Способ измерения частоты

(2) 12 2/п(п+1) (и+2), (3)45 равной статической погрешности известных способов.Статическая (шумовая) погрешность измерения обусловлена шумами, присутствующими во входном сигнале, шумами формирующих элементов измерителя и,50 наконец, шумами от квантования. Эта погрешность зависит от суммарной мощносттц Сш шумов, времени усредненияи вида весовой функции д(,ь ) (весовых коэффициентов р,), реализуемой 5 и змерителем.Динамическая погрешность - разность межцу результатами измерения и входмого сигнала. При этом по каждому-ому короткому импульсу измеряемогосигнала осуществляют суммирование свесом я " смежных сигналов, несущих информацию о числе К; + квантующих импульсов в каждой серии, задержанных соответственно на О, 1,2,(и) периодов относительно -гопериода исследуемого сигнала, т.е.измеренное значение среднего периодаи частоты исследуемого сигнала полуФчают после каждого -ого короткогоимпульса измеряемого сигнала соответственно в виде 15вТ, = Е К,;К (1)1=1Г. = 1/Т,.Из выражения (1) следует, что вустановившемся режиме, т.е. прии,значение Т 1 равно оценке среднего изи периодов измеряемого сигнала, а"мертвое" время Ти между смежными моментами папучения измерительной информации равно Т = Т,: Т,На весовые коэффициенты 8 ь +, дляполучения несмещенной оценки накладыивается ограничение,",5 д + = 130Например, при я . +, = 1/и = сопятреализуется простейший среднеинтегральный алгоритм с дисперсией статической погрешности измерения, равной5 = 262/ЪР, 35где 62 - дисперсия погрешности кванотования при измерении одного периода 6,2 = й/12.. При ь п 1+ = 63 (и+1) /п(п+1) (и+2) 40имеем оптимальный алгоритм цифровогоизмерения частоты с дисперсией статической погрешности измерения ной величи ной, и зме няющейся во вр емени, при нулевой ста,ической погрешности измерения. Динамическая погрешность зависит от ширины спектра измеренного сигнала, времени усреднения и от интервала квантования измеряемой величины.Для определения динамической погрешности ЙТ рассмотрим линейную модель изменения периода входного сигнала Т = Т + ЫТ, где То = сопят а также будем считать, что в интервалах между моментами получения измерительной информации эа измеренное значение принимается результат измерения Т полученный в предыдущем цикле из мер ения, Тогда, пр ене брега я для .простоты статической погрешности, получимЬТ = Т, - Т;, =,К 8Т-+и(4)Сравнение с известныя способами позволяет определить вынгрьпп Я в повышении точности измерения эа счет снижения динамической ошибкиО = пТ/Т = и.Для предлагаемого способа динамическая ошибка измерения оказывается в и раз меньше по сравнению с известными способами, благодаря уменьшению)л мертвого" интервала времени меяду отсчетами измерительной информации. Учитывая, что на практике и ) 1 выигрыш в повышении точности получается весьма существенным.Устройство, реализующее способ измерения частоты (фиг.1), содержит последовательно соединенные генератор 1 опорной частоты и формирователь 2 квантующих импульсов, а также формирователь 3 импульсов измеряемого сигнала, счетчик 4, элемент 5 задержки, сумматор 6, и умножителей 7, и после)довательно соединенных регистров 8 памяти, и последовательно соединенные дешифратор 9 и индикатор 10. Вход формирователя 3 импульсов измеряемой частоты является входом устройства, реализующего способ для измерения частоп ы, выход формирователя импульсов10 15 20 25 Т=ТСо 11 30 35 40 45 50 55 соединен со входом элемента 5 задержки и со входами синхронизации сумматора 6 и регистров 8 памяти, Выходэлемента 5 соединен с входом сбросас ч етчи ка 4, сч етный вход кот ор ог осоединен с выходом формирователя 2квантующих импульсов, а выход - свходом первого из и последовательносоединенных регистров 8 памяти. Выходкаждого регистра 8 памяти соединен спервым входом соответствующего умножителя 7, Вторые входы умножителей 7подключены к соответствующим кодовымвходам устройства, а выходы - к ицЬормациоццым входам суиматоров б, Вы-.ход сумматора 6 соединен с входом дешифрат ар а 9 .Входной сигнал, частоту (период)которого необходимо измерить, поступает на формирователь 3 импульсов измеряемой частоты (фиг,2 а), на выходекоторого образуется поток короткихимпульсов, соответствующих моментамперехода сигнала через нулевой уровень с положительной производной(фиг.2 б), Эти импульсы поступают навходы синхронизации записи регистров8 памяти и, через элемент 5 задержки,на вход сброса счетчика 4, На счетныйвход счетчика 4 поступают квантующиеимпульсы с выхода формирователя 2квантующих импульсов, сформированныхиз сигнала генератора 1 опорной частоты. Таким образом, д-ый импульс измеряемой частоты переписывает код а,числа К квант.ющих импульсов, сформированных в интервале времени Т;между (х)-ым и .-ым импульсами измеряемой частоты, с выхода счетчика4, в первый регистр 8 памяти, а кода; числа К квантующих импульсов,сформированных в предыдущий интервалвремени Т; - во второй регистр 8памяти, код а; +, числа К +, квантующих импульсов, сформированных винтервале времени Т; + которыйпериодов входного сигнала предшествовал интервалу времени Т переписывается в 3-ый регистр 8 памяти. По аналогии код а; +, числа К; и+квантующих импульсов, сформированных в интервале времени Т; и+ предшествовавшем и периодам входного сигнала томуназад интервалу времени Т , переписывается в и-ый регистр 8 памяти. Послеокончания -ого импульса входного сигнала коды с выходов регистров 8 памя ти поступают на входы соответствующих умножителей 7, ца другие входы которых поступают коды весовых коэффициентов соо ве. с веццо у, В и 1,, од Коды результатов ум - ножация К,8, ГК 1-цапо ,К ",суммируются в сумматоре б. Следовательно, после -ого импульса измеряемой частоты на выходе сумматора 6 формируется код числаИС,=, К; ,8Одновременно по д-ому импульсу измеряемой частоты код, сформированный на выходе сумматора 6 в предыдущем периоде выходного сигнала, поступает в дешифратор 9, и в индикаторе 10 фиксируется значение Измеренного среднего периода входного сигнала. Поскольку код числа К; + образуется путем счета квацтующи импульсов с периодом С в течение интервала. времени между (д. - 1)-ым и (-1+1) импульсами измеряемой частоты, т.е. в тече 1 цие интервала Т; , то оценки соответственно периода и частоты измеряемого сигнала получаются в видей = 1/с С,. (6) Данное устроиство реализует предлагаемый способ измерения частоты, в котором задержку кодов а, осуществляют (и) регистров 8 памяти, которые могут быть выполнены, например, в виде оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) . В этом же ОЗУ могут быть размещены коды весовых коэффициентов я . Умцожители 7 и сумматор 6 могуб Фбыть реализованы, например, в виде центрального процессорного элемента (1713) на базе микропроцессорного комплекса (ИПК). Регистр 8 памяти, стоящий непосредственно на выходе счетчика 4, спурт для хранения кода а, числа 1; квантующих импульсов, сформированных в интервале времени Т так как счетчик 4 непосредственно после окончания -ого импульса измеряемого сигнала начинает счет квантующих импульсов, формируемых в интервале времени Т; 1, примыкающем к интервалу времени Т; . Среднее время между моментами формирования кода результата измерения на выходе сумматора 6 равно периоду Т измеряемого сигнала при времени усреднения ь пТ.Таким образом, благодаря использованию дополнительных операциИ осу 1613968ществлению (и) задержек кода а, числа К квантующих импульсов, зафиксированных за -ый период Т измеряемого сигнала и весового суммиро%Ъ. 5 вания с весом д 1 кодов а1.1, ,задержанных соответственно на 0,1, 2пипериодов предлагаемый способ измерения частоты позволяет существенно (на несколько порядО ков) по сравнению с известным повысить точность измерения за счет уменьшения динамической погрешности при той же статической погрешности и змер ения . 15Известный способ цифрового измерения частоты характеризуется тем, что числовые значения измеряемой величины формируются в моменты времени, разделенные интервалом времени усредО нения Ф, т.е, имеет место дополнительная дискретизация измеряемой вегь личины во времени с интервалом ю который во многих случаях существенно превышает максимально допустимый ин тервал временной дискретизации, определяемойй теор емойЙ.А. Котельникова.Представленный способ измерения частоты обеспечивает возможность формирования перекрывающихся интервалов времени усреднения ь последовательно сдвинутых во времени на один пери,од входного сигнала. Следовательно, числовые отсчеты результата измерения в способе следуют друг с другом с ин- З 5 тервалом времени, равным периоду входного сигнала, т.е. в данном способе отсутствует паразитная методическая временная дискретизация измеряемой величины с интервалом ь, и обеспечи Олвается снижение динамической погрешности измерения в и раз, где и - число усредняемых периодов входного сигнала,Формула изобретенияСпособ измерения частоты, основанный на формировании коротких импульсов в моменты перехода с положительной производной сигнаЛа измеряемой частоты через фиксированный уровень, формировании квантующих импульсов образцовой частоты Г = 1 й, формировании серий квантующнх имйульсов образцовой частоты, образуемых в смежных временных интервалах, эаключенных между сформированными короткими импульсами измеряемой частоты, а также на весовом суммировании серий квантующих импульсов, о т л и чающи йс я тем, что, с целью повышения точности измерений серий квантующих импульсов, в каждой из которых содержится К,; + импульсов образцовой частоты, дополнительно (и) раз задерживают на интервал времени Т +, равный соответствующему периоду измеряемого сигнала, через интервалы времени, равные периоду измеряемого сигнала, осуществляют суммирование смежных и серий квантующих импульсов, задержанных соответственно, на (и) периодов измеряемого сигнала с весом я, где 1 = 1, 2, и, и - число периодов измеряемого сигнала, а средний период Т; и среднюю частоту Р измеряемого сигнала определяют по формуламРедактор И,С Корректор Л.Обруч Прои ЗаВНИИП ставитель Ю.Минхред Л.Олийныкф 91 Тираж 557 Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10