Способ измерения частоты импульсных сигналов и устройство для его осуществления

(51 Кгзо О й уни ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(46) 15.08.86, Бюл. Нф 30 (7 1) Гомельский государственны верситет(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ ИМ"ПУЛЬСНЫХ СИГНАПОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительнойтехнике, мохет быть использованодля измерения частоты (периода)электрических сигналов. Цель изобретения заключается в повышенииточности измерения частоты и периода импульсных сигналов. Сущностьпредлагаемого способа заключаетсяв следующем. Задается эталонный ин12509 тервал времени, за который осуществляется первый цикл измерения числа М импульсов неизвестного сигнала. В последующих циклах увеличивают длительность интервала на случайную равномерно распределенную в некотором интервале величину. Фиксируют число измерений, при которых число импульсов больше, чем определено в первом цикле. Зная максимальную величину отношений интервалов времени по соответствующей формуле, определяют период и частоту сигналов. За счет определения точного расположения Я+1 импульса исключается погрешность дискритизации конца счета,76т,е. достигается цель изобретения. Устройство для осуществления способа содержит блок 1 формирования, селектор 2, блок 5 управления, генера тор 6 меток времени, индикатор 4, кварцевый генератор .7, кварцевый резонатор 8, делитель 10 частоты, ключсчетчик 15, регистр 16, цифроаналоговый преобразователь 17, делитель 18 напряжения . Для достижения цели дополнительно введены частотно- задающий управляемый элемент 9, ключ 12, блок 13 формирования слу" чайного напряжения, Блок 13 содержит генератор плавающей частоты 14, а также блоки 15-18, 2 з.п. Ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к зле;троизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано для измерения частоты (периода) электрических сигналов, 3Цель изобретения - повышение точности измерения частоты и периода импульсных сигналов путем статистической обработки результатов многократных измерений с изменяющимся из О мерительным временным интервалом.На Фиг. 1 изображена временная :диаграмма, поясняющая сущность предлагаемого способами на Фиг. 2 - блоксхема устройства для реализации пред лагаемого способа измерения частоты (периода) импульсных сигналов.Устройство содержит (Фиг. 2) блок 1 формирования, селектор 2, счетчик 3, индикатор 4, блок 5 управления, генератор 6 меток времени, кварцевый генератор 7, кварцевый резонатор 8, частотно-задающий управляемый элемент 9, делитель 10 частоты, ключи 11 и 12, блок 13 формирования случайного напряжения, генератор 14 плавающей частоты, счетчик 15, регистр 16, цифроаналоговый преобразователь 17, делитель 18 напряжения.В устройстве выход блока 1 фор мирования подключен к входу селектора 2,другой вход которого присоединен к выходу блока 5 управления, вход пуска которого подключен к выходу,ключа 11, а вход опорной частоты присоединен к выходу генератора 6 метоквремени, состоящего из последовательно соединенных кварцевого генератора 7 и делителя 10 частоты, выходселектора 2 подключен к входу счетчика 3, выход которого подключен квходу блока 4 индикации, выход блока 1 Формирования подключен к информационному входу блока 5 управления,выход синхронизации которого присоединен к входу управления кварцевогогенератора 7, а последовательно вцепь кварцевого резонатора 8 подключен частотно-задающий управляемыйэлемент 9, управляющий вход которого через ключ 12 подключен к выходублока 13 Формирования случайногонапряжения, состоящего из генератора14 плаваецей частоты, выход которогоподключен к входу счетчика 15, выходы которого подключены к входамзанесения регистра 16, выходы которого присоединены к соответствующимвходам цифроаналогового преобразователя 17, выход которого подключенк делителю 18 напряжения, выход которого является выходом блока 13формирования случайных напряжений,а входом которого является управляющий вход регистра 16. Сущность предлагаемого способаизмерения частоты неизвестного им 1250976т(И+1) = Т,+ Ь,где Т3 неизвестный период измеряе- З 5мой частоты импульсов;длительность эталонногоимпульса без случайногоувеличения;длительность (протяженность) временной области,Тэ Многократность измерений позволяет рассматривать весь процесс статистически и определить соотношения между длительностями областей через вероятность событий. Длительность нременной области б может быть определена выражением 50 и-и,ЬС =1мокс где йС- максимальное значениемаксслучайной величины, накоторую увеличивается 55эталонный интервал времени,и - число измерений,пульсного сигнала заключается в следующем.За первый цикл измерения определяется число импульсов И неизвестной частоты (фиг. 1), содержащихся в 5 эталонном интервале времени. Следующий за ними (Я+1)-й импульс н этот интервал не попадает, В последующих циклах измерений (фиг. 1) происходит увеличение длительности эталонного импульса на случайную величину, равномерно распределенную н интервале 6 Спри этом в каждом цикле измерения значение этой случайной величины оказывается различным н 15 постоянным в течение данного цикла. В процессе многократных измерений происходит или не происходит перекрытие (К+1)-го импульса увеличенным по длительности импульсом измерительного интервала. При этом образуются дне временные области, в которые попадает заданный фронт увеличенного на случайную величину импульса измерительного интервала. Со отношение между протяженностями этих областей и определяется расположением (И+ 1)-го импульса внутри интервала Ь, Как видно из графика фиг. 1, врвмя появления импульса, 30 равное (И+1) Т, где Т - неизвестный период, оказывается равным и, - число измерений, прикоторых количество импульсов за нремя эталонного интервала времени, увеличенного на случайную величину, было бы больше или равно Я+1.Тогда период измеряемой частотыимпульсов определяется так:Тэ+и,иК+19а его частота выражается как обратная величинаТаким образом, зафиксиронав послепервого измерения число импульсов,равное Я, за длительность эталонногоинтервала, увеличивая на случайнуювеличину эталонный интервал и определяя при последующих измеренияхчисло и при которых показания окажутся больше или равны (И+1), и знаямаксимальную величину отклоненияслучайной величины д 1, на которуюувеличивается эталонный импульс, можно определить неизвестные периоди частоту измеряемых импульсных сигналон,За счет определения точного расположения (К+1)-го импульса исключается погрешность дискретизации концасчета, т,е. достигается цель изобретения,Предлагаемое устройство работаетследующим образом.В исходном состоянии ключи 11 и12 разомкнуты.При включении электропитания устройства производится начальная установка блока 5 управления, счетчика3, индикатора 4 (цепн электропитания и начального сброса на функциональной схеме фиг. 2 для простоты необозначены).По входной шине измеряемые импульсные сигналы подаются на вход блокаформирования, на выходе которогопоявляются импульсы стандартной амплитуды и длительности с периодом,равным периоду измеряемых импульсныхсигналов. Эти импульсы поступэют навход селектора 2 и вход блока 17 уп 1.0976равнения. Процесс измерения начинается с нажатия ключа 11, с которого разрешающий сигнал поступает на пусковой вход блока 5 управления, Блок 5 управления формирует одиночный импульс заданной длительности, посту - пающий йа вход селектора 2 и разрешающий пропускание на выход селектора 2 стандартных импульсов с неизвестным периодом. Одиночный импульс 10 заданной длительности формируется из импульсов меток времени, поступающих на вход опорной частоты блока 5 управления с вьжода генератора 6 меток времени. Метки времени представ ляют собой импульсные сигналы стабильной частоты, задаваемой кварцевым генератором 7. Пачка импульсов, прошедшая через селектор 2, заполняет счетчик 3, который преобразует 20 ее на своем выходе в двоичный код, который индуцируется индикатором 4, Для временной привязки входных Импульсов и начала эталонного импульса заданной длительности, импульсы 25 с выхода блока 1 формирования дополнительно поступают на информационный вход блока 5 управления, который синхронизирует запуск кварцевого генератора 7 в момент начала 30 счетаОписанная работа устройства аналогична работе прототипаПосле первого измерения в индикаторе 4 индуцируется число импульсов, равное И.После замыкания ключа 12 производится второй цикл измерения, при этом процесс измерения аналогичен первому циклу. Отличие его заклю чается лишь в том, что период кварцевого генератора 7 увеличивается и, следовательно, увеличивается интервал между метками времени, а соответственно увеличивается длитель 45 ность эталонного импульса, открывающего селектор 2. Увеличение этого импульса происходит на некоторую случайную величину. Это достигается тем, что при нажатии ключа 11 на 50 выходе блока 13 формирования случайного напряжения появляется случайная величина напряжения, которая сохраняется постоянной за время одного цикла измерения и в течение этого цикла поступает на вход частотно-задающего управляемого элемента 9, увеличивая его емкость и уменьшая тем самым резонансную частоту кварцевого генератора 7, что приводит к увеличению длительности эталонного импульса. С индикатора 4 считывается новое показание числа импульсов, зафиксированных в счетчике 3.Следующее нажатие ключа 11 вызывает появление на выходе блока 13 формирования случайного напряжения новой величины, которая через замкнутый ключ 12 поступает на вход частотно-задающего управляемого элемента 9. В этом цикле измерения увеличение длительности импульса происходит на другую случайную величину, не превышающую заданное максимальноезначение, Поскольку блок 13 формирования случайного напряжения вырабатывает случайную величину напряжения по равномерному закону, то,следовательно, по равномерному закону будет управляться и частотно-задающий управляемый элемент 9, вызывая соответствующее уменьшение частоты импульсов кварцевого генератора 7.Блок 13 формирования случайныхнапряжений 13 работает следующим образом. Нестабильная частота, вырабатываемая генератором 14 плавающей частоты, поступает на счетный вход счетчика 15. В процессе поступления нестабильньж по длительности импульсовпроисходит периодическое заполнение и сброс счетчика 15. При этом значении кодов на выходе счетчика 15 сохраняется различное время в зависимости от частоты входных импульсов. При поступлении иипульса на входблока 13 формирования случайного напряжения, которым является управляющий вход регистра 16, в нем фиксируются те значения кода, которыебыли на выходе счетчика 16 в моментопроса. Это значение запоминается в регистре 16 и поступает на вход цифроаналогового преобразователя 17. Содержимое регистра 16 каждый раэ меняется при поступлении нового импульса на его вход занесения . Случайный характер значений кода, запоминаемых каждый раз в регистре 16и поступающих на вход цифроаналогового преобразователя 17,объясняетсяотсутствием корреляции между временными параметрами тактовых импульсов нд входе счетчика 15 н временем за1250976 несения в регистр 1 б. Таким образом, при поступлении разрешающего сигнала на вход блока 13 формирования случайного напряжения с ключа 11 на 1 его выходе появляется значение случайной величины напряжения, которое затем поступает на частотно-задающий управляемый элемент 9 н сохраняется постоянной в течение этого цикла измерения.Основное преимущество предложенных способа и устройства по сравнению с известньки заключается в повышении точности измерения частоты и периода эа счет уменьшения ошибки дискретизации конца счета. 5 О й +Ф 9 мако где Т Рдлительность эталонного (известного) интервала времени;максимальное значение случайной величины увели- ф 5 чения эталонного интервала временифчисла импульсов неизвестной частоты, содержащихся в эталонном интервале вре О мениф асмакс Формула изобретения 1. Способ измерения частоты импульсных сигналов, заключающийся в подсчете числа импульсов неизвестной частоты за известный интервал времени, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, счет импульсов неизвестной частоты производится многократно, причем после первого подсчета числа импуль" сов за известный интервал времени при каздом последующем длительность известного интервала времени увеличивается на случайную величину с равномерным законом распределения, а неизвестная частота импульсных сигналов определяется из выражения 25 ЭО 35 п - число измерений;п, - число измерений, при которых количество импульсов эа время эталонного ннтервапа времени, увеличенного на случайную величину, была бы больше или равно Я+1.2. Устройстна для измерения час" таты импульсных сигналов, содержащее блок формирования, выход которого подключен к первому входу селектора, второй вход которого присоединен к выходу блока управления, пер вый вход которого подключен к вьпсоду первого ключа, а второй вход присоединен к выходу генератора меток времени, состоящего иэ последовательно соединенных кварцевого генератора и делителя частоты, а выход селектора подключен к входу счетчика, .выход которого подключен к входу индикатора, а выход блока формирования подключен к третьему входу блокауправления, второй выход которого присоединен к входу управления кварцевогогенератора, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точности, последовательно в цепь кварцевого резонатора, входящего в составкварцевого генератора, подключен частотно-задающий управляемый элемент,управляющий вход которого через второй ключ подключен к выходу блокаформирования случайного напряжения,вход которого соединен с выходомпервого ключа,3. Устройство по и. 2, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования случайного напряжения содержит генератор плавающей частоты, выход которого подключен к входу счетчика, выходы которого подключен к входам занесения регистра, выходы которого присоединены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к делителю напряжения,выход которого является выходом блока формирования случайных напряжений, а входом его является управляющий вход регистра.Составитель В.Новоселов Редактор М.Келеиеа Техред Л,Сердюкова Корректор Е.Сирохман Заказ 4405/41 Тирак 728 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо дедам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Рауновская наб., д. 4/511 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Увгород, ул. Проектная 4