Цифровой частотомер

(ы)м. кд. С 01 й 23/00 Ъеудвретвеап кемитвт СССР до делам нввбрвтвннй н втхрытнй(72) Авторы изобретения В. Г, Патюков и М. К. Чмых Красноярский политехнический институт"(54) ЦИФРОВОЙ ЧАСТОТОМЕР Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты и периода исследуемого сигнала.Известны цифровые измерители частоты и периода, содержащие электронные ключи, Формирующие устройства, генератор образцовой частоты, счетчик и индикатор 13.Однако такие измерители имеют низ- О кую точность измерения, обусловленную воздействием шумов на входное формирующее устройство и большую погрешность квантования, вызванную необходимостью использования низкочастотных генераторов образцовой частоты,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой измеритель длительности петО риода, содержащий последовательно соединенные генератор образцовой частоты, первый формирователь, счетчик, арифметическое устройство, выполняю 2щее Функцию умножителя, сумматор и индикатор, а также второй формирователь, подключенный через реверсивный счетчик к арифметическому устройству и устройство управления 1 2.Недостатком известного измерителя является низкая точность и помехоустойчивость при измерении частоты и периода в присутствии помех.Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости измерения частоты и периода исследуемых сигналов.Поставленная цель достигается тем, что в цифровой частотомер, содержащий последовательно соединенные генератор образцовой частоты, первый формирователь импульсов, счетчик импульсов, умножитель и сумматор, а также второй формирователь импульсов, блок управления и индикатор, введены Формирователь весовой функции и последовательно соединенные нормализатор и дешифратор, выход которо 8923го подключен к входу индикатора,приэтом вход формирователя весовой функции соединен с выходом блока управления, вход которого подключен квыходу второго формирователя импульсов, выход формирователя весовой Функции соединен с вторым входом умножьтеля, третий вход которого подключенк второму выходу блока управления,третий и четвертый выходы последнегосоединены соответственно с вторым входом счетчика импульсов и с вторымвходом сумматора, ВыхОд которого подклюцен к входу нормализатора,Кроме того, Формирователь весовой функции Выполнен в виде последовательно соединенных вычитающего счетчика и сумматора, выход которого подключен к выходу формироватеЛЯ ВЕСОВОЙ ФУнкЦииа ВХОД ПОСЛЕДНЕ аоого соединен с входом вычитающего счет";цика. На чертеже представлена структурная схема цифрового частотомера. 25Устройство содержит генератор 1образцовой частоты, Формирователи2 и 3 импульсов, счетчик 4 импульсов, умножитель 5, сумматор 6, блок7 управления, формирователь 8 весовойФункции., состоящий из вычитающегосчетчика 9 и сумматора 10, нормализатор 11, дешифратор 12 и индикатор13Устройство работает следующим образом,35Перед измерением счетчик 9 Формирователя весовой функции устанавливается на И-число, равное количествуусредняемых периодов. Входной .сигналпоступает на Формирователь 3, на выходе которого образуется поток импульсов, соответствующих моментам перехода сигнала через нулевой уровень.Эти импульсы поступают на блок 7 управления. 0 помощью генератораобразцовой частоты, формирователя 2,счетчика 4 и блока 7 управления из"меряется первый период Т исследуемого сигнала, Результат измерения Тк концу измеряемого интервала нахо вдится в счетчике 4, За этот же отрезок времени по команде от блока 7управления, предварительно записанное в счетчик 9 число М , равноеколичеству усредняемых периодов, переписывается в сумматор 10. Результат измерения Т. перемножается вумножителе 5 на весовой коэффициент Зг401= И, сформированный к моменту окончания измеряемого периода формирователем 8 и результат перемножения переписывается в сумматор 6. После измерения Т сцетцик 4 устанавливается с помощью блока 7 управления на нуль и осуществляет измерение второго периода Т исследуемого сигнала. Результат измерения Т к концу действия измеряемого интервала находится в счетчике 4. За этот же интервал времени по команде от блока 7 управления содержимое счетчика 9 формирователя 8 весовой функции уменьшается на 2 (И) и переписывается в сумматор 10. Результат измерения Т, находящийся в счетчике 4 перемножается в умножителе 5 на сформированный весовой коэффициент Я = И + (И) и результат перемножения переписывается в сумматор 6. Счетчик 4 устанавливается на нуль и осуществляется измерение третьего периода Тт, результат измерения которого, находящийся в счетчике 4, перемножается в умножителе 5 на весовой коэффициент Я=Ы + Р 1-2) + (И - 4) = Я + (М - 4) и результат перемножения переписывается в сумматор 6. Измерение последующих периодов исследуемого сигнала не имеют особенностей до момента обнуления вычитающего счетчика 9, которое произойдет при поступлениипе + 1) усредняеиого интервала лри цетномт и или до момента, когда в вычитающвм счетчике останется записанным один импульс при нечетном п, что будет соответствовать среднему из П усредняемых интервалов. Начиная с этого момента, все последующие весовые коэффициенты Формируются на выходе сумматора 10, обеспецивающего сложение" содержимого сумматора с содержимым вычитающего счетчика 9 в дополнительном коде, т.е. начинается уменьшение значений весовых коэффици ентов, В результате перечисленных операций с помощью вычитающего счетчика 9 и сумматорга 1 О Формируются весовые коэффициенты, значения которых одинаковы для измеряемых периодов равностоящих от начала и конца времени измерения. К концу времени измерения в сумматоре находится взвешенная сумма усредняемой последовательности измеряемых периодов, которая после нормализатора 11 (обеспечивающего умножение на коэффициент+1- 2 и Л1 - ,или учитывая, что= и(п+1)/2 и Е=и(п+1)(п+2)/6,рЙ 1 6(и + 1 - )0; Д= з,(п но, оценка средн да исследуемого минимальную пог я, если весовую производить по а гоигнаеш- бра- горитледовател ения пери ла будет име ность измере ботку сигнал многих быть св сторону Получен зультат 12 пост Дисперсритма (8), при п 1,рованного алг по формуле (3 оптим йденн вна= 65/и ормула изобретен а учитывая, что д = д +1 и д,= р,б;решим эту систему относйтельно д,== д , в результате получим й= а= иЛ/4 Это позволяет записать общее выражение (5) в виде д =(и + 1 - ) Л /4 (6) Определим значение неопределенногомножителя Лагранжа из условия несмещенности оценки Т- Е(и+1- ) =1,4;,откуда7=4/Е (и+ 1 - ).1=1Учитывая это, запишем (6) в видед = (и+1-)/ Е (п+1-)1 :1 в результате получим значения весовых коэффициентов, минимизирующих дисперсию оценки (3)Ц Т.=1 Е (п+1-)Т ( Дисперсия оценки измерения пери а известного устройства при тех ж условиях равная = 86 1 /и.следов 3 16 1 ЭЗ 33 8 тельно, эффективность данного устройства составляетЯ,= 1 С 66/6,.= 1,2 дВ или 12,53.С такой эффективностью в предлагаемом устройстве будет уменьшено значение шумовой составляющей, определяющей точность измерения и одновременно погрешность квантования.Одновременное уменьшение этих погрешностей без увеличения времени измерения эквивалентно повышению быстродействия устройства, С такой же эффективностью настоящее устройство может быть использовано для прямого измерения частоты исследуемого сигнала, Для этого необходимо выход первого формирователя 2 подсоединить ко входу блока 7 управления, а выход( второго Формирователя 3 подсоединить; ко входу счетчикаФормирователь 8 весовой функцииреализует весовые коэффициенты 91= (П + 1 - ). Чтобы убедиться в этом рассмотрим пример, Если п = б, то Я =И=61= Е 1+ -2) = 10,Я = Я+ (И) = 12, Я 4 = Я+ (И) = 12, Яр= ,+ 0(-8) = 1 О, 0 ь = 5+ РО) = 6, Для Ч 5 и Я добавление (Х) и (М -10) необходимо выполнить в дополнительном коде, т.е, вычесть.Это обеспечивает симметричное дискретное увеличение весовых коэффициентов до середины времени измерения, а затем уменьшение, Для обеспечения несмещенности оценки периода (частоты) по алгоритму (8) необходимо обеспечить нормализацию. Это осуществляется в нормализаторе 11, обеспечивающем умножение полученного результата измерения, находящегося в сумматоре 6 на коэффициент 1 = 6,Во лучаях такая операция может дена к смещению запятой в старших разрядов сумматора. ый после нормализации реизмерения после дешифраторапает на индикатор 13 1. Цифровой частотомер, содержай последовательно соединенные генесоответственно с:вторым входом счетчика импульсов и с вторым входомсумматора, вьход которого подключен квходу нормализатора.2. Частотоиер по п.1, о т л иц а ю щ и и с я тем, что Формирователь весовой Функции выполнен в видепоследовательно соединенных вычитающего счетчика и сумматора, выход ков торого подключен к выходу Формирова, теля весовой Функции, а вход последнего соединен с входои вичитаащегосчетчика 13 источники информации ф принятые во внимание при экспертизеАппаратура для частотных и временных измерений; йод ред, А.Й.Гор,и 9 У 69 26 2. Авторское свидетельство СССР И 61429, л,б Е 1 й 2 ЫО 2 Ю 78.9 892332 ратор образцовой частоты, первый формирователь импульсов, счетчик импульсов, умножитель и сумиатор, а также второй формирователь импульсов, блок управления и индикатор, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьаения точности и помехоустойчивости, в него введены фориирователь весовой функции и последовательно соединенные нориализатор и деаифра" тор, выход которого подклюцен к входу индикатора, при этом вход Фориирователя весовой Функции соединен с выходом блока управления, вход кото- РОГО подключен к выходу второго фор мирователя импульсов, выход Формирователя весовой Функции соединен с вторыи входои уиножителя, третий вход которого подключен к второму вы. ходу блока управления, третий и четвертый выходы последнего соединены