Способ измерения частоты

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 91 (1 3/10 МИТЕТ СССРИй И ОТНРЫТИй ГОСУДАРСТВЕННЫЙО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ БРЕТЕНИЯ я, выбирают концу второйда которого измереачалу и ом интерва лижайший к ачки импул ежит в пред ервых двух ричем этот с, амп елах м у амплитудами Липатов ко-тех- роизна Тру- арствен и измеряют евляется концомподсчитываютяемой частоты мпульс омпульс мерения,сов измер интервала из число импуль между первым определяют и муле о Крас- универкое свидетельство СССС 01 К 23/101 1972е свидетельство СССРС 01 К 23/10, 1976 О,-,О 0 Кк 1К 2(54)(57) СЛОС 0 Б ИЗк 1 ЕРЕНИБ ЧАСТ 0 ТЫ,заключающийся в сравнении во времениимпульсных последовательностей, измеряемой и эталонной частот и подсчете числа импульсов эталонной и измеряемой частот в интервале измерения,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности, формируют линейный участок на одном изфронтов импульсов измеряемой частоты.стробируют полученную последовательность импульсами эталонной частотыи выделяют пачки импульсов, амплитуды которых пропорциональны мгновенным значениям в точках стробированияи превышают заданное пороговое значение, выбирают два следующих один задругим импульса в начале или в концепервой пачки и измеряют их амплитудыпричем первый импульс является начах н "к 21 о 1 где Р, Е меряемая и этал частоты;число импул в измеряей частот о 1 и и эталон змерения; сов измеря между перв в интервале число импул мой частоты 2 ьсами;ого, втоо импуль 1 м имп амплитуды еть рог со(71) Специальное конструкторснологическое бюро с опытным пводством при Белорусском орддового Красного Знамени госудном университете им. В.И.Лении Белорусский ордена Трудовоного Знамени государственныйситет им. В.И.Ленина(56) 1, АвторсКф 355579, кл.2. АвторскоУ 482693, кл. и двумя импульсами измеряемую частоту по фор1120251Изобретение относится к измериТельной и импульсной. технике и можетбыть использовано для измерения ч.астоты периодических сигналов.Известен способ измерения частотыоснованный на сравнении во временипоследовательностей неизвестной иэталонной частот подсчете числа периодов неизвестной и эталонной частотв интервале измерения, границы которого образованы ближайшими импульсами совпадения сравниваемых последовательностей 11.Однако способ характеризуетсябольшой погрешностью измерения, 15Наиболее близким к изобретениюявляется способ измерения частоты,заключающийся в сравнении во времениимпульсных последовательностей измеряемой и эталонной частот и подсчете 2 Очисла импульсов измеряемой и эталонной частот в интервале измерения,границы которого образованы одинаковыми по порядку импульсами из ближайших пачек импульсов совпадений срав ниваемых последовательностей 21.Известный способ также имеет значительную погрешность измерения частоты иэ-за неточного совмещения импульсов сравниваемых последователь- ЗОностей. Вследствие этого в интервализмерения укладывается в общем случаене целое число периодов одной изсравниваемых последовательностей,в то время как результат измеренийопределяется по целому числу.Цель изобретения - повышение точности измерения частоты. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения 4 О частоты, заключающемуся в сравнении во времени импульсных последовательностей измеряемой и эталонной частот и подсчете числа импульсов эталонной и измеряемой частот в интервале измерения, формируют линейный участок на одном из фронтов импульсов измеряемой частоты, стробируют полученную последовательность импульсами эталонной частоты и выделяют пачки 50 импульсов, амплитуды которых пропорциональны мгновенным значениям в точ.ках стробирования и превышают заданное пороговое значение, выбирают два следующих один за другим импульса в начале или в конце первой пачки и измеряют их амплитуды, причем первым импульс является. началоминтервала измерения, выбирают ближайший к началу или концу второй пачки импульс амплитуда которого лежит в пределах между амплитудами первых двух импульсов, и измеряют ее, причем этот импульс является концом интервала измерения, подсчитывают число импульсов измеряемой частоты между первыми двумя импульсами и определяют измеряемую частоту по фор. муле"Х 1 ПИ Иг1 о 1 где Р, Ро - измеряемая и эталоннаячастоты; Ы 1,Я- число импульсов измеряемой и эталонной час" тот в интервале измере" И - число импульсов измеряе мой частоты между первым и вторым импульсами; П,02,Б- амплитуды первого, второго и третьего импульсов. На Фиг. 1 представлена диаграмма, иллюстрирующая стробирование импуль" сов исследуемой частоты импульсами эталонной частоты; на фиг. 2 - струк. турная электрическая схема варианта устройства измерения частоты, реализующего предлагаемый способ.устройство содержит формирователь 1 импульсов треугольной Формы, усилитель-расширитель 2, стробсмеситель 3, генератор 4 строб-импульсов эталонной частоты, пороговый элемент 5, блок 6 выделения первого импульса пачки, состоящий из счетчика 7, регистра 8, элемента 9 сравнения кодов и ключа 10, одновибратор 11, триггер 12 со счетным входом, триггеры 13 и 14 КЯ-типа, элементы И 15 и 16, счетчики 17 - 20, деши.3 ,1202фратор 21, ключи 22 - 25, аналогоцифровой преобразователь 26, регистры 27 - 29, элементы 30 и 31 сравнения кодов и блок 32 вычислений.Первый вход строб-смесителя 3соединен с выходом генератора 4строб-импульсов, первым входом блока 6 вьделения первого импульсапачки и импульсным входом ключа 22.Второй вход строб-смесителя 3 сое Одинен с выходом формирователя 1 импульсов и импульсными входами ключей 23 и 24, а выход через усилитель-расширитель 2 подключен к импульсному входу ключа 25 и входупорогового элемента 5Выход последнего соединен с управляющими входамиключа 25, выход которого подключенк второму входу блока 6, первомувходу элемента И 15 и входу аналогоцифрового преобразователя 26. Выходблока 6 подключен к входу триггера 12, выход которого соединен с вторым входом элемента И 15 и черезодновибратор 11 с первыми входамитриггеров 13 и 14. Выход триггера 3подключен к управляющим входам ключей 22 и 23. Выход триггера 14 сое-динен с управляющим входом ключа 24При этом выходы ключей 22 - 24 соот.ветственно соединены с входами счет.чиков 18 - 20. Вход счетчика 17 подключен к выходу элемента И 15, авыход - к входу дешифратора 21, первый выход которого соединен с управ 35ляющим входом регистра 27, а второйвыход с управляющим входом регистра 28, и вторым входом триггера 14,Выход аналого-цифрового преобразова.теля 26 подключен к информационнымвходам регистров 27 - 29 и первымвходам элементов 30 и 31 сравнениякодов, вторые входы которых соответственно соединены с выходами регистров 27 и 28. Выходы элементов 30и 31 сравнения кодов подключены к соответствующим входам элемена И 16,выход которого соединен с вторымвходом триггера 13 и управляющимивходами регистра 29 и блока 32 вы 50числений. Выходы счетчиков 18 - 20,регистров 27 - 29 подключены к соответствующим входам блока 32 вычислений,Первым входом блока 6 вьделения 55 первого импульса пачки является импульсный вход счетчика 7, вторым входом - объединенные управляющие входы счетчика 7, регистра 8 и импульсный вход ключа 1 О, а выходом - выходключа 10. Внутри блока 6 выход счетчика 7 соединен с информационнымвходом регистра 8 и первым входомэлемента 9 сравнения кодов, второйвход которого подключен к выходу регистра 8. Выход элемента 9 сравнениякодов соединен с управляющим входомключа 10. Способ осуществляется следующим образом.Формируют исследуемую последовательность импульсов, следующих с периодом Г исследуемой частоты таким образом, чтобы на одном из фронтов был участок, близкий к линейному (фиг, 1) . Стробируют полученную последовательность импульсов исследуемой частоты импульсами эталонной частоты и вьделяют импульсы, амлитуда которых пропорциональна величине сигнала исследуемой частоты в точке стробирования. Формируют пачки иэ тех вьделенных импульсов, амплитуда которых превышает заданное пороговое значение Бпо . Последнее вьбирают так, чтобы пачки начинались или заканчивались теми импульсами, которые получены при стробировании линейных участков стробируемых импульсов. Это облегчает выбор первого и второго импульсов, в качестве кото. рых принимают два следующих по поряд. ку импульса первой пачки, расположенных либо в начале пачки, либо в конце. Это будут импульсы, полученные при стробировании линейного участка.1Затем выбирают третий импульс, в качестве которого принимают импульс в начале пачки, если первый и второй импульсы пачки вьбраны в начале своей пачки, или в конце пачки, если первый и второй импульсы выбраны в конце пачки. Подсчитывают число И импульсов эталонной и число М, импульсов исследуемой последователь. ностей в интервале измерения, в качестве границ которого выбираются первый и третий импульсы. Подсчитывают число М 12 импульсов исследуемой .последовательности в интервапе между первым и вторым импульсами. Определяют амплитуды У 1, У и 03 соответственно первого, второго и третьего импульсов.По измеренным данным рассчитываютпериод Т, следования, импульсов, исследуемой последовательности с помощью 1 расчетнйх соотношений О,-1 о ко:дЧ с1 кО т "О (1 Ц йххаМо ТТ Т(4)кТк-Тогде к - коэффициент кратности периодов То и Т, удовлетворяющий неравенству Т -кТк с Тк /2 (коэффициенткратности периодов Тб и Т эталоннойи исследуемой последовательностей,(фиг, 1) равен 2). Эти уравнениямогут быть использованы для получениярасчетных соотношений,4 Из соотношения (3венствоТТоТХ кТ+Т,из соотношения (4)ТТоТ = -- -.Х кТ-ТТаким образом, длИскомого значения не олучается раенство определениябходимо определить период Т расширзначение параметра кправление, в которомстробирование,нного сигнала а также на ествляе Покажем справедливость расчетных соотношений (1) и (2),Известно, что стробоскопическое преобразование в зависимости от соотношения периодов Т и То стробируемой 2 и стробирующей последовательностей импульсов может реализоваться как в прямом так и в обратном направлениях. При стробировании в прямом направлении период Т следования расширенного сигнала определяется следующим равенствомТоТкТ = (3)Т -кТ ко ка при стробировании в обратном направлении равенствомнии в прямое лижайшито раСледовательно, для определения параметра к достаточно считать число И импульсов (периодов) исследуемой последовательности межцу первым и вторым импульсами первой пачки, ле. жащими на линейном участке фронта первого расширенного сигнала.Иэ уравнений (7) и (8) следует, что для интервала измерения между первым и третьим импульсами, в который укладывается И, и М импульсово (периодов) соответственно эталонной и исследуемой последовательностей, имеет место равенствоНк, -1 сМр =1 (10) при стробировании в прямом направлении,либо равенствоМ,-ы= (1) при страбировании в Обратном направлении.При этом в первом случае имеет место неравенство1 с = -Ик 1 -1 Их(12)о оа во втором - неравенствоБ 1+1 Мк(13)Таким образом, определив К из уравнения (9) при Хо= и проверив неравенства (12) и (13), можно Для определения параметра К рассмотрим пачки импульсов, полученныеи результате стробоскопического преобразования (фиг. 1). Легко проверить, что для любого временного интервала, начальной и конечной границами которого являются произвольныеимпульсы из соответственно нулевойи и-й (п=О,1,2) пачек, и в кото"рый укладываются Ви Х периодов(импульсов) исследуемой и эталоннойпоследовательностей справедливо уравнение(7)при стробирова м направле"нии и уравнени1 со-к =п (8)при стробировании в обратном направ"лении,Из уравнений (7) и (8) следует,что для любого интервала между импульсами, входящими в одну пачку,имеет место равенствосе, =И (9)откуда для интервала между бми импульсами (И =1) имеет месвенство1=И..определить, какое из уравнений (5) и (6) необходимо использовать,Для определения значения периода Т расширенного сигнала воспользуемся диаграммой, (фиг,16) . Период Т может быть определен как величина отрезка 01 А и равенК Т -ьТ. (14)Величйна 67 находится из простых геометрических преобразованийАП ОР 6 Т 0 -Ц-- илиАс Вс ТО 02-0ц,ц ,ц - амплитуды первого, второго й третьего импульсов соответственно.При этом (14) можно записать в виТ Т (Н - -2 - -). (15)ц -цО О ц -цПосле подстановки значения Т в равенства .(5) и (6) получают искомые расчетные соотношения в следую" щем виде бкончательные расчетные соотношения в виде (1) и (2) получаются после подстановки в (17) и (16) значения ="пУстройство работает следузнцим образом.В исходном состоянии все счетчики и регистры обнулены, ключи закрыты. На первый вход строб-смесителя 3 поступают строб-импульсы с выхода генератора 4. На его второй вход поступают импульсы треугольной Формы, сформированные формирователем 1 из сигнала неизвестной частоты, п 13 ичем частота их следования равна неизвест ной частоте. На выходе строб-смесителя 3 формируются выборки, которые расширяются в усилителе-расширителе 2 до необходимых длительностей и 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 при необходимости линейно усиливаютсяСформированный таким образом рас. ширенный сигнал поступает на вход порогового элемента 5 и импульсный вход ключа 25. При превышении амплитуды импульсов расширенного сигнала заданного порогового значения цяо пороговый элемент 5 вырабатывает сигнал, по которому открывается ключ 25. При этом на выходе ключа 25 р а также на первом входе элемента схемы И 15 и на выходе аналого-цифрового преобразователя 26 формируются пачки иэ тех импульсов расширенного сигнала, амплитуда которых пре. вышает заданное пороговое значение Цо . Блок 6 выделяет первый импульс каждой пачки, которые поступают на счетный вход триггера 12 и опрокидывают его. По первому импульсу первой пачки происходит переворот триггера 12 в единичное состояние. По положительному перепаду напряжения на выходе триггера 12 одновибратор 11 формирует импульс, устанавливающий триггеры 13 и 14 в единичное состояние. При этом открываются управляемые триггерами 13 и 14 ключи 22 - 24 и счетчики 18 - 20 начинают считать импульсы, поступающие на их входы через открытые ключи. Счетчик 18 производит подсчет строб-импульсов, а счетчики 19 и 20 - импульсов треугольной формы, частота следования которых равна неизвестной частоте.После переворота триггера 2 в единичное состояние на выходе элемента И 15 появляются импульсы первой пачки, которые подсчитываются счетчиком 17. Дешифратор 21 анализирует состояние счетчика 17 и пофле первого счетного импульса (например, по его заднему фронту) на его первом выходе формируется управляющий сигнал. По этому сигналу в регистр 27 записывается цифровой код преобразованной в аналого-цифровом преобра" зователе 26 амплитуды О первого импульса первой пачки. После прихода второго счетного импульса на вход счетчика 17, на втором выходе дешифратора 2 формируется управляющий сигнал. По этому импульсу в регистр 28 записывается цифровой код преобразован-, ной аналого-цифровым преобразователем 26 амплитуды ц второго импульсапервой пачки, и происходит установка триггера 14 в нулевое состояние,При этом ключ 24 закрывается, и прекращается доступ импульсов на входсчетчика 20. 5С приходом первого импульса второй пачки происходит переворот триггера 12 в нулевое состояние и запретпоступления импульсов второй пачкичерез элемент И 15 на вход счетчика 17,При этом цифровые коды амплитудимпульсов второй пачки сравниваютсяв элементах 30 и 31 сравнения кодовсоответственно с цифровыми кодами 15амплитуд Б 1 и Б первого и второгоимпульсов, хранящихся в регистрах 27и 28. Как только код амплитуды Б 3очередного импульса второй пачкибольше или равен коду амплитуды Б 1 20первого импульса и одновременно кодуамплитуды У 2 второго импульса, элементы 30 и 31 сравнения кодов формируют управляющие сигналы, поступающие на вход элемента И 1 б, При этом 25на выходе элемента И 1 б формируетсяимпульс, по которому (например, попереднему фронту) код амплитуды Утретьего импульса заносится в регистр 29, и триггер 13 устанавливает-ЗОся в нулевое состояние, закрываяключи 22 и 24 и прекращая доступ импульсов на входы счетчиков 18 и 19.По этому же импульсу (например, позаднему фронту) происходит занесениеинформации со счетчиков 18 - 20 ирегистров 27 - 29 в блок 32 вычислений, после чего последний осуществляет расчет неизвестной частоты по формулам (1) и (2). Описанная работа устройства изменения частоты периодически повторяется.Функционирование блока 6 выделения первого импульса пачки осуществляется следующим образом.Счетчик 7 подсчитывает поступающие на его импульсный вход импульсы с выхода генератора 4 между моментами прихода импульсов на управляющие входы счетчика 7, регистра 8 и импульсный вход ключа 10 с выхода ключа 25 после чего эта информация заносится в регистр 8. В момент прихода импульса на управляющий вход счетчика 7 его состояние фиксируется, элемент 9 сравнения кодов сравнивает код счетчика 7 и код регистра 8, в котором хранится результат предыдущего показания счетчика. Если в момент времени код счетчика 7 боль ше кода регистра 8, то элемент 9 сравнения кодов открывает ключ 10 и пропускает импульс, поступающий в этот момент на его импульсный вход. Вследствие того, что интервалы между импульсами, входящими в одну пачку, равны периоду То эталонной частоты, а между пачками больше или равны 2 То, через ключ 10 пропускают ся только первые импульсы пачек.Поскольку в предлагаемом способе обеспечивается возможность включения в расчетное соотношение более точного значения периода Т расширенного сигнала точность измерений по сравнению с известным устройством повьппает. ся.ытиид. илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,7733/32 Тираж ВНИИПИ Госуда по дела 113035, Москва, Жтвенного комитет изобретений и от 5, Раушская наб.