Устройство для измерения частоты

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИЛЕТГЛЬСТВУ Союз Советскик Свциапистическик Республикц 01 К 23/02 исоединением заявки Государственный комитеСовета Министров СССРно дедам изобретенийи откры гий(43) Опубликовано 01278, Ь (45) Лата опубликования оп ния 10.1278 72) Авторы изобретени,В,Кирианаки и С.С,Кочеркевич 1) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ Изобретение относится к области измерительной техники и может применяться в случаях повышенных требований какк скорости,так и точности измерениянизкой частоты. Такие требования возникают, например, в информационно-измерительных системах, в системах контроля и управления объектами и другихобластях.Известно устройство для измерениячастоты, содержащее генератор пилообразного напряжения, преобразователи,логические схемы 11,Однако, это устройство характеризуется ограниченными возможностямирасширения диапазона в сторону низкихчастот, а также невысокой точностиизмерения,Известно также устройство для измерения частоты, содержащее два интегратора, блок управления коммутаторами,элементы сравнения, формирователь Я,Однако, это устройство также имеетневысокую точность измерения и узкийчастотный диапазон,Цель предлагаемого изобретениярасширение частотного диапазона и повышение точности измерения. Она достигается тем, что в устройство для измерения частоты, содержащее формирователь периода, тенточник эталонной частоты, первый выход которого подключенк гервым входам двух элементов сравнения, вторые входы которых подключенысоответственно к выходам интеграторовпараллельно которым включены коммутаторы сброса, управляющие входы которыхсоединены с первым и вторым .входамиосновного блока управления коммутаторами, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к управляющим входам двух входных коммутаторов, триггерг входы которого соединены с первым й вторым входами основного блока управления коммутаторами,а первый выход триггера подключен кпервому входу счетчика импульсов, дополнительно введены цифро-аналоговыйпреобразователь, коммутатор преобразователя, коммутатор эталонной частоты,блок управления коммутаторами, двакоммутатора перекрестных связей, элементы сборки, два элемента коррекциикрутизны, блок автоматического выборапредела и полосы, блок опорный последовательности импульсов, блок коррекции крутизны, первый и второй входыкоторого соединены соответственно стретьим и четвертым входами основногоблока управления коммутаторами, с выходами элементов сравнения и со входами элемента сборки, выход которого подключен к первому входу триггера, второй выход триггера соединен с первым выходом блока опорной последовательности импульсов, второй и третий выходы которого соединены соответст венно с третьим входом блока коррекции крутизны и с пятым входом основного блока управления коммутаторами, шестой вход которого соединен с первым входом блока опорной последователь ности импульсов, с выходом формирователя периода и с первым входом блока автоматического выбора предела и полосы, первый и второй выходы которого . - подключены соответственно к третьему входу блока опорной последовательности импульсов и к четвертому входу бло; ка коррекции крутизны, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов коррекции, вторые входы которых подключены к выходам входных коммутаторов и коммутаторов перекрестных связей, входы которых соответственно соединены через интегратор с выходами элементов коррекции и с выходами дополнительного блока управления коммутаторами, входы которого подключены соответственно к третьему и четвертому выходам основного блока управления коммутаторами к первому входу триггера и к управляющему 30 входу коммутатора преобразователя, выход которого соединен с выходом коммутатора эталонной частоты и со входами входных коммутаторов, причем вход коммутатора эталонной частоты соединен 85 с первым выходом источника эталонной частоты, второй выход которого подключен через цифро-аналоговый преобразователь со входом коммутатора преобразователя и.со вторым входом и третьим 40 выходом блока автоматического выбора предела и полосы, четвертый выход которого соединен со вторым входом счетчика импульсов при этом второй выход триггера подключен к управляющему входу коммутатора эталонной частоты.На чертеже дана структурная схема предлагаемого устройства.Он содержит формирователь 1 периода входного сигнала, блок 2 автоматического выбора пределов и полосы, цифро-аналоговый преобразователь 3 периода входного сигнала в напряжении, эталонный источник 4 эталонной частоты, коммутатор 5 эталонного источника, коммутатор б преобразователя, электронный счетчик 7, триггер 8 формирования временного интервала пропорционально измеряемой частоте, блок 9 управления коммутаторами перекрестных связей, входные коммутаторы 10 и 11, 60 блок 12 управления входными и сбросовыми коммутаторами, коммутаторы 13 и 14 . перекрестных связей, блок 15 создания . опорной последовательности импульсов, блок 16 коррекции крутизны, элементы 17 и 18 коррекции крутизны, интеграторы 19 и 20, сбросовые коммутаторы21 и 22, элементы 23 и 24 сравнения,элемент 25 сборки,Предлагаемое устройство работаетследующим образом,Входной сигнал, частота которогоизмеряется, поступает на входной Формирователь 1, а с его выхода на блок 2автоматического выбора пределов и полосы. При этом происходит привязкаимпульсов такта , узла к началу периода. Эти импульсы поступают нааналого-циФровой преобразователь 3периода входного сигнала в напряжение. С поступлением каждого импульса частоты 1, происходит ступенчатоеувеличение выходного напряженияпреобразователя 3 на входе разомкнутого коммутатора б. Величинаступеньки определяется связью эталонного источника 4 - преобразователь 3.Импульсы тактовой частоты 1 т из узла 2 поступают также на блок 15 опорной последовательности импульсов. Наэтот же блок 15 поступают также импульсы "1" с выхода Формирователя 1,которые синхронизируют и разрешают ееработу. С поступлением импульса 7на блок-схему 15, он начинает вырабатывать две импульсные последовательности 1 и 1 т с определенным сдвигом,причем, однао поступает на блок 16коррекции крутизны, а другая 1 - наблок 12 управления входными и сбросовыми коммутаторами. Блок 15 опорной последовательности вырабатывает также импульс УхЗ, это задержанный на некоторое время импульс начала периода, который поступает одновременно на блок 12и триггер 8. На блок 12 поступают также импульсы Т х, импульсы с выходаэлемента 25 сборки, а также с выходовобоих элементов 23 и 24 сравнения.Совокупность всех сигналов обеспечивает возможность управления блоку 12входными 10 и 11 и сбросовыми 21 и 22коммутаторами, а также блоками 9 управления коммутаторами перекрестных связей. Пусть блок 12 находится в состоянии, при котором коммутатор 22 замкнут, а коммутатор 11 разомкнут, в интеграторе 20 происходит сбросф; напротив, коммутатор 21 разомкнут, а коммутатор 10 замкнут, и так как триггер 8 включил коммутатор 5, то эталонный источник 4 будет подключен ко входу интегратора 19, который находится таким образом в режиме финтегрирование При этом коммутаторы 13 и 14 перекрестных связей находятся в выключенном состоянии, так как блок 9 заблокирован в данный момент состоянием триггера 8, В таком случае на выходе интегратора 19, который подключен в элементу 23 сравнения, образуется линейно-нарастающее напряжение, которое сравнивается636 с с образцовым, подключенным к другому выходу элементов 23 сравнения от эталонного источника 4. В момент сравнения элемент 23 выдает импульс, который изменяет состояние блока 12 на противоположное,что вызывает замыкание коммутатора 21 и размыкание коммутатора 10, то есть интегратор 19 перехо дит н режим сбросф, а интегратор 201 с приходом следующего импульса 1 т переходит в режим интегрирование, так как сейчас блок 12 выключит коммутатор 22 и включит коммутатор 11, Та- р ким образом, когда интегратор 19 находится в режиме сброс, интегратор 20 находится в режиме интегрирование, и наоборот. Процесс интегрирования интегратором 20 продолжается до5 момента сравнения напряжения его выхода с напряжением от источника 4 на элементе 24 сравнения. Импульс сравнения с выхода элемента 24, в свою очередь, изменяет блоки 12,при этом вклю-, чается коммутатор 22 и выключается коммутатор 11, что вызывает сброс уже интегратора 20, а с приходом следующего импульса 1 т переход уже интегратора 19 в режим интегрирование и т,д.Так как момент начала каждого интегрирования жестко привязан к часто/те 1 т , то в идеальном случае момент сравнения выдачи импульса элементом 23 и 24, должен совпадать с последующим 30 импульсом частоты т , то есть время интегрирования каждого интегратора дожно быть равно периоду частоты 1 т Однако, реально, в связи с изменением параметров интегратора, импульс срав нения появится с некоторым сдвигом от -/носительно частоты 1 . Величина и знак этого сдвига определяются блоками 16 коррекции крутизны, полоса которого, в зависимости от величины частоты (предел измерения), управляется блоком 2 автоматического выбора пределов и полосы. В результате каждого сравнения для обоих интеграторов вырабатывается корректирующее напряжение Ци Б, поступающее соответственно на элементы 17 и 18 коррекции крутизны. 45 Воздействие этого напряжения на элементы коррекции приводит к тому, что с каждым новым тактом неравенство длительности интегрирования до момента сравнения и длительности периода час тоты тт уменьшается, Попеременная работа обоих интеграторов позволяет к концу периода входного сигнала произвести их коррекцию, а также получить преобразование конца периода входногосигнала, меньшего чем 1/1 т, в напряжение, Таким образом, в момент конца периода входного сигнала на выходе пРеобразователя 3 формируется напряжение, пропорциональное периоду входного сигнала с временной привязкой к начал периода и дискретностью, равной 1/ т В общем случае в конце периода всегда 65 6будет оставаться временной интервал, не учтенный преобразователем 3 и меньший, чем 1 у , . Однако, благодаря попеременной работе интеграторов, в любой момент времени в пределах 1/ т т возможно получить линейное напряжение с высокой точностью, благодаря коррекции, преобразование времени в напряжение, и, таким образом, учесть погрешность дискретности преобразователя 3 в конце периода.Если импульс конца периода Т появился сразу же после импульса т и вт этом цикле интегратор 19 находится в режиме сброс, а интегратор 20 в режиме интегрирование. Процесс интегрирования начинается в нем с последним перед концом периода фГгимпульсом частоты т.т и кончается с моментом прихода импульса конца периода Т , в данном случае на интеграторе 20. Кроме того, импульс конца периода Т блок 12 управления входными и сбросовыми коммутаторами переводит в состояние, при котором она размыкает коммутатор 11, и поэтому интегратор 20 начинает работать в виде памяти напряжения, величина которого пропорциональна времени между последним импульсом 1 т и концом периода Т , В преобразователь 3 в то же время зафиксируется напряжение, пропорциональное времени от начала периода и до последнего в периоде Т импульса 1, . Интегратор 19 включается в работу только с приходом на блок 12 задержанного Тз импульса конца периода из блока 15, задержанного на время, необходимое для осуществления режима сброс интегратора 19, при этом выключается коммутатор 21 и включается коммутатор 10,После поступления импульса Тз на триггер 8 включается коммутатор 6 и выключается коммутатор 5 и формируется начало интервала 11, пропорционального 1, т.е. счетчик 7 начинает счет, кроме того триггер 8 разрешает блоку 9 управления коммутаторами перекрестных связей включение соответствующего коммутатора, в данном случае включается коммутатор 13 перекрестной связи. При этом происходит следующее.Преобразователь 3 через коммутатор 6 и 10 подключен ко входу интегратора 19, также как и выход интегратора 20 через коммутатор 13Интегратор 19 работает теперь как интегратор - сумматор напряжения преобразователя 3 плюс выходное напряжение интегратора 20. С этого момента на интеграторе 19 происходит процесс преобразования напряжения, пропорционального периоду входного сигнала Ти равного сумме напряжений от преобразователя 3 и интегратора 20 во временной интервал гропорциональный частоте входного сигнала63 б 552Как только выходное напряжение интегратора 19 сравнивается на элементе 23 с опорным от источника 4, то элементом 23 выдается импульс, который поступает одновременно на блок 12 управления и триггер 8. Триггер 8 перебрасывается, что свидетельствует об 5 окончании формирования времени т, при этом он блокирует блок 9, что приводит к разрыву перекрестных связей, а также выключает коммутатор б и включает коммутатор 5. Блок 12 при поступлении этого импульса производит переключение интегратора 19 в режим сброс (выключается коммутатор 10 и включается 21), а интегратор 20 переключается из режима памяти в режим интегрирование (включается коммутатор 11, коммутатор 22 остается выключенным) .Время 1, начиная с момента прихода импульса Т на триггер 8 и до момента прихода импульса сравнения элемента 23 через элемент сборки 25 на выключение триггера 8 пропорционально величине частоты измеряемого сигнала. За это время 1 на счетчик 7 из блока 2 поступают импульсы частотой т о, величина которой выбрана таким образом, что показания счетчика равны величине частоты тизмеряемого сигнала.Так как процесс преобразования на; пряжения, пропорционального Т во временной интервал 1, пропорциональный 30 частоте 1 , происходит во время действия первого импульса 1 т после конца период Т, то этот импульс блокируется блоком 15 и не является рабочим, однако происходит привязка им пульсов к началу нового периода. Поэтому интеграторы 19 и 20, а также .преобразователь 3 включаются в синхронизм с частотой 1только со второго импульса т после конца периода Тх при 40тэтом преобразователь 3 устанавливается сразу в состояние 2, так как первый импульс 1 Т им был пропущен.Таким образом, в счетчике 7 индуци руется результат измерения частоты по первому периоду, а в преобразователе 3 .начинается процесс преобразования величины уже второго периода в напряжение с привязкой к началу второго периода,причем интеграторы19 и 20 сно ва переходят в режим периодной работы с частотой 1 т с одновременной коррекцией на протяжении почти всего периода Т и снова на каком-то из интеграторов зафиксируется в виде напряжения конец 85 периода Т , неучтенный преобразователем 3. Далее другой интегратор перейдет в режим интегратора-сумматора и преобразует напряжение преобразователя 3 и первого интегратора-памяти во вре менной интервал, пропорциональный входной измеряемой частоте. Процесс будет продолжаться циклически и результат измерения будет обновляться каждый период. 65 Формула изобретейия Устройство для измерения частоты, содержащее формирователь периода, источник эталонной частоты, первый входкоторого подключен к первым входам двух элементов сравнения, вторые входы которых соответственно подключены к выходам интеграторов, параллельнокоторым включены коммутаторы сброса, управляющие входы которого соединены с первым и вторым выходами основного блока управления коммутаторами, третий и четвертый выходы которого подключены соответственно к управляющим входам двух входных коммутаторов, триггер, входы которого соединены с первым и вторым входами основногоблока управления коммутаторами, а первый выход триггера подключен к первому входу счетчика импульсов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона и повышения точности измерения, в него дополнительно введены цифро-аналоговый преобразователь, коммутатор преобразователя,коммутатор эталонной частоты, блок управления коммутаторами, два коммутатора перекрестных связей, элемент сборки, два элемента коррекции крутизны, блок автоматического выбора предела и полосы, блок опорной последовательности импульсов, блок коррекции крутизны, первый и второй входы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами основного блока управления коммутаторами с выходами элементов сравнения и со входами элемента сборки, выход которого подключен к первому входу триггера, второй вход триггера соединен с первым выходом блока опорной последовательности импульсов, второй и третий выходы которого соединены соответственно с третьим входом блока коррекции крутизны и с пятым входом основного блока управления коммутаторами, шестой вход которого соединен с первым входом блока опорной последовательности импульсов, с выходом формирователя периода и с первым входом блока автоматического выбора предела и полосы, первый и второй выходы которого подключены соответственно к третьему входу блока опорной последовательности импульсов и к четвертому входу блока коррекции крутизны, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов коррекции, вторые выходы которых подключены к выходам входных коммутаторов и коммутаторов перекрестных связей, входы которых соответственно соединены через интегратор с выходами элементов коррекции и с выходами дополнительного блока управления коммутаторами непосредственно, входы которогоподключены соответственно к третьему и четвертому выходам основного блока управ636552 10 Составитель В.СтепановТехред Н.Анцрейчук Корректор П,Какаревич Редактор Б.Павлов Заказ 6933/36 Тираж 1070 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва жРакшскак као, а. 405 Филиал ППП 44 Патент 14 Р г.ужгород, ул,Проектная, 4 ления коммутаторами, к первому входутриггера и к управляющему входу коммутатора преобразователя, выход которого соединен с выходом коммутатораэталонной частоты и со входами входныхкоммутаторов, причем вход коммутатораэталонной частоты соединен с первымвыходом источника эталонной частоты,второй выход которого подключен черезцифро-аналоговый преобразователь совходом коммутатора преобразователяи со вторым входом и третьим выходом 10 блока автоматического выбора гределаи полосы, четвертый выход которогосоединен со вторым входом счетчикаимпульсов, при этом второй выходтриггера подключен к управляющемувходу коммутатора эталонной частоты.Источники информации, принятыево внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 189944, кл. Са 01 П 36/03,2. Патент Японии Р 48-16580,кл. 110 ОДО,