которых функциональнозависит от времени вычитания 11.Недостатком этого способа является низкая точность воспроизведениязакона Формирования вычитающим импульсов, что ограничивает рабочийдиапазон измерения.Наиболее близким по техническойсущности является способ измерениячастоты, основанный на вычитаниииз числа импульсов, частота которыхизменяется обратно пропорциональноразности квадрата и первой степеничисла импульсов опорной чистоты,поделенной с постоянным коэффициентом,Способ обеспечивает повышеннуюточность воспроизведения обратногозакона при формировании вычитающихимпульсов 2) .Однако.его недостатком являетсязначительная погрешность в области высоких измеряемых частот вследствиебольших значений производной обратной Функции, что ограничивает область применения данного способа.Этот недостаток обусловлен особенностями линейной интерполяции, спомощью которой осуществляетс% аппаратурная реализация нелинейности, 1 О Цель изобретения - расширениедиапазона измеряемых частот.Поставленная цель достигаетсятем, что в цифровом способе измерения частоты повторения электрическихимпульсов, основанном на вычитаниииз кода наибольшей измеряемый частоты импульсов входного сигнала,частота которых нелинейно зависйтот времени, отсчитываемого с момента начала очередного периода измерения, и Фиксации остатка вычитанияв момент окончания очередного периода измерения, величину периода входного сигнала сравнивают с эталоннымвременным интервалом, разделяющим 25 диапазон иэмеряе х частот на области повышенных и пониженных значениЯ,при значениях периода входного сигнала меньшего величины эталонноговремени интервала и с начала очеред.ного периода измерения Формируютзначение частоты входных импульсовпо формуле рирования вычитающих импульсов с убыубываищии итогом, представляющий собоП код мгновенного значения изме-. ряемой частоты Р; затеи перечисленные операции повторяются в том же порядкеВ 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 измеряемой частоты, уменьшение методической погрешности достигается расположением изломов ломаной с шагом ьР, а не с шагом дТ, 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-и)В и) Оп-и-л) Ф -юппп+и - щ+иДВЬч бйК10 )О 10 К, ЛОК)Ч. Р -Р ),1. ло"где величина знаменателя выбйрается минимально большей, наибольшего значения числителя для получения наи,большей частоты вычитающих 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 предлагаемому способу, процесс измерения выглядит следующим образом: о 1 ооо. 1 ооо10 - 9 00 0О О 250 7 - 7Го гГоб о - б10 10 00 1430 бб 5 500 где Р. - частота повторения иипульсов входного сигнала;Р и - опорная частотав - постоянное числооп . - число Формируемнх импульсов,10 - эацанная константа. 10На Фиг. 1 изображена временнаядиаграмма апроксимирующих кривых,поясняющая принцип работы устройства для осуществления предложенногбспособа на фиг. 2 - структурнаясхема устройства, реализующегопредлагаемый способ,На диаграмме фиг.1). приведеныследующие обозначения, Г в . Наибольшее значение измеряемой частоты,ОР - шаг частоты, соответствующийуйеньшению числа импульсов и на единицу, а й 0 - интервал времени, соответствующий наибольшей измеряемойчастоте, Р - измеряемая частота,номер периода иэиеряеиой частоты и - число формируемых импульсов,поделенных с постоян)лым коэффициентом, дГ;" - остаток результата интегрирования с убнвающии шагом,Способ заключается в реализацииследующих операций.В момент окончания очередного1-ого периода осуществляется фиксация кода остатка результата интегрирования с убывающим итогом (кривая 35на Фиг.1), численно равного значениюР измеряемой частоты, затем осуществляется ввод в соответствующие узлы кодов постоянного числа в и кода Р наибольшей измеряемой частоты, 40с момента начала следующего 1+1 периода осуществляется отрезка нулевого уровня путем Формирования короткого интервала времени ь 1 во моиентокончания которого соответствует периоду наибольшей измеряемой частоты,или началу диапазона измерения.С момента окончания короткогоинтервала: времени . ь й осуществляется .формирование вычитающих имимпульсов путем умножения импульсовопорной частоты на разность квадрата и первой степени числа а-п),которое в свою очередь равно разности между постоянным числом и числомимпульсов формируемой частоты, поделенной с постоянным коэффициентомделения (цифровой эквивалент числаи представляет собой номер отсчеташага аР в числоимлульсном представлении), Интегрирут формируемые импульсы с убывающим итогои путем их вычитания иэ кода наибольшей измеряемой частоты, в момент окончания следующего, а теперь очередного 1+1периода фиксируется результат интегИз данного примера видно, чтоизменение кода Г 1 остатка на 100 Гцсоответствуют моменты времени Т 1,т,е. изломы располагаются с шагом100 Гц и на участке изменения кодаостатка 1000500 Гц число звеньев 5ломаной равно пяти. Для сравненияможно заметить, что в прототипе напервом участке при том же изменениикода остатка вдвое имеется лишь одна ломаная, а увеличение числа из Оломов,в пять раз уменьшает методическую погрешность способа почти надва порядка, в чем и заклнчаетсяпринципиальное отличие предлагаемого способа. 15Устройство, реализующее предлагаемый способ состоит из Формирователя1 коротких импульсов, элемента 2задержки, генератора 3 опорной частоты, блока 4 отрезков нулевогоуровня, блока 5 умножения, делителя б, блока 7 .вычитания, вычитающего Счетчика 8, блока 9 вентилей,первой входной шины 10, второй входной шины 11 (управления), первой ивторой шин 12 и 13 ввода коэффициентов умножения, выходной шины 14.Устройство работает следующим об -разом,При наличии разрешения на второйвходной шине 11, в момент окончания1-ого периода с выхода Формирователя 1 поступает импульс, осуществляющий считывание кода остатка Г равного мгновенному значению частоты за1-ый период, через блок 9 вентилей 35с выходов вычитающего счетчика 8.Этот же импульс, пройдя через элемент 2 задержки, осуществляет установку в ноль блока 5 умнокения иделителя б с постоянным козффициентом деления, а также записывает кодчисла щ в блок 7 вычитания и кодчисла Е в вычитающий счетчик 8 иустанавлквает в исходное положениеблок 4 отрезков нулевого уровня, 45.в результате чего сигнал с.выходаблока 4 запирает блок 5 улноженияи осуществляет Формирование интервала времени с выхода генератора 3опорной частоты, а в момент окончания упомянутого интервала времени50сигналом с выхода блока 4 отпирается блок 5 умножения и начинаетсяформирование вычитающих импульсов,которые поступают на входы делителяби вычитающего счетчика 8. По поступлению каждого очередного числа4 Р импульсов на вход делителя б,с его выхода поступает импульс навход блока 7 вычитания, а с еговыходов по первой и второй шинам б 012 и 13 на входы блока 5 умноженияподаются коды чисел (щ-и) и (и-и)соответственно, которые реализуютв блоке 5 с помощью, наприлер, декадных двоичных умножителей в виде , б 5 коэФФициентов (и-и)/10 и (ю-и)/10.Суммарный же коэффициент передачиблока 5 умнбжения равенщ-и) и-в) е-п 1 -(п-е)Ю лО МО 40или пропорционален разности квадрата и первой ступени числа., равного разности между постоянным числом и и числом и - число вычитающих импульсов, поделенных с постоянным коэффициентом деления. В момент окончания 1+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 известным показывает, что он об" ладает более высокой точностью в области повышенных значений измеряемых частот и его использование.в данной области измерений являЕтся предлочтительныи.Экономический эффект от использования предлагаемого способа в многоканальных информационно-измерительных системах составит не менее 20 тыс.руб. в год.Формула изобретенияЦифровой способ измерения частоты повторения электрических импульсов, основанный на вычитании 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, о т л и ч а ю щ и й с я тЬм, что, с целью увеличения диапазона измеряемых частот, величину периода входного сигнала сравнивают с эталонныл 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 формулегде 1 - частота .повторения импульсов входного сигналаГоп - опорная частота;и - постоянное число;947780 1. Лвторское свидетельство СССР9370536, кл. 6. 01 й 23/00, 1973.2. Лвторское свидетельство СССРпо заявке В 2822939/18-21,кл.01 й 23/00, 1980 (прототип). Риз.2. Составитель Н.КаплинРедактор Н,Гришанова Техред С, Мигунова Корректор Ю.Макаренк 645/69 Тираж 7 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 13035, Москва, Ж, РаушсЭака пиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,и - число Формируемых импульсовк10 - заданная константа. Источники информации; принятые во внимание при экспертизе