Способ измерения периода сигнала и устройство для его осуществления

Союз СоветскикСфциалистическинРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 938181(51)М, Кл,С 01 К 23/00 С 04 Е 10/04 ЬвудврственнЫ 1 квинтет СССР на денем нэебретеннй н откритнй(72) Авторы изобретения Институт электроники АН Белорусской ССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРИОДА СИГНАЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ты 2. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, при обработке сигналов с фотоэлектрических преобразователей,Известен способ измерения времен 5ного интервалазаключающийся в сравнении входного сигнала с заданнымпороговым уровнем, формировании вмомент пересечения сигналом уровняимпульсов начала и конца интервала,подсчете импульсов образцовой частоты в течение времени, ограниченномимпульсами начала и конца интервала 1 1.15анный способ имеет низкую точность, обусловленную наличием ошибки формирования импульсов начала иконца интервала из-за нестабильностипорогового уровня. эоНаиболее близким к изобретениюпо технической сущности являетсяспособ измерения периода квазигармо-нического сигнала путем квантования 2импульсами образцовой частоты интервала времени между двумя ближайшими переходами сигнала через фиксированный уровень, фиксации вслед за момен том пересечения основного уровня, моментов пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом, фиксированных уровней, увеличении при первом пересечении каждого возрастающего уровня частоты квантования на значение образцовой частоты, уменьфшении при повторном пересеченйи каждого возрастающего уровня частоты квантования на значение образцовой частоты, подсчете количества импульсов квантования изменяющейся частоНедостатком данного способа является невысокая точность измерения периода, обусловленная наличием ошибки измерения из-за нестабильности нулевого уровня и амплитуды входного сигнала.Наиболее близким к изобретению по технической сущности устройством является цифровой инфранизкочастотный периодомер, содержащий схему сравнения, цифроаналоговый преобразователь, счетцик, блок управления, два триггера, генератор образцовой частоты, управляемый умножитель частоты, блок счета и клюци 1 3.Недостатком данного устройства яв 1 О ляется невысокая тоцность изменения периода, обусловленная наличием ошиб. ки измерения, вызванной нестабильностью нулевого уровня и амплитуды входного сигнала. 15Цель изобретения - повышение точности измерения,периода за счет исключения ошибки измерения, обусловленной нестабильностью нулевого уровня и амплитуды входного сигнала, 20Поставленная цель достигается тем, цто согласно способу измерения периода сигнала путем квантования импульсами образцовой частоты интервала времени между двумя ближайшими переходами сигнала через Фиксированный уровень, фиксации вслед за моментом пересечения основного уровня моментов пересечения дополнительных возрастающих друг за другом фиксированных уровней, уве лицении при первом пересечении каждого возрастающего уровня частоты квантования на значение образцовой частоты, одновременном подсчете количества импульсов квантования изменяющейся35 частоты, вслед за фиксацией моментов пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом уровней фиксируют моменты пересечения дополнительных, ,убывающих друг за другом фиксированных уровней, увеличивают от нуля частоту квантования на значение образцовой частоты при первом пересечении каждого убывающего уровня, при пов-. торном пересечении каждого возраста 5 ющего уровня и повторном пересечении каждого убывающего уровня, одновременно подсчитывают число пересеченных сигналов уровней, количество импульсов квантования образцовой час 50 тоты в интервалах времени между моментами пересечения сигналом основного верхнего убывающего уровней, между моментами пересечения верхних возрастающего и убывающего уровней, и по их значению определяют значение55периода. В устройство, состоящее из блока сравнения, цифроаналогового преобра зователя, сцетчика, блока управления,двух триггеров, генератора образцовойчастоты, блока счета, и управляемогоумножителя частоты, вход которогоподключен к выходу генератора образцовой частоты, вход которого соединенс выходом первого триггера, вход установки нуля которого соединен с выходом блока сравнения и суммирующимвходом счетчика, выход кода которогочерез цифроаналоговый преобразовательсоединен с первым входом блока сравнения, а выход передачи заема связансо счетным входом второго триггера,выход которого подключен к счетномувходу первого триггера, а выход управляемого умножителя частоты соединен со счетным входом блока сцета,при этом второй вход блока сравнениясвязан с выходом блока управления,дополнительно введены три блока счета, блок вычислений, блок сравнения,триггер и одновибратор, выход которого соединен с входами управления основного и первого и второго дополнительных блоков счета, первые и вторыеуправляющие входы третьего дополнительного блока счета и дополнительного триггера поключены соответственно к выходам основного и дополнительного блоков сравнения, выход дополнительного блока сравнения соединенс входом вычитания счетчика, выходзаема которого и два выхода дополнительного триггера связаны с тремясоответствующими входами запуска одновибратора, выход которого соединенс входом блока вычислений, информа,ционные входы которого соединены свыходами блоков счета, при этом счетные входы второго и третьего допсрнительных блоков счета соединены свыходом генератора образцовой частоты, счетные входы первого дополнительного блока счета связаны с выходом основного и дополнительного блоков сравнения, первый вход второгоблока сравнения подключен к выходуцифроаналогового преобразователя, аего вход управления соединен с выходом блока управления, причем выход первого дополнительного блокасчета связан с управляемым умножителем частоты. На Фиг. 1 изображена временная диаграмма, поясняющая предлагаемый способ, где 1 а - входной сигнал. на-, ложенный на сетку уровней, 1 б - энагде с - отношение длительностей заднего и переднего фронтов сигнала.При этом значение задается согласно априорным данным по отношению длительностей переднего и задних фронтов сигнала.Устройство состоит. из блоков 1 и 2 сравнения, блока 3 управления,5 9381чение масштаба, 1 в - импульсы разде"ления интервалов времени; на фиг, 2,Функциональная схема предлагаемогоустройства,Сущность способа заключается вследующей последовательности операций.П-ресечение,фиксируется сигналомосновного уровня, Основной уровеньвыбирается выше уровня шумов, сопровождающих сигнал, Интервалы времени квантуют импульсами образцовойчастоты (при измерении размеров вкачестве импульсов образцовой частоты могут быть использованы сигналы 1 эс датчика линейного перемещения).Вслед за моментом пересечения основного уровня Фиксируют моменты пересечения дополнительных, возрастающихдруг за другом Фиксированных уровней 26(расстояние между уровнями выбирается большим, чем удвоенная амплитудашумов, наложенных на, сигнал). Придервом пересечении каждого возрастающего уровня увеличивают частоту кван+5квантования на значение образцовойчастоты (интервал времени 0-1, фиг,1 фПодсчитывают число пересеченных сиг-налом уровней а, Текущее значениерезультата при этом может использоваться для управления коэффициентомувеличения частоты. Подсчитывают количество импульсов квантования изменяющейся частоты а и количество импульсов квантования образцовой частоты в интервале времени между моментами пересечения верхних, возрастающегои убывающего уровней, т. е. определяют значение а 4Вслед за фиксацией моментов пересечения дополнительных, возрастающихдруг за другом уровней Фиксируют -моменты пересечения дополнительных, убывающих друг за другом Фиксированныхуровней. Каждый убывающий уровень соответствует возрастающему фиксированному уровню. Например первый убывающий соответствует предпоследнемувозрастающему, последний убывающий,предшествующий основному, соответствует первому возрастающему, Таким об- .разом, общее число убывающих уровнейна единицу меньше числа возрастающих,При пересечении каждого дополнительного убывающего уровня увеличи 55ваат от нуля частоту квантования назначение образцовой частоты (интервалвремени 1-2, фиг. 16) подсчитываютколичество импульсов квантования из 81 6меняющейся и образцовой частоты в интервале, времени между пересечением верхнего убывающего и основного уровня а и а , а также количество квантования образцовой частоты в интервале времени между пересечением первым задним и вторым передним фронтом сигнала основного уровня а (интервал времени 2-3, Фиг. 1 в).Вновь фиксируют пересечении,. сигналом основного уровня, вслед за моментом пересечения основного уровня Фиксируют моменты пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом фиксированных уровней.При повторном пересечении каждого возрастающего уровня увеличиваютот нуля частоту квантования на значение образцовой частоты (интервал времени 3-М; Фиг. 16), Подсчитывают число пересеченных сигналом уровней, количество импульсов квантования измеряющейся и эталонной частот в интервале времени между пересечением сигналом основного и верхнего убывающего уровня а 4 и а 4, количество импульсов квантования эталонной частоты в интервале времени между пересечением сигналом верхних возрастающих и убывающего уровней а ; Фиксируют моменты повторного пересечения дополнительных, убывающих друг за другом фиксированных уровней; увеличивают от нуля частоту квантования на значение образцовой частоты при пересечении каждого убывающего уровня (интервал времени Й, Фиг. 16); подсчиты" вают количество импульсов квантования изменяющейся и эталонной частот в интервале времени между пересечением сигналом верхнего убывающего и основного уровней а 5 и а.Значение периода определяют по формуле С.Ял ф 1+ха% о ф 44 МЮ фъ Ф - -+Щ)О+с 1 ) Ш 14-1) О+с 1+9(2) (3) где И и ЦС с уровни сравнения блоков 1 и 2 сравнения соответственно;ю величины входного напряжения и напряжения с с цифроаналогового преобразователя 4;величина по модулю кванта цифроаналогового преобразователя 4,ВХ ЦАп При Б = д (основной уровень) срабатывает блок 1 сравнения, содержимое счетчика 5 увеличивается на еди-о ницу, таким образом, уровни сравнения сдвигаются до значений 2 8 и 0, содержимое блока 10 увеличивается до единицы, задавая коэффициент управляемого умножителя частоты равным единице, триггер 6 устанавливается в единичное состояние и разрешает работу генератора 8 образцовой частоты, импульсы с цифроаналогового преобразователя 4,счетчика 5, триггеров 6 и 7, генератора 8 образцовой частоты, управляемого умножителя 9 частоты, блоков10-13 счета, триггера 14, одновибра"тора 15 и блока 16 вычислений.Блоки 1 и 2 сравнения могут бытьвыполнены в виде последовательно соединенных сумматора, порогового элемента, преобразователя уровня, элементов логики и одновибратораУправляемый умножитель 9 частотыможет быть построен либо как генератор пачки импульсов (число импульсовв пачке равно числу, код которого 35выставлен на управляющем входе управляемого умножителя частоты), либокак делитель периода входных сигналов на заданное. число.Устройство работает следующим об оразом,8 начальный момент счетчик 5,триггеры 6, 7 и 14, блоки счета 1013 установлены в нулевое состояние.Напряжение цифроаналогового преобра ззователя равно нулю. По сигналу сблока 3 управления, блоки 1 и 2 сравнения подключаются к входу устройстФва, на который подается измеряемыйсигнал. ЗОуровни сравнения выбираются поформулам 1 8которого поступают в блоки 12 и 13 счета и через управляемый умножитель 9 частоты в блок 11 счета.При пересечении последующих возрастающих уровней коэффициент умножения увеличивается, блок 13 счета каждым импульсом совпадения обнуляется, таким образом, содержимое его соответствует по выходу регистра числу импульсов квантования образцовой частоты, подсчитанному в йнтервале времени от предпоследнего до последнего пересеченных уровней. При первом срабатывании блока 2 сравнения, что соответствует пересечению верхнего убывающего уровня (фиг. 1, момент времени 1) содержимое счетчика 5 уменьшается на единицу, сдвинув вниз уровни сравнения, триггер 14 переключается, запуская одновибратор 15, который обнуляет блоки счета 10, 11 и 12, блок 16 проводит обмен данными, при этом числа на регистровых выходах счетных блоков 10, 11 и 12 соответствуют числу пересеченных возрастающих уровней а, числу импульсов квантования возрастающей а , основной а 1 частот в интервале времени между первым пересечением сигналом основного и верхнего убывающего уровней и с блока 13 счета - числу импульсов квантования основной частоты а в интервале времени между верхним возрастающим и убывающим уровнями. После обнуления в блок 10 счета записывается единица, это достигается тем, что импульс обнуления вырабатывается одно- вибратором 15 по переднему фронту импульса с блоков 1 и 2 сравнения, а блок 10 счета увеличивает свое содержимое на единицу по заднему Фронту импульса с блоков 1 и 2 сравнения. При пересечении последующих уровней процесс счета повторяется, при появлении заема на выходе счетчика 5, который соответствует содержимому счетчика 5, равному единице, срабатывает одновибратор 15, обнуляя счетные блоки 10, 11 и 12 и индицируя обмен блока 16 с ними, таким образом получают величины а, а, триггерпереключается в единичное состояние, счетчик 5 обнуляется.При повторном пересечении основного уровня процессы обмена и счета повторяются, При повторном появлении импульса заема с выхода счетчика 5, триггер 7 переключается в ноль и перебрасывает по счетному входу триггер6 также в ноль. Процесс счета прекра,щается. Полученные данные используются в блоке 16 для расчета величины периода по формуле (1). Величина ц вводится предварительно. 5Таким образом, предлагаемый способ и устройство по сравнению с иэ = вестными позволяют повысить точность в три раза.Повышение точности измерения пе риода обусловлено компенсацией ошибки отсчета периода по передним фрон там сигналов, ошибкой отсчета по задним фронтам.15Введение новых операций в способ и новых элементов с их связями в уст. ройство позволяет компенсировать ошибку измерения периода сигнала, обусловленную нестабильность нулевого уровня, амплитуды сигнала. С помощью предлагаемых способа и устройства снижаются требования к стабильности параметров входных сигналов и дрейфу параметров элементов схемы.Формула изобретения1. Способ измерения периода сигнала путем квантования импульсами образцовой частоты интервала времени между двумя ближайшими переходами сигнала через фиксированный уровень, фиксации вслед за моментом пересечения основного уровня моментов пересечения дополнительных, возрастающих друг эа другом фиксированных уровней, увеличении при первом пересечении каждого возрастающего уровняао частоты квантования на значение образцовой частоты, одновременном подсчете количества импульсов квантования изменяющейся частоты, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью45 повышения точности измерения, вслед за фиксацией моментов пересечения дополнительных, возрастающих друг за другом уровней, фиксируют моменты пересечения дополнительных, убывающих друг за другом фиксированных уровней, увеличивают от нуля частоту квантования на значение образцовой частоты при первом пересечении каждого убывающего уровня, при повторном пересечении каждого возрастающего 55 уровня и повторном пересечении каждого убывающего уровня, одновременно. подсчитывают число пересеченных сигналов уровней, количество импульсовквантования образцовой частоты в ин"тервалах времени между момейтами пересечения сигналом основного, верхнего убывающего уровней, между моментами пересечения верхних возрастающихи убывающего уровней, и по их значению определяют значение периода. 2. Устройство для измерения периода сигнала, состоящее из блока сравнения, цифроаналогового преобразователя, счетчика, блока управления, двух триггеров, генератора образцовой частоты, блока счета и управляемого умножителя частоты, вход которого подключен к выходу генератора образцовой частоты, вход которого соединен с выходом первого триггера, вход установки нуля которого соединен с выходом блока сравнения и суммирующим входом счетчика, выход кода которого через цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом блока сравнения, а выход передачи заема связан со счетным входом второго триггера, выход которого подключен к счетному входу первого триггера, а выход управляемого умножителя частоты соединен со счетным входом блока счета, при этом второй вход блока сравнения связан с выходом блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены три блока счета, блок вычисления, блок сравнения, триггер и одновибратор, выход которого соединен с входами управления основного и первого и второго дополнительных блоков счета, первые и вторые управляющие входы третьего дополнительного блока счета и дополнительного триггера подключены соответветственно к выходам основного и дополнительного блоков сравнения, выход дополнительного блока сравнения соединен с входом вычитания счетчика, выход заема которого и два выхода дополнительного триггера связаны с тремя соответствующими входами запуска одновибратора, выход которого соединен с входом блока вычислений информационные входы которого соединены с выходами блоков счета, при этом счетные входы второго и третьего дополнительных блоков счета соединены с выходом генератора образцовой частоты, счетные входы первого дополнительного блока счета связаны с выхо 11 938181 12дом основного и .дополнительного бло- Источники информации,ков сравнения, первый вход второго принятые во внимание при экспертизе блока сравнения порклечен к выходу 1. Дворятин Б. В. Кузнецов Л. И. цифроаналогового преобразователя, а Радиотехнические измерения. И., "Соего вход управления соединен с выхо- ь ветское радио", 1978, с. 104-105. дом блока управления, причем выход 2. Авторское свидетельство СССР первого дополнительного блока счета У 568902, кл . С 01 й 23/00, 1977 связан с управляемым умножителем час. 3. Авторское свидетельство СССР тоты. И 473984, кл. С 04 Р 10/04, 1975938181 иг. Составитель В. Мулярзориз Техред Д, Ац . Корректор Н, щ ор А 4453/68 Тираж 717 ВНИИПИ Государственного по делам изобретении 13035, Москва, Ж, РауПодписноекомитета СССРи открытийшская наб., д, 4 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн