Цифровое устройство для измерения малых отклонений частоты от номинального значения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) (11 1 К 17/00 ад 1": САНИЕ ИЗОБРЕТЕ ИДЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСКО ЕбласОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР У 708255, кл. 6 01 К 23/12, 1980,Авторское свидетельство Болгарии У 22668, кл. С 01 К 17/00, 1977, (54) ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕР НИЯ МАЛЫХ ОТКЛОНЕНИЙ ЧАСТОТЫ ОТ НОМИНАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к о ти радиоиэмерительной техники и может быть испбльзовано при создании цифровых измерителей малых отклонений частоты от номинального значенияЦель изобретения - повышение точнос"ти измерения - достигается эа счетвведения блока 5 синхронизации, счетчика 8 импульсов опорной частоты,второго триггера 9 и блока 10 управления. Кроме того, устройство содержитформирователь 1 импульсов измеряемойчастоты, первый триггер 2, элемент 3совпадения, реверсивный счетчик 4 синдикацией, генератор 6 опорной частоты, делитель 7 частоты.функциональные схемы делителя частоты, блоковсинхронизации и управления приводятся в описании изобретения. Э з.п.ф-лы, 5 илеИзобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании цифровых измерителей малых отклонений частотыот номинального значения . 5Цель изобретения - повьппение точности измерения.На фиг.1 приведена функциональнаясхема устройства; на Фиг.2 - эпюрынапряжений, поясняющие его работу;на Фиг.З - функциональная схема дели.теля частоты и блока синхронизации;на Фиг.4 - Функциональная схема блока управления; на Фиг.5 " эпюры напря 5жений, иллюстрирующие работу блокасинхронизации.Устройство состоит из формирователя 1 импульсов измеряемой частоты,первого триггера 2, элемента совпадения 3, реверсивного счетчика 4 с индикацией, блока синхронизации 5, генератора 6 опорной частоты, делителячастоты 7, счетчика 8 импульсов опорной частоты, второго триггера 9 иблока управления 10,Один из вариантов блока синхронизации 5 (Фиг.З) состоит иэ первогоэлемента совпадения 11, формирователя12 импульсов среза и второго элементасовпадения 3.Один из вариантов блока управления 10 (фиг.4) состоит иэ Формирователя 14 импульсов среза, кипп-реле15 и формирователя 16 импульсов сре 35за.Один из вариантов делителя частоты 7 состоит из делителя 17 и триггера 18.Устройство содержит формировательимпульсов измеряемой частоты 1, генератор опорной частоты 6, делительчастогы 7, первый триггер 2, выходкогорого соединен с первым входомэлемента совпадения 3, выход которого 5соединен со счетным входом реверсивного счетчика 4 с индикацией, а также блок синхронизации 5, счетчик импульсов опорной частоты 8, второй .триггер 9 и блок управления 1.0, первый выход которого соединен с вторымвходом блока синхронизации 5, второйвыход " с третьим входом элемента совпадения 3, а третий выход - с входами установки в нулевое состояние реверсивного счетчика 4 с индикацией исчетчика 8 импульсов опорной частоты,выход которого соединен со счетным.входом второго триггера 9 выход которого соединен с входом блока управления 10 и управляющим входом реверсивного счетчика 4 с индикацией, выход формирователя 1 импульсов измеряемой частоты соединен с первым входом блока синхронизации 5 и вхо-, дом установки в "1" первого триггера 2, вход установки в "0" которого соединен со счетным входом счетчика 8 импульсов опорной частоты, четвертым входом блока синхронизации 5 и вторым выходом делителя частоты 7, первый вход которого соединен с выходом генератора 6 опорной частоты и вторым входом элемента совпадения З,второй вход - с выходом блока синхронизации 5, третий вход которого соединен с первым выходом делителя частоты 7.Блок синхронизации 5 содержит последовательно соединенные первый элемент совпадения 11, формирователь 12 импульсов среза и второй элемент совпадения 13, второй и третий входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока синхронизации 5, третьим и четвертым входами которого являются входы первого элемента совпадения 11, а выходом - второй элемент совпадения 13.Блок управления 10 содержит последовательно соединенные первый формирователь 1.4 импульсов среза, киппреле 15 и второй формирователь 16 импульсов среза, выход которого яьляется третьим выходом блока управления 10, первым и вторым выходами которого являются соответственно прямой и инверсный выходы кипп-реле 15, а входом - вход первого формирователя 14 импульсов среза, Целитель частоты 7 содержит делитель 17 и триггер 18, счетный вход которого соединен с выходом делителя 17 и является первым выходом делителя частоты 7, вторым выходом которого является выход триггера 18, первым и вторым входом делителя частоты 7 являются соответственно вход делителя 17 и установоч - ный вход триггера 18.Устройство работает следующим образом.Сигнал измеряемой частоты с Формирователя импульсов 1 поступает на один из раздельных входов первого триггера 2 (фнг,2 в), на его другой вход поступает сигнал опорной частоты с делителя частоты 7 (фнг.2 б) .На выходе триггера 2 формируются вре. менные интервалы, длительности которых за время измерения изменяются, так как сравниваемые частоты Гщ и й, отличаются друг от друга (Фиг.2 г). 5 Сформированные временные интервалы поступают на первый вход элемента совпадения 3, на его второй вход поступают счетные импульсы с генератора опорной частоты 6 (фиг,2 а). Им- О пульсы с элемента совпадения 3 (фиг. (Фиг.2 д).подсчитываются реверсивным счетчиком 4. На третий вход элемента совпадения 3 поступает длинный положительный импульс, разрешающий на 5 время измерительного цикла прохождение счетных импульсов (фиг.2 и).Одновременно импульсы опорной час. тоты подсчитываются счетчиком 8 опорной частоты. Его емкость (включая и 20 второй триггер 9) определяет время измерительного цикла. Выход второго триггера 9 управляет реверсивным счетчиком 4 таким образом, что первую половину измерительного цикла ре версивный счетчик 4 суммирует поступающие на его вход счетные импульсы, а вторую половину - вычитает, т.е.за измерительный цикл триггер 9 переворачивается лишь дважды (иэ "01 в 30 "1" - на половине измерительного цикла и из "1" в "0" - в конце цикла, Фиг.2 е), В результате в конце измерительного цикла в реверсивном счетчике 4 окажется число, пропорциональ-. 35 ное измеряемому отклонению частоты. Переход триггера 9 из "1" в "0" служит сигналом для блока управления 1 О о том, что измерительный цикл за кончен.После окончания измерительного цикла коротким импульсом с формирователя 14 импульсов среза блока управления 10 запускается кипп-реле 15 45 блока управления 10, положительный импульс с кипп-реле 15 разрешает работу блока синхронизации 5, с инверсного выхода кипп-реле 15 снимается отрицательный импульс такой же дли тельности, запрещающий прохождение счетных импульсов через элемент совпадения 3 на реверсивный счетчик 4, в это время индицируется полученный результат и срабатывает блок,синхро низации 5.Необходимость блока синхронизации5, один из вариантов которого показан на фиг.3, заключается в следующем.Общее время измерительного цикла разбивается на две половины, в каждой из которых измеряется среднее значение фазового сдвига. Отклонение частоты определяется через приращение фазового сдвига, который изменяется во времени по закону 9 = Ц, ЬЯ С, где Ц - начальный фазовый сдвиг,ьиотклонение частоты от номинального значения. Если измеряемый фазовый сдвиг изменяется на линейном участке фазовой характеристики, то результат измерения соответствует истинному значению фазового сдвига, Если фазовый сдвиг изменяется на участке,где происходит скачок Фазовой характеристики, то результат измерения будет искаженным.Введение блока синхронизации 5 предусматривает исключение возможности перехода фазового сдвига через зону скачка фазовой характеристики. Делается это следующим образом. Один раз перед началом измерительного цикла производится анализ взаимного расположения импульсов измеряемой и опорной .частот, поступающих на раздельные входы первого триггера 2. Для этого на вход блока синхронизации 5 поступает разрешающий импульс на второй элемент совпадения 13 с блока управления 10 (Фиг,5 а) На фиг.5 б и 5 в показан один иэ вариантов взаимного расположения импульсов измеряемой и опорной частот, поступающих на раздельные входы триггера 2, Такое расположение импульсов может привести к разрыву фазовой характеристики, для исключения чего на первом элементе совпадения 1 блока синхронизации 5 производится сравнение импульсов с входа и выхода выходного триггера 8 делителя частоты 7 (фиг.5 в и 5 г), из полученных импульсов (фиг.5 д) формируют короткий импульс (фиг.5 е) по срезу импульсов, показанных на фиг.5 д, и анализируют его положение уже относительно импульсов измеряемой частоты. При нежелательных ситуациях импульс с выхода элемента совпадения 13 блока синхронизации 5 устанавливает выходной триггер 18 делителя частоты 7 в нулевое состояние (фиг.5 з), т.е. исходный фазовый сдвиг между фронтами измеряемого и опорного сигналов, пос1293660 П2 ЯьЕТмм 2 11 с--4 Т35 40 тупаюших на первый триггер 2 всегда будет находиться в пределах 180+90Предел отклонения частоты от номинального значения находится из фор- мулы Общее время измерения, равное 2 Т, делится на два равных интервала, в течение каждого из которых измеряется среднее значение фазового сдвига Ц, и ( . Среднеквадратическая погрешность измерения средних значений фазовых сдвигов с, и ф определяется формулойо ,о 360 Г ма 27.е- ЙЪ. )щ 6 К 1где КГ ь Т - число периодов.Среднеквадратическая погрешность измерения отклонения частоты равнанмбФ Ве 3 е Й5 К Г, Т,Сравнение среднеквадратических значений погрешностей прототипа и предлагаемого устройства показывает, что в предлагаемом устройстве погрешность уменьшается в 4 К раз,формула изобретения 1. Цифровое устройство для измерения малых отклонений частоты от номинального значения, содержащее формирователь импульсов измеряемой часто-, ты, генератор опорной частоты, делитель частоты, первый триггер, выход которого соединен с первым входом элемента совпадения, выход которого соединен со счетным входом реверсивного четчика с индикацией, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок синхронизации, счетчик импульсов опорной частоты, второй триггер н блок управления, первый выход которого соединен с вторым входом блока синхронизации, второй выход - с третьим входом элемента сов-. падения, а третий выход - с входами установки в нулевое состояниие реверсивного счетчика с индикацией и счетчика импульсов опорной частоты, выход которого соединен со счетным входом второго триггера, выход которого соединен с входом блока управления и управляющим входом реверсивного счет чика с индикацией, при этом выходформирователя импульсов измеряемой частоты соединен с первым входом блока синхронизации и входом установки в "1" первого триггера, вход уста новки в "0" которого соединен сосчетным входом счетчика импульсов опорной частоты, четвертым входом блока синхронизации и вторым выходом делителя частоты, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты и вторым входом элемента совпадения, второй вход - с выходом блока синхронизации, третий вход которого соединен с первым выходом де лителя частоты.2. Устройство по п,1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок синхронизации содержит последовательно соединенные первый элемент совпадения,формирователь импульсов среза и второй элемент совпадения, второй и третий входы которого являются соответственно первым и вторым входами блока синхронизации, третьим и четвертым входами которого являются входы первого элемента совпадения, а выходом - выход второго элемента совпадения.3, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок управления содержит последовательно соединенныепервый формирователь импульсов среза,кипп-реле, второй формирователь импульсов среза, выход которого является третьим выходом блока управления,первым и вторым выходами которого являются соответственно прямой и инверсный выходы кипп-реле, а входом -вход первого формирователя импульсовсреза,4. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что делитель частоты содержит делитель и триггер, счетный вход которого соединен с выходом делителя и является первым выходом делителя частоты, вторым выходом которого является выход триггера, причем первым и вторым входом делителя частоты являются соответственно вход делителя и установочный входтриггера., Москва, Ж, Подписноекомитета СССРи открытийушская наб., д.