Измеритель времени переходного процесса установления частоты

ОПИСАНИЕИЗОВРЕтЕНИЯ 42829 Союз Советскими Социалистическими Республик(22) Заявлено 01.11,77 (211 2538962/18-21с присоединением заявки Мо(23) Приоритет -Опубликовано 2506,80 Бюллетень Мо 23Дата опубликования описания 250680 Е,51)М. КЛ.2о 01 В 29/02 Н 03 К 13/20 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕНИ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА УСТАНОВЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ 2 Йэобретение относится к технике автоматического измерения динамических параметров различных объектов и может быть использовано для иэмерЕ- ния времени переходного процесса сигт .налов с частотно-импульсной модуляцией.Известно устройство для измерения времени переходного процесса установления частоты, содержащее реверсивный счетчик, входы которого через первый и второй ключи и соответствующие формирователи подключены к источникам исследуемой и опорной частоты, а вы- ход соединен с входом триггера, управляющего первым и вторым ключами, устройство усреднения, устройство срав- нения с источником регулируемого опор 1 ного напряжения на одном входе и ци ровые часы, вход которых соединен с выходом устройства сравнения, второй вход которого через устройство усреднения подключен к выходу триггера 1).Недостатком этого устройства является низкая точность измерения из-за неоднозначности отсчета времени окончания переходного процесса.Цель изобретения - повьпдение точности измерений кратковременных пере ходных процессов установления частоты посредством усреднения последовательно получаемых результатов измерений.Для этого в предлагаемый измеритель времени переходного процессаустановления частоты введены второеустройство усреднения, регистратор иблок управления, два выхода которогосоединены соответственно с входамиустановки нуля. и единицы триггера, а его два входа соединены соответственно с управляющими входамипревого и второго ключей, при этомтретий вход блока управления подключен к выходу реверсивного счетчика,а его четвертый вход соединен с входом стартового импульса цифровых часов, выход которых через второе устройство усреднения подключен к входурегистратора,На фиг. 1 приведена структурнаясхема предлагаемого устройства; нафиг. 2 - временная диаграмма работыизвестного измерителя при кратковременном апериодическом переходном процессе, время установления которогосоставляет несколько периодов исследуемой частоты; на фиг. 3 - аналогич ная временная диаграмма для предлагаемого измерителя; на фиг. 4 - временная диаграмма, характеризующая зависимость погрешности измерений от времени задержки стартового импульса.Устройство содержит формирователисигналов 1 и 2 измеряемой эталоннойчастоты, первый 3 и второй 4 ключи,еверсивный,счетчик 5, триггер б,ервое устройство усреднения 7, элемент сравнения 8, цифровые часы 9,источник 10 регулируемого опорногонапряжения, блок управления 11, второе, устройство усреднения 12 и регистратор 13,Известный измерителЬ обеспечиваетнеобходимую точность измерения времени переходного процесса установлениячасготы при монотонной зависимостивремени установления и значительнойдлительности.В этом случае погрешность иэмерейий не зависит от начального состояния триггера. После подачи питанияначальное состояние триггера можетбыть произвольно, нО дальнейшее его состояние подчинено жесткой логике. 25Однако к моменту последующих измереиий состояние триггера опять будетпроизвольно, что влияет на погрешностьизмерения кратковременных переход-ных процессов установления частотыизвестным измерителем,Поясним сказанное с помощью фиг. 2..На фиг. 2 а показан апериодическийпереходной процесс входного сигнала;.на фиг.2 б - переходной процесс установления исследуемой частоты й ,.на фиг. 2 в - импульсы эталонной частоты йэт, на фиг. 2 г - сигнал на выходе триггера б, если счет импульсовначинается с исследуемой частоты Г,на фиг. 2 д - сигнал на выходе тригге Ора, если счет импульсов реверсивнимсчетчиком 5 начинается с эталоннойчастоты Кт при числе импульсов переполнения, равном двум; на фиг. 2 е и ж.- результат измерения длительностипереходного процесса для двух следующих один за другим случаев измеренияв первом случае, начиная с моментаизМерения исследуемой частоты, а вовтором эталонной частоты; на фиг.2 Й щимпульс Старт, поступающий нацифровые часы.Иэ приведенных фиг. 2 е, ж видно,что для двух логических состоянийтриггера имеются два различных результата измерения времени переходного процесса устаиовления частоты.При измерении кратковременных переходных процессов известный измеритель дает значительную погрешность.В предлагаемом измерителе точ Оность измерений увеличена благодаряусреднению получаемых интервалов времени (см. фиг. 2 е и ж) .Предлагаемый измеритель работаетсдедукщим образом. 65 Исследуемая частота времени установления переходного процесса, которой требуется измерить, поступает через формирователь 1 й ключ 3 на вход реверсивного счетчика 5 на вход которого поступает также эталонная частота аозт через формирователь 2 и ключ 4. Ключи 3 и 4 управляются разными выходами триггера б. В произвольный мо"1 ент времени может быть открыт только один нз ключей 3 или 4 в зависимости от уровня выходного сигнала триггера б. Последний изменяет свое состояние при приходе. на его гсчетный вход импульса переполнения с выхода реверсивного счетчика 5 или при приходе на его раздельные входы сигналов с выходов блока управления 11.В зависимости от начального состояния триггера,б реверсивный счетчик 5 просчитывает каждый раз до своего переполнения либо импульсы исследуемой частоты, либо импульсы эталонной частоты. В результате на выходе триггера 6 образуется последовательность широтно-модулированных импульсов, длительность которых зависит от исследуемой частоты, а промежутки времени между ними постоянны и определяются постоянством эталонной частоты.После усреднения последовательности широтно-модулированных импульсов на выходе устройства усреднения 7 получается постоянное напряжение, значение которого однозначно зависит от их исследуемой частоты. При монотонном изменении исследуемой частоты значение этого напряжения также монотонно изменяется. При достижении исследуемой частотой заданного значения, соответствующего окончанию времени установления переходного процесса, напряжение на выходе устройства усреднения 7 достигает соответствующего уровня источника опорного напряжения 1 О. После этого срабатывает элемент сравнения 8 и выдает стоп-импульс на цифровые часы 9 и блок управления 1 1, разрешащций переброс триггера б в состояние, противоположное первоначальному, Цифровые часы запускаются в момент начала переходного процесса, поэтому после прихода стоп-импульса они останавливаются, выдавая в устройство усреднения 12 импульс длительности переходного процесса установления частоты, который фиксируется регистратором 13.Перед началом измерения блок управления 11 анализирует состояние выходных уровней триггера 6. Первый импульс переполнения с выхода реверсивного счетчика 5 запрещает блоку управления 11 анализ состояния триггера б. При этом в блоке управления 11 запоминается начальное состояние триггера б и подготавливается команда на его переброс. Выдача команды осу 742829ществляется после прихода импульсаразрешения с выхода элемента сравнения 8 после окончания первого циклаизмерения времени переходного процесса. После переброса триггера 6 в состояние, противоположное первоначальному, измеритель готов к проведениюследукщего цикла измерения, задаваемого стартовым импульсом ло входуцифровых часов 9,Измерения проводятся попеременно,начиная либо с частоты йх, либо счастоты Е , что исключает.Неоднозначность. отсчета времени окончания переходного процесса установления частоты. На выходе устройства усреднения12 накапливается информация об усредненном значении времени переходногопроцесса за все циклы измерения, которая регистрируется регистратором 13.Точность измерения может быть повышена, если реверсивный счетчик 5 20выполнить с регулируемым переполнением. В этом случае измерение времени переходного процесса проводитсяаналогично для каждого значения переполнения. 25При измерениях значение эталоннойчастоты может быть меньше или большезаданного установившегося значенияисследуемой частоты, от разных частотных датчиков. В этом случае, чтобы не подстраивать источник эталонной частоты можно осуществить регулировку опорного уровня источника опорного напряжения 10, проградуировавего органом регулировки в значениях 35частоты. Тогда перестройка измерителя при смене частотных датчиков: сведется лишь к повороту ручки до за"данной отметки на шкале регулировочного органа источника опорного напряжения 10.Работа устройства поясняется временными диаграммами, приведенными нафиг. 3.На Фиг. За показана кривая переходного процесса; на фиг. Зб - переходной прбцесс установления исследуемой частоты Г; на фиг. Зв - импуль"сы эталонной частоты Гз- на Фиг. Згсигнал на выходе триггера, если,счет импульсов реверсивным счетчиком 505 начинается с исследуемой частотыЯ 1 иа фиг. Зд - сигнал на выходетриггера, если счет импульсов реверсивным счетчиком начинается с эталонной частоты Г т, на фиг. Зе и ж - про межуточный для предлагаемого измери"теля результат измерения длительности,переходного. процесса установлениячастоты для двух следукщих один задругим случаев измерения: в первом 60случае, начиная,с момента измеренияисследуемой частоты, а во второмэталонной частоты с выхода цифровыхчасов 9; на фиг. 3 и - стартовый имп ульс, поступающий на блок управле- у ния циФровыми часами 9; на фиг.З зконечный усредненный результат измерения длительности переходного процесса установления частоты на выходевторого устройства усреднения 12.(На Фиг. 2 и 3 обратный переходныйпроцесс не показан),Из сравнения временных диаграммработы на Фнг, 2 и 3 видно, что кмоменту подачи стартового импульсатриггер б может находиться в одномиэ двух логическиХ состояниях 1иО(см. Фиг. 2 г,д и Зг,д) .Если к моменту подачи импульсаСтартф триггер б нахоцится в положении 1, то счет импульсов реверсивным счетчиком 5 начнется с исследуемой частоты Гх (см, фиг. 2 б и Зб).При этом сигнал на выходе триггера 6соответствует эпюрам на фиг, 2 г и Зг,а измеренная цифровыми часами 9 длительность переходного процесса соответствует точке 14 на фиг. 2 е и Зе.Если к моменту подачи стартовогоимпульса триггер 6 находится в положении О, то счет импульсов реверсивным счетчиком 5 начнется с эталонной частоты Езт (см. Фиг. 2 в и Зв).При этом сигналы на выходе триггера бсоответствуют эпюрам 2 д и Зд, а измеренная цифровыми часами 9 длительность переходного процесса соответствует точке 1 (см. Фиг. 2 ж и Зж).Из изложенного видно, что длядвух логических состояний триггераполучают два различных результата измерения времени переходного процессаустановления частоты, соизмеримого снесколькими периодами исследуемойчастоты, как при измерении известным,так и предлагаемым измерителями, Однако для известного измерителя результат измерения 1 или С являетсяконечным результатом, а для предлагаемого - промежуточными результатамиизмерения, которые затем усредняютсявторым устройством усреднения 12. Конечный результат измерения временипереходного процесса установлениячастоты показан на фиг. Зз.Погрешность измерений в значительной мере зависит от синхронизациистартового импульса с логическимиуровнями установки начального положения триггера и с импульсами исследуемой,частоты. В предлагаемом измерителе стартовый импульс Формируется только после установки триггера в надлежащее состояние, окончания регистрации длительности переходного процесса регистра- ором 13 и окончания обратного переходного процесса. Этим устраняется элемент случайности в выборе начального состояния триггера и решается задача временного расположения стар-, тового импульса с логическими уровняЬе установки начального положениятриггера.В предлагаемом измерителе подачастартового импульса синхронизируетсяпередним Фронтом импульсов исследуемой частоты с регулируемой задержкой,т.е. синхронизация по переднему фронту осуществляется со сдвигом на величину СП после каждых двух измерений,где Т время задержки синхронизации,и - число пар измерений, Время задержки С должно быть в несколько разменЬше периода исследуемой частоты ивыбирается из конкретных, условий схе-,мной реализации источника стартовогоимпульса (на фиг. 1 не показан),Зависимость погрешности измеренийот ремен задержки синхронизации показано на фиг. 4.На Фиг 4 г, д приведены диаграммысигналов на выходе триггера 6, на которых несколько последовательных циклов измерения расположены один поддругим, причем начала переходных процессов совмещены (для наглядности).Условно считают, что отсчет временипереходного процесса заканчивается, 25при: ;достижении импульсами гцопределенной длительности. СледовательнО, изменяя задержку синхронизации,стартового импульса относительнопереднего (заднего) Фронта импульса 3 Оисследуемой частоты на величинуС й вдвуХ ближайших циклах измерения, получают различные значения времени переходного процесса (точки 1,1 на фиг.4 з) Точкам)Ф. - г 4 могут 35соответствовать значения измеренноговремени переходного процесса в известном измерителе. Точке 1 с соответствует результат измерения предлагаемым измерителем. 4 ОВ известном измерителе, в которомне предусмотрена синхронизация стартового импульса с логическими уровнями установки начального положениятрнггера и с импульсами исследуемойчастоты, может произойти случайнаясинхронизация стартового импульса по .переднему или по заднему фронту импульса измерения со значительной сшибкой и тем самым может создаться видимость достоверности результата,(методическая ошибка) . В предлагаемом измерителе зведе - ние синхронизации стартового импульса относительно переднего или заднего фронта импульса исследуемой частоты позволяет уменьшить вероятностную исключить методическую ошибки измерения,Для исключения методической ошибки в предлагаемом измерителе каждый последующий импульс Старт через устройство управления 11 перебрасы-. вает триггер 6 в противоположное предыдущему состояние, Например, на фиг. Зд видно, что после подачи стартово - го импульса триггер 6 находится в том же состоянии, что и в предыдущем цикле измерения. При этом устройстзо у; равления 11 перебрасывает триггер 6 в противоположное состояние (см, на Фиг, Зд точка). Если после подачи стартового импульса триггер 6 на.:.одится в противоположном предыдущему состоянии та переброса триггера не происходит.Предложенный измеритель познает точность измерения кратковременных переходных процессов 6-8 раз.формула изобретенияИзмеритель времени переходного процесса установления частоты по авт, сз, Р 505127, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения кратковременных переходных процессов установления частоты посредством усреднения последовательно получаемых результатов измерений, в него введены второе устройство усреднения, регистратор и блок управления, два выхода которого соединены соответственно с входами установки нуля и единицы триггера, а его два входа соединены соответственно е управляющими входами первого и второ- го ключей, при этом третий вход блока управления подключен к выходу реверсивного счетчика, а его четвертый вход соединен с входом стартового и;. - пульса цифровых часов, выход котора.;.:. через второе устройство усреднения подключен к входу регистратора.о742829 Составитель Л.МураРедактор П.Горькова Техред М.Петко Кор о 9 ака одписно илиал ППП Патент, г Ужгород, ул. Проектная 45 4 ЮЦНИИПИ Государспо делам ив13035, Москва,Ти твенн брете Ж, о комит й и отк аушскан СССРийб., д. 4