Устройство измерения частоты

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфюэ СоветскихСоциалистическихРеспублик 11991325(22) Заявлено 30. 07. 81 (21) 332 б 908/18-21с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 230183, Бюллетень М 3Дата опубликования описания 2301.83 Я 11 М К 3 0 01 й 23/02 Государствеииый комитет СССР ио дедам изобретений и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ;ЧАСТОТЫ Изобретение относится к измеригельной и импульсной технике и можетбыть использовано для измерения частоты периодических сигналов.5Известно устройство измерения частоты, содержащее генератор эталонной ,частоты, формирователи импульсовэталонной и измеряемой частот, ключи,триггер управления, схему совпадения,счетчики ймпульсов эталонной и измеряемой частот, делитель частоты 1 3.Однако это устройство допускаетвозможность переполнения счетчиковимпульсов или же определение частотыпо недостаточному количеству подсчитанных импульсов при произвольном коэффициенте деления делителя частоты.Кроме того, произвольный выбор импульсов совпадений из разных пакетов неявляется оптимальным с точки зренияобеспечения высокой точности во всемдиапазоне измерения измеряемых частот.В области больших расстроек точностьизмерения значительно ниже, чем точвость измерения при близких значениях 25частот сравниваежх последовательностей,Наиболее близким к изобретению потехнической сущности является устройство измерения частоты, содержащее 30 генератор эталонной частоты, формиро-.ватели импульсов эталонной и измеряемой частот, ключи, схему совпадения,счетчики импульсов эталонной и изме-,ряемой частот и триггер управления,один из входов которого подключен квыходу счетчика эталонной частоты.В нем регистрируются совпадения импульсов эталонной последовательности и последовательности импульсов не.известной частоты, формируется временной интервал между импульсами совпадений, подсчитывается число импульсов эталонной и неизвестной частот,попавших в сформированный интервалмежду совпадениями 23.Однако выбор совпадений в известном устройстве не является оптималь-ным, из-за чего возможна потеря точности измерения,Цель изобретения - увеличение точности измерения частоты.Поставленная цель достигается тем,что в устройство измерения частоты,содержащее генератор эталонной частоты, два ключа, счетчики импульсовэталонной и измеряемой частот, триггер управления и формирователь импульсов измеряемой частоты, вход которогосоединен с входной шиной устройства, 991325выход генератора эталонной частотысоединен с входом первого ключа ипервым входом элемента И, второй входкоторого подключен к выходу Формирователя измеряемой частоты и входувторого ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входомпервого ключа и выходом триггерауправления, выходы первого и второгоключей соединены соответственно сосчетными входами счетчика импульсовэталонной частоты и счетчиком импульсов измеряемой частоты, выход счетчика импульсов эталонной частоты подключен к первому входу триггера управления, введены элемент ИЛИ и вканалов, в каждый из которых введенысчетчик канала, регистр, дешифратор,блок сравнения кодов, первый и второй вспомогательные ключи, при этомв каждом канале выход счетчика канала соединен с кодовым входом регистра и первым входом блока сравнениякодов, второй вход которого соединенс входом дешифратора и выходом регистра, выход блока сравнения кодов соединен с управляющим входом первоговспомогательного ключа, а выход дешифратора соединен с управляющим входомвторого вспомогательного ключа, вкаждом канале, начиная с второго,упрвляющие входы счетчика канала, ЗОрегистра и импульсные входы вспомогательных ключей соединены между собой и подключены к выходу первоговспомогательного ключа предыдущегоканала, а управляющие входы счетчика 35канала, регистра и импульсные входывспомогательных ключей в первом канале соединены между собой и подключены к выходу элемента И, импульсные входы каждого счетчика канала соеди иены с выходом генератора эталонной частоты, выходы вторых вспомогательных ключей каждого канала и первого вспомогательного ключа последнего канала соединены с соответствующими 45 входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу триггера управления.На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - временная диаграмма, поясняющая его работу.Устройство содержит генератор 1 эталонной частоты, формирователь 2 импульсов измеряемой частоты, элемент И 3, триггер 4 управления, первый и второй ключи 5 и 6, счетчик 7 импульсов эталонной. частоты, счетчик 8 импульсов измеряемой частоты, элемент ИЛИ 9, щ каналов, в каждый из которых входит счетчик 10 канала, регистроО 11, блок 12 сравнения кодов, дешифратор 13, первый и второй вспомогательные ключи 14 и 15.Внутри каждого канала выход счетчика 10 соединен с кодовым входом ре гистра 11 и первым входом блока 12сравнения кодов, Второй вход блока12 соединяется с входом дешифратора13 и выходом регистра 11. Выход блока 12 сравнения кодов соединяется суправляющим входом первого вспомогательного ключа 14. Выход дешифратора13 соединяется с управляющим входомпервого вспомогательного ключа 15.Управляющие входы счетчика 10, регистра 11 внутри каждого канала, начиная с второго, соединены междусобой и с импульсными входами первого и второго вспомогательных ключей14 и 15, а затем соединяются с выходом первого вспомогательного ключа14 предыдущего канала. Аналогичныевходы счетчика 10, регистра 11, первого и второго вспомогательных ключе 14 и 15 первого канала соединенымежду собой и с выходом элемента И 3.Выходы вторых вспомогательных ключей15 каждого канала, а также выходпервого вспомогательного ключа 14последнего канала соединяются с соответствующими им входами элементаИЛИ 9. Выход генератора 1 эталоннойчастоты соединяется с импульсными входами счетчиков 10 всех каналов, спервым входом элемента И 3 и импульсным входом первого ключа 5, Выходформирователя 2 импульсов соединенс вторым входом элемента И 3 и импульсным входом второго ключа б. На вход формирователя 2 поступает сигнал измеряемой частоты. Выход элемента ИЛИ 9соединяется с вторым входом триггера4 управления, выход которого соединяется с управляющими входами первого второго ключей 5 и б, Первый входтриггера 4 соединен с выходом счетчика 7. Выход первого ключа 5 соединенсо счетным входом счетчика 7, а выход второго ключа б соединен со.счетным входом счетчика 8.Устройство работает следующим образом.В каждом канале счетчики 10 канала подсчитывают поступающие на их импульсные входы импульсы с генератора эталонной частоты между моментами прихода импульсов на управляющиевходы счетчиков 10, регистров 11 иимпульсные входы первого и второгоключей 14 и 15. В момент прихода импульса на управляющий вход счетчика10 его состояние фиксируется. Блок12 сравнения кодов сравнивает кодсчетчика 10 и код регистра 11. Еслив этот момент код счетчика 10 больше(или меньше) кода регистра 11, тоблок 12 открывает первый вспомогательный ключ 14 и пропускает импульс,поступающий в это время на его импульсный вход, Одновременно дешифратор 13 анализирует код регистра 11и если он больше заданного значения й: то дешифратор 13 открывает второй991325 лвспомогательный ключ 15 и пропускаетимпульс, поступающий на импульсный вход этого ключа. По окончании действия импульсовнапример, по.их заднему Фронту ), поступающих на управляющие входы счетчика 10 и регист ра 11,. содержимое счетчика 10 переписывается в регистр 11, а сам счетчик обнуляется. После этого процесс повторяется,Таким образом, в каждом канале щ имеет место преобразование входящей последовательности импульсов, поступающей в него на управляющие входы счетчика 10 и регистра 11, а также импульсные входы первого и второговспомогательных ключей 14 и 15. На выходе первого вспомогательного ключа 14 формируется новая последовательность, состоящая из тех импульсов входящей последовательности20 которые образуют начальные 1 или конечные ) границы таких интервалов между ближайшими импульсами этой последовательности, длительность которых больше или меньше ) длительности предшествующих им аналогичных интервалов. Новая последовательность выбранных импульсов поступает в следующий каналПри этом, для первого канала входящей является. последовательность импульсов совпадений, сформиРабота устройства поясняется с помощью диаграммы, на которой последовательности разбиты на участки. Импульсы эталонной последовательности, назовем ее первой, с периодомТ =1 Ла- эизображены на трех участках а, ъ, а (Фиг.2). Для удобства определения импульсы эталонной последовательнос ти пронумерованы. При этом в началекаждого участка показаны импульсы, находящиеся в конце предыдущего участка. Аналогичным образом на участках Б, Ь, а фиг.2) представлены импульсы второй последовательности с периодом Тх=1/Е.Совпадения импульсов первой и второй последовательностей образуют последовательность импульсов совпадений.Импульсы совпадений группируются в пакеты. Временные интервалы между им" пульсами, входящими в пакеты, равны ТЗ, т,е. величине периода первой последовательности. Между пакетами 5 О образуются интервалы, имеющие длительность, превышающую величину 2 Тэ .Это позволяет в первом канале из исходной последовательности совпадений выделить либо первые, либо последние импульсы пакетов импульсов совпаде ний, так как эти импульсы образуют границы интервалов, длительность которых отличается от,длительности соседних с ним интервалов. В частности на диаграмме это импульсы с номерами Оф 4 г 8 ю 1115 ю 18 и 22.В произвольном случае совпаденкяреализуются не при одинаковом взаимном расположении совпадающих импульсов первой и второй последовательносГей. Если принять за начальное сОсто 40 45 65 рованная элементом И 3 из совпадающих импульсов эталонной частоты Ха и неизвестной частоты Хх, поступающих на ее первый и второй входы, соответственно, с выходов. генератора 1 и Формирователя 2. В свою очередь,последовательность импульсов, выбранная в первом канале через его первый вспомогательный ключ 14, поступает во второй канал и уже дця него является входящей и т,д.Очевидно, что временной интервал между импульсами каждой новой последовательности больше, чем интервал между импульсами входящей последовательности, из которой формируется новая. Поэтому в части каналов, начиная с того, для которого временные интервалы между импульсами входящей последовательности достаточно велики, коды дешифраторов 13 будут превышать заданное значение й . В этих каналах помимо преобразовайия входящие последовательности пропускаютсй через вторые вспомогательные ключи 15 на соответствующие входы элемента ИЛИ 9, а через него - на второй вход триггера 4 управления. Если ни в одном из каналов вторые вспомогательные кличи 15 не будут открыты, то на элемент ИЛИ 9 и через него на триггер 4 будут поступать импульсы с выхода первого вспомогательного ключа 14 последнего канала.Триггер 4 по первому пришедшему на его второй управляющий вход импульсу открывает, а по 1-му закрывает первый и второй ключи .,5 и 6, причем -му импульсу предшествует сигнал, поступающий на первый вход триггера 4 и сигнализирующий о превышении содержимого счетчика импульсов эталонной частоты некоторого значения. В сформированном интервале счетчик 7 подсчитывает число И импульсов эталонной последовательности,э проходящих через первый ключ 5, а счетчик 8 - число й. импульсов посаледовательности измеряемой частоты, проходящих через второй ключ 6. Причем первыми подсчитанными счетчиками 7 и 8 импульсами являются импульсы, следующие непосредственно за теми совпавшими на входах элемента И 3 импульсами, которые вызвали появление первого импульса на выходе элемента 9 или с -го канала, По подсчитанным значениям рассчитывается неизвестная частота хяние взаимное положение импульсов первой .и второй последовательностей некоторого произвольного совпадения, то в следующих Совпадениях наблюдается смещение совпадающих ймпульсов по сравнению с начальным состоянием, На пример, если на диаграмме принять эа начальное состояние совпадение, реализуемое импульсом 0 первой последовательности, то импульс 4, реализующий первое о=1 совпадение за началь ным, имеет смещение ФТ , импульс 8, реализующий второе и =2 совпадение имеет смещение дт (27=2 оТ и т,д.Очевидно, что для первого совпадения, или что то же самое для ближайших совпадений, имеет место равенст- во число периодов соответ- Жственно первой и второйпоследовательностеймежду ближайшими совпадениямии;погрешность задания интервала между совпаденияз.(37 Учитывая, что для ближайшихпадений имеет место равенство можно записать после подстановки выражения (3 ) в (2) 35 Тх +сТМ = при Т )Т,. (4) Э М для произвольного совпадения и имеет 40место следующее соотношениеи Тпс/" Т)Ч (п)М и= + ., . (5)з ) Тэ 7( Число й (п)определяет и номер имЭпульса первой последовательности,на котором реализовалось и -е совпадение,50В первом канале выделяется последовательность импульсов совпадений,имеющих номера М(и) . Эта последовательность постуйает во второй канал.Как уже отмечалось, для каждогосовпадения, следующего эа начальным,с увеличением номера п возрастает ивеличина смещения дТ(о): пдТ . В связи с тем, что смещение сТ(и) увеличивается, интервал между тем импульсом первой последовательности, который имеет номер М (и) -1 и предшестэвует импульсу совпадения и ближайшимк нему импульсом второй последовательности уменьшается на такую жевеличину. Очевидно, что существует 65 такое Число 2, при котором выполняется неравенствоиз которого следует неравенствоЭто означает, что импульс первойпоследовательности, имеющий номер;йР, также совпадает с импульсомвторой последовательности. Приэтом временной интервал между2-м совпадением, реализованным наимпульсе первой последовательности с номером М2-1, а не с номеромЙэ Р, и ( Р)-м совпадением, реализованным на Й(Р) -м импульсе первой последовательности, равен Т =Т -с сТЭ, а не Тс=М Тз, как это имеет место для остальйых интервалов междусовпадениями. Таким образом, имеетместо интервал между совпадениями,длительность которого отличается отдлительности соседних аналогичныхинтервалов.Если совпадение с номером Й 1-1Эпринять за начальное и вновь продолжить аналогичный анализ, то можнополучить очередной интервал междусовпадениями, длительность которогоотличается от соседних. Таким образом,имеет место последовательность указанных интервалов, имеющих длительности, отличные от длительностей аналогичных соседних с ними интервалов,что легко поясняется с помощью диаграммы (фиг,2). Совпадение и =1, реа лизуемое четвертым импульсом, имеетсмещение б"Т (фиг.2 в), совпадение п=2имеет смещение 2 с 7 ТС и реализуется навосьмом импульсе, Однако совпадениеп=З реализовано не на двенадцатомимпульсе, как этого следовало ожидать,а на одиннадцатом (фиг.2 е ). При этомреализуется интервал между совпадениями, равный Т =ЗТ, а не ТС=4 ТЭ, какзто имеет место для предшествующихсовпадений. Совпадения й =15,16,18,19,20 приведены на(фиг.2 и ),Во втором канале из последовательности импульсов выделяют те, которые образуют начальные (или конечные ) гра-, ницы интервалов Т" между совпадениями, длительность которых отличается от длительности соседних интервалов.Временной интервал между импульсами, выделяемыми вторым каналом, определится следующим образом,На основании равенства (6 ) можно получитьЭ .Хт 8)991325 10 5 1 О формула изобретений Как видно из фиг.2, при выбранном сочетании периодов Тэ и Т, точные совпадения реализуются на О-м и 18-м импульсах эталонной последовательности. Между точными совпадениями укладывается соответственно й =18 и й =Э к=23 (фиг. 2 и ) периодов эталонной последовательности и последовательности измеряемой частоты. Имеет место равенство 23 Тк=18 Тэ, из которого23.получается 1 к=Е = 1,27(,7)У Это ,точное значение измеряемой частотыВ первом канале предлагаемого устройства из всех совпадений будут выделены импульсы с номерами 0,4,8,11, 15, 18 и 22, во втором канале - О, 11, 18, в третьем - 0,18. Таким образом, третий канал выделит импульсы, которые реализуют точные совпадения.Совпадения, выделяемые во втором и третьем каналах обеспечивают наиболее высокую точность в пределах значений Мэ22. Действительно, для импульсов, выделенных в первом канале, в частности для импульсов с номерами О и 4, 4 и 8, имеем 5 Т=4 Тз или 1 585 откуда с учетом равенства (4) имеемТогда число М, периодов Т между2э совпадениями, выбираемыми вторым каналом, определяется следующим соотношениемэТ - Т Т -Тэ э э,Рт 3 М Т -Г )-Тк(Ио)Рассмотрим для сравнения Результаты измерения частоты предлагаемым и известными устройствами,Для импульсов, выделенных во втором канале, в частности с номерами 0 и 11, имеем для импульсов с номерами 11 и 18 9 Тх 7 ТэОднако необходимо отметить, чтоимпульсы, выделенные в первом канале,могут давать более точные совпадения,чем произвольно взятые импульсы совпадений в известных устройствах, даже если у последних мерный интервал больше. Для импульсов с номераМи О и 9 имеем 11 Т=9 Т1- - Гэ - 1,2 (2) Г11Таким образом, рассматриваемый пример показывает, что применение последовательного выделения импульсов совпадений последовательной це- почкой каналов позволяет обеспечить более высокую точность измерений по . сравнению с известными устройствами,15Устройство для измерения частоты,содержащее генератор эталонной частоты, два ключа, счетчики импульсов эталонной и измеряемой частот, триггер управления и формирователь импульсов измеряемой частоты, вход которого соединен с входной шиной устройства, выход генератора эталонной частоты соединен с входом первого ключа и первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу формирователя измеряемой частоты и входу второго ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого ключа и выходом30 григгера управления, выходы первого и второго ключей соединены соответственно со счетными входами счетчика импульсов эталонной частоты и счет-.чиком импульсов измеряемой частоты, 35 выход счетчика импульсов эталоннойчастоты подключен к первому входу триггера управления, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены элемент 40 ИЛИ и в каналов, в каждый из которыхвведены счетчик канала, регистр, дешифратор, блок сравнения кодов, первый и второй вспомогательные ключи, при этом в каждом канале выход счетчика канала соединен с кодовым входом регистра и первым входом блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с входом дешифратора и выходом регистра, выход блока сравнениякодов соединен с управляющим входомпервого вспомогательного ключа, а выход дешифратора соединен с управляющим входом второго вспомогательногоключа, в каждом канале, начиная свторого, управляющие входы счетчикаканала, регистра и импульсные входы вспомогательных ключей соединены между собой и подключены к выходу первого вспомогательного ключа предыдущего канала, а управляющие входы счет чика канала, регистра и импульсные входы вспомогательных ключей в первом канале соединены между собой и подключены к выходу элемента И, импульсные входы каждого счетчика канала со 65 единены с выходом генератора эталон 991325ной частоты, выходы вторых вспомогательных ключей каждого канала и первого вспомогательного ключа последнего канала соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход ко торого подключен к второму входу 5 триггера управления. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Ф 409149, кл. 6 01 й 23/10, 1974. 2, Авторское свидетельство СССР Р 451962, кл. С 01 й 23/02 ( прототип)991325 ф Ф Н ВНИИПИ Заказ 124/62 Тираж 708 Подписное филиал ППП "Патентф, г.Ужгород,ул.Проектная,4 й М ф Ч