Способ измерения отклонения частоты от номинального значения

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскивСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 24.,11. 80 (21) 3007016/18-21 1 И М. КПЗ а 01 Н 23/10 с присоединением заявки М(23) Приоритет Государственный комитет С,ССР ио делам изобретений и открытий,7 (0888) Опубликовано 23.12.82, Бюллетень Мо 47 Дата опубликования описания 23,12,82(71) Заявитель 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТКЛОНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ОТ НОИИНАЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ, испольэовайо в информационно-измерительных системах, устройствах конт-.роля частоты,:для измерения инфранизких частот, для измерения незначительных отклонений частоты отноминального значения,Известен способ измерения отклонения частоты от номинального значения, основанный на сравйении вфиксированные промежутки времени измеряемой и образцовой частот,заполнении образцовой частотой разностного промежутка времени,и определенииискомого результата 111.Недостатком известного способаявляется зависимость погрешностиизмерений от соотношения измеряемойи образцовой частот и в связи с этимнецелесообразность использованияуниверсальных аппаратно-программныхсредств для автоматизации измерений.Наиболее близким к изобретениюявляется способ измерений отклонениячастоты от номинального значения,основанный на формировании после"довательностей импульсов обратнопропорциональному значению двухчастот, вычитании этих последователь костей друг из друга и подсчете чис-ла импульсов заполнения разностногопромежутка времени, при этом длительность периода одной из последовательностей Формируют с известнойчастотой Ро, а второй - иэ сигналов разностной частоты, полученнойв результате смещения измеряемогосигнала с сигналом, частота которого отличается от номинальной наГ, 2.,1.Недостатком известного способаявляется.,зависимость погрешнос-ти измереййй от номинального значе"нвя образцовой частоты заполненияраэностного промежутка времени,а при автоматизации измерений влияние нелинейных преобразований на погрешность алгоритма измерений,Целью изобретения является обеспечение независимости погрешностиизмерений от номинального значения.частот образцового и измеряемогосигналов и технологичности при автоматизации измерений.Поставленная цель достигается темчто согласно способу нзмеренйя отклонения частоты от номинальногозначения,основанному на формировании последовательностей импульсовобратно пропорциональному значениюдвух частот, вычитании этих последо"вательностей друг из друга и оценкиполученной разности, образцовый иизмеряемый сигналы преобразуют вимпульсные последовательности,имеющие одинаковую длительность иодинаковый период импульсов, равныйТ = хпР, = хщРс,который нормируют эталонными им 0пульсами Юн, а затем выявляют разностный импульсный сигнал при условияхх/пРое х/щРс-Ю,; х/вГ. х/пР-Югде Р , Р - значения образцовойи измеряемой частотх, и, в, К " числа, задаваемыепрограммно;эталонный интервалМвремени. 20На.фиг.1 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие способ; нафиг,2 - блок-схема устройства,реализующего способ; на фиг,З -временные диаграммы работы устройстна,(при этом О, СГ - эпюры образцового Рс и измеряемого Рс сигналовэпюры преобразованных аппаратно-пограмлными средствами сиг=налов Р и Г; у - разноетная импульснац последбнательность),Способ осуществляется следующимобразом.При помощи программно-аппаратныхсредств образцовый и измеряемый сигналы, имеющие соответственно часто-.ту Р и Рс (фиг.1, зпюры 4, 6 ),преобразуются в равные по частотесигналы Р -1, Р, имеющие длительность периодаО про упРСгде в, п - целые числа, задаваемыепрограммно.45Полученные сигналы вновь подвергаются линейным преобразованиям. Путемделения получаю импульсные последовательности РО и РсСигналы Г и Рс нормируют по длительности импульсов при помощи эталонного источника (фиг,1, эпюры в,а )Ыи, Х - целое число, задаваемоепрограммно.Путем подбора чисел в, и, х,устанавливают отношение между дли 55тельностью периода и импульсов сигналов Ра и Рс,позволяющее определить отклонение ЬР частоты от номинального значения:ЬР, 60Для оценки допустимого отклонениячастоты .от номинала импульсные сигналы Р 1 и Г сравнивают между собойо спри помощи логических устройств, ко- б 5 торые формируют импульсные сигналы(фиг.1, эпюра у ) при условиих х . х х- -КтпГ и щРс шРс . дт,е, за время действия длительности,.паузы сигналов Гв.или Г дважды фиксируется появление импульсов Ф хсигналов Р или РоВ предлагаемом способе допускноминального значения частоты определяется эталонным импульсом и независит отноминальных значений частоты обраэцоного и измеряемого сигналов, поскольку последние путем логических преобразований выравниваются по частоте,Устройство, реализующее предложенный способ, содержит источник 1измеряемого Р сигнала, источник 2образцового Р сигнала, первый и втох хрой делители 3 и 4 - и в . частоты,щ ппервый формирователь 5 1 Е, состоящий из первого.,блока 6 привязки фазы и первого счетчика 7 К, второйформирователь 8 Ф 1, состоящий иэвторого блока 9 привязки фазы ивторого счетчика 10 К, первый, второй, третий и четвертый триггеры 1114 (ТВ, ТВ, ТВ-З, ТВ), первыйи второй элементы 15 и 16 НЕ, первуюи вторую выходные шины 17 и 18.Сигнал Р второго источника 2 поступает на первые входы первого и второго формирователей 5 и 8 йище.Преобразованные сигналы Г и Р с выходов первого и второго делителей 3 и 4 поступают соответственно на вторые входы первого и второго формирователей 5 и 8. Скважность сигналов Ро и Р с выходов первого и нторого делителей 3 и 4 при этом равна двум, а длительность период в .Т. По сов.еепадению фронтов сигналов. Р и Р,Р и Р, запускаются первый и второй счет. чики 7 и 10 К,подсчитывающие целое число периодов сигнала Р .Выходные импульсные последовательности первого и второго формиронателей 5 и 8 имеют длительность импульсов Ф Е, период Тн и наступают на первый, второй, третий и четвертый триггеры 11-14.П р им е р. Необходимо зафиксировать отклонение частоты от номинального значения при следующих исходных данных:6 Рс /Р=О, 3; Р =40 мГц;Г = 10 мГцу ЬГ /Р = 10.Преобразуем сигналы Р и Г к одному значению частот, т.е, Р поделим при помощи первого делителя 3пна число - и Р делим на второмхделителе 4 на число -983568 5Пусть период этой частоты равенхх1 мкс, т,е. - =, 40, - 10. Выборпериода Т равным 1 мкс позволяетпутем пересчета целого чйсла периодов сигналов Р, получить соотношение1 я)с 100 нс 3Тр 1000 нс.т.е. й, )с/Тр=ЬГо/Гпараметры импульсной последовательности Г такие,что их отношение определяет нестабиль.ность измеряемой частоты РВвиду того, что нестабильностьисточника 2 на двапериода меньшенестабильности ИсточникаГможно предположить что соотношение параметров импульсной последовательно ГФ)с/Т практически не изменяется.Предположим,что номинальные значения преобразованных частот равйыРо ГсПусть эти сигналы поступают с выходов первого и второго Формирователей 5 н 8 )с (фиг.2) . Сигналы 1 иРо - асинхронные сигналы и следовательно взаимное положение фаэпреобразованных сигналов Ри Г можетбыть любым, Допустим, что сигналыР- опережают сигналы Р в какой-томомент времени на половину периода,т.е. импульсные последовательностиГр и Р во время действия импульсов( 1 с) не перекрываются между собой(фиг.Зе) .Поскольку на У-входе первого триг .гера 11 (ТВ),Лог.1, а на .К-входе - ,ГЛог.0 Г то по фронту сигналов Рр произойдет запись Лог,1 Гпо прямому) выходу первого триггера11. Сигнал второго. формирователя 8 40Р поступает на В-входытретьего ичетвертого триггеров 13 и 14 и обнуляет их.На й-входы триггеров 11 и 12(ТВи ТВ) и на С-входы третьего 45и четвертого триггеров 13 и 14 (ТВи ТВ) поступают сигналы РГ, Ониобнуляют третий и четвертый триггеры 13 и 14 (ТВи ТВ), изменяютсостояние третьего триггера 13 50(ТВ) . Однако четвертый триггер 14 ТВпо-прежнему обнуленГ поскольку перезапись Лог.1 ГГ с третьего триггера 13 (ТВ) осуществляется по ФРонтУ импУльсов Рр. 55Поступивший импульсный сигнал Гф обнуЛИв третий триггер 13 (ТВ) до фронта появления сигналов ГГ. (фиг.Зе). Аналогичная ситуация происходит с первым и вторым триггерами 60 11 и 12 (ТВ"1, ТВ). Таким образом, если соотношения частот Ь Г / Гс/О, 3/ Г то на вйходах второго и четвертого триггеров 12 и 14 (ТВ, ТВ) пбтенциал не меняется, 65 а на выходах первого и третьего триггеров 11 и 13 (ТВ, ТВ-З.) формируются импульсные сигналы, длительностькоторых определяется расфазнровкойсигналов Рр и Р.Логические условия, характеризующие нахождение частоты в заданномдиапазоне изменения формулируютсякакх/п -)сФ )с/вР сх/пРО+)сй0,7 мкс 1 мкс(1,3 мксЛогические преобразования сигналов.Ро и Рр первым н вторым делителями 3 и 4 не оказывают влиянияна значение нестабильности частоты.ДРсПусть 7 0,3. Это означает, чточастота сигналов Гс возрасла и сталабольше, чем 1,3 Г, следовательно,уменьшилась длительность порядка,преобразованных сигналов Ре болеечем на 300 нс, т.е, 1/Рс с 700 нс,Если на С-входы третьего и четвертого 13 и 14 триггеров (ТВ-З, ТВ)поступают импульсные последовательности, имеющие длительность периодаменьше 700 нс, на В-входы в . сигналы,имеющие длительность периода 1000 мкс,на периоде сигналов Р, дважды Формируются импульсы , (фиг,Зж) . Отмеченная ситуация приводит к срабатыванию четвертого триггера 14 (ТВ) ина второй выходной шине 18 пояйляется июпульсГ регистрирующий отклонение частоты от номинального значения.Логические условия срабатываниячетвертого триггера 14 (ТВзаписывается какх 1, хилиР -с )с 770,0 нс 7 -х . х хи д И вГ вРюГт,е. на интервал времени, определя-емый периодом сигнала Р , приходитсядлительность периода сигналов ГсГплюс длительность импульсов йи)сследующего периода сигналов Г(Фиг.Зж), т.е. к текущему периодуизмеряемых сигналов добавляетсяэталонная длительность импульсовкоторая и позволяет зафиксироватьГ что измеряемый интервалуменьшился больше, чем на Г)с.Условие ДГ/Г Ъ-О,З означает,что частота сигналов Рс уменьшилась, Уменьшение частоты регистрируется вторым триггером 12 (ТВ"2)(Фиг,З ). Логическое условие умень.щения частоты за установленный предел определяется выражением видах хт.е, интервал времени,определяемый длительностью периода сигналов Ге вмещает длительность периода преоб 1 разованнык импульсных сигналов Гд плюс длительность эталонных импульсов Ф,)с (фиг.3 ).5Таким образом, если отклонения частоты ЬРс от номинального значения Р таковы, что за время действия периода Т = х/вГ успевает,набежатьфх 10 интервал времени +1 или защГСвремя действия периода Т = ус. тР певает нафежать интервал времени Ч = х пГп+Св) происходит сра батывание второго и четвертого триггеров 12 и 14, регистрирующих отклонение частоты от номинала, т.е. 11 Е ЫТо20где Т= 1/РоТехнико-экономический эффект дан" ного способа заключается в непосредственной регистрации результата измерений при помощи аппаратных средств, работающих по логическим принципам в независимости погрешности измерений от номинального значения образцовой частоты, возможности ,полной автоматизации процесса изме рений без ограничений диапазона измерений.фформула изобретенияСпособ измерения отклонения час тоты от номинального значения, основанный на формировании последовательностей импульсов обратно пропорциональному значению двух частот, вычитании этих последовательностей друг из друга и оценки полученной разности., о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения независимости погрешности измерений от номинальных значений образцовой. и измеряемой частоты сигналов и технологичности при автоматизации измерений, образцовый и измеряемые сигналы преобразуют в импульсные последовательности, имеющие одинаковую длительность и одинаковый период импульсов, равныйТ = х/пГех/вРкоторый нормируют эталонными импульсами Ю а затем выявляют разностный импульсный сигйал при условияхх/пГ ,х/вГ -ЕС, х/яР сх/пР -Ы где Г Р, в . значения образцоОф свой и измеряемойчастот;х, и, й, )с - числа, задаваемыепрограммно;эталонный интервалИвремени. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР9 547704, .кл. О 01 В 23/10, 1977.2. Авторское свидетельство СССРР 392420, кл. 6 01 й 23/10, 1973