DE2921899C2

DE2921899C2 - Verfahren zur Frequenzmessung

Info

Publication number: DE2921899C2
Application number: DE2921899A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. 6457 Maintal Ohnesorge; Dieter Dipl.-Phys. 6367 Karben Waldmann
Original assignee: Nord-Micro Elektronik Feinmechanik AG, 6000 Frankfurt
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1987-01-22
Also published as: DE2921899A1; GB2052192B; GB2052192A; US4350950A; FR2458077B1; FR2458077A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Frequenzmessung, bei dem gleichzeitig die Zahl der Impulse eines Meßsignals mit unbekannter Impulsfrequenz und die Zahl der Impulse eines festfrequenten Bezugssignals während vorgewählter Meßzeiten getrennt gezählt und gespeichert werden und am Ende der Meßzeiten, synchronisiert auf die Periode eines der Signale, veranlaßt durch ein Hilfssignal aus einer Zeitsteuervorrichtung in Speicher eingelesen werden, und bei dem eine Quotientenbildung der gezählten Impulse unbekannter Frequenz und der mit den Bezugssignalimpulsen ausgezählten Meßzeit erfolgt
Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 20 02 429 bekannt. Wegen ständiger Unterbrechungen nach jeder Zählung kann es nicht befriedigen, eine Mittelwertbildung ist nicht vorgesehen.
Durch die nachveröffentlichte DE-OS 28 53 110 ist ein Frequenzmeßverfahren bekannt, bei welchem durch zwei Signalzähler nacheinander das Ansammeln von Bezugssignalen und unbekannten Signalen erfolgt. Bei diesem Verfahren liegen zwar nach einer wählbaren Meßzeit und einer entsprechenden Rechenzeit aktuelle Augenblickswerte der Frequenz vor, jedoch ist man auf eine durch Wahl der Meßzeit beschränkte Genauigkeit angewiesen. Es ist entweder eine kurze oder eine genaue Messung möglich (in dieser Entgegenhaltung nicht beschrieben). Selbst bei statistischer Mittelung mehrerer so gewonnener Meßwerte ist eine Genauigkeitssteigerung nur bei erheblicher Meßzeitverlängerung und nicht für jeden Anwendungsfall befriedigend möglich.
Die Aufgabe der Erfindung ist es jedoch demgegenüber, bei beliebiger, entsprechend der Genauigkeitsforderungen wählbarer Meßzeit gleichzeitig sowohl einen aktuellen Frequenzwert als auch einen genaueren, über beliebig viele aufeinanderfolgende Meßzeiten gewählte Meßdurchgangszeiten ermittelten Frequenzwerten zu erhalten.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung sieht die Erfindung daher bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß beide Impuls-Mengen fortlaufend ausgezählt werden, daß das Hilfssignal synchronisiert auf den einer vollen Periode der Meßfrequenz folgenden Impuls der Bezugsfrequenz erzeugt wird, daß aus mehreren aufeinanderfolgenden und laufend gespeicherten Zählerständen sowohl der Zeitzählung als auch der Zählung der Impulse unbekannter Frequenz für unterschiedlich lange Meßzeiten jeweils mittels Differenzbildung aus zugeordneten Zählerständen aktuelle Werte gebildet werden und die Quotientenbildung solcher Zählerstände derart erfolgt, daß parallel zueinander jeweils ein aktueller Augenblickswert für eine kurze Meßzeit und ein über die Zeit gleitender, genauer Frequenzwert aufgrund einer über mehrere Meßzeiten verlängerte Meßdurchgangszeit errechnet werden.
In einem geeigneten Anzeigegerät können dann diese beiden erhaltenen Meßwerte gleichzeitig nebeneinander angezeigt werden.
Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Anordnung bzw. des beschriebenen Meßverfahrens besteht darin, daß durch das Auslesen der Meßwerte die Messung nicht unterbrochen wird und dadurch die Auflösung bei einer verlängerten Meßzeit proportional zur Anzahl der zugrunde gelegten kurzen Meßzeiten verbessert wird, während die Auflösung bei eine statistischen Mittelung über kurze Meßzeiten nur proportional zur Wurzel aus der Anzahl der kurzen Meßzeiten verbessert wird.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein Mikroprozessor mit Programmgeber über die Zeitsteuerung die Dauer der Meßzeiten und der Meßdurchgangszeit beliebig vorwählbar macht. Der Vorteil ist darin zu sehen, daß die Dauer einer Meßdurchgangszeit den jeweiligen Anforderungen nach Auflösungsvermögen und schneller Meßwertausgabe angepaßt werden kann.
Zusätzlich können zwei unterschiedlich lange Meßzeiten parallel zueinander vorwählbar errechnet und zur Anzeige gebracht werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn diese beiden Meßzeiten (kurze und längere) zum gleichen Zeitpunkt enden oder beginnen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert, und zwar zeigt
Bild 1 ein Zeitdiagramm mit dem Meßbeginn, bei dem als kürzeste Meßzeit nur eine Periode der unbekannten Frequenz zugrunde gelegt wird,
Bild 2 rein schematisch ein Blockdiagramm einer Schaltungsanordnung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Bild 3 ein erweitertes Zeitdiagramm über zwei Meßzeiten entsprechend Bild 1.
Die zu messende Impulsfrequenz eines Meßsignals, im folgenden kurz Meßfrequenz genannt, liegt an einem Eingang 10 an.
Es ist ferner ein Impulsgenerator 11 für ein frequenzkonstantes Bezugssignal (Bezugsfrequenz) vorgesehen, dessen Frequenz in der Größenordnung von 20 MHz liegen kann.
Die Meßfrequenz wird einem Periodenzähler 12 und die Bezugsfrequenz einem Zähler 13 zugeführt. Dem Periodenzähler 12 ist ein Speicher 14 und dem Bezugsfrequenzzähler 13 ein Speicher 15 nachgeschaltet.
Die Auswertung der Meßergebnisse erfolgt durch einen Mikroprozessor 16, der von einer Programmiereinheit 17 gesteuert wird. Die Meßergebnisse werden in einem Anzeigegerät 18 zur Anzeige gebracht. Der Programmiereinheit ist ein Dekoder 19 nachgeschaltet, der zur Adressierung der Speicher 14 und 15 dient und der eine Schaltungsanordnung 20 zur Zeitsteuerung steuert. Ferner ist eine Synchronisierschaltung 21 in Form eines Flip-Flops vorgesehen.
In Bild 1 ist bei A der Impulsverlauf im Ausgang des Synchronisier-Flip-Flops 2 einschließlich des Meßbeginns dargestellt. Die Kurve B zeigt die Impulse der zu messenden Impulsfrequenz und C die Impulse der Bezugsfrequenz des Oszillators 11. Dargestellt sind die Vorgänge in Zeitbereichen nahe dem Aus-/Einlesen. Bild 3 zeigt Vorgänge in größeren Meßzeiten Δ t, ohne den Meßbeginn.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltungsanordnung ist nun folgende:
Die Meßfrequenz wird in einer so kurz wie möglich aber für die gewünschte Genauigkeit ausreichend bemessenen Meßzeit Δ t gemessen. Ein Signal von der Zeitsteuerung (20) zur Zeit T _N für den Beginn einer Meßzeit setzt das Synchronisier-Flip-Flop 21. Die nächste negative Flanke der Meßfrequenz leitet stets die Rücksetzung dieses Flip-Flop ein. Das Zurücksetzen selbst wird bis zum Durchschalten des Bezugsfrequenzzählers 13 ( Negativflanke Bezugsimpuls) verzögert und bewirkt nun das Abspeichern des Zählerstandes des Bezugsfrequenzzählers 13in dem zugeordneten Speicher 15. Bei einer Bezugsfrequenz von 20 MHz beträgt die Auflösung der Meßfrequenz 50 nsec. Die Meßfrequenz wird dem Zähler 12 zugeführt. Das vorstehend erwähnte Zurücksetzen des Synchronisier-Flip- Flops bewirkt auch immer ein Abspeichern des Zählerstandes des Zählers 12 in dem zugeordneten Speicher 14; dieser Zählerstand beträgt nach Meßbeginn (Bild 2 links) zunächst noch "1".
Die Differenz zweier aufeinanderfolgender Zählerstände entspricht der unbekannten Anzahl der Perioden während einer Meßzeit Δ t. Die Differenz der entsprechenden Zählerstände des Bezugsfrequenzzählers 13 entspricht der Zeitdauer dieser Meßzeit mit dem Auflösungsvermögen der Bezugsfrequenz. Der Quotient aus Meßdurchgangszeit ([T _N ₊ _M - T _N], wobei M eine ganze Zahl ist) und der Anzahl der Perioden der zu messenden Frequenz in diesem Zeitraum wird in dem Mikroprozessor 16 errechnet und entspricht der genauen Periodendauer bzw. der Frequenz, die gemessen werden soll.
Der Prozessor 16 kann auch mehrere aufeinanderfolgende Zählerstände in einem weiteren Speicher und gegebenenfalls eine Korrektur speichern, falls ein Überlauf eines Zählers eingetreten ist. Der Prozessor kann dann ein Vielfaches der kürzesten Meßzeit benutzen und aus den dazugehörenden Zählerständen die Periodendauer und die Frequenz des zu messenden Signals mit größerer Auflösung errechnen. Ein neuer, gleitend ermittelter, aktueller Wert, der auf diese Weise verlängerten Meßzeit steht immer schon jeweils nach Ablauf einer kurzen Meßzeit zur Verfügung. Die entsprechende Einstellung hierzu wird in der Programmiereinheit 17 vorgenommen. Eine Messung mit gleichzeitigem Beginn der kurzen Meßzeit und der vervielfachten Meßzeit zeigt Bild 1, wobei dort die kurze Meßzeit nur eine unbekannte Periode lang dauert. Bild 3 zeigt andere Frequenzrelationen und entsprechend länger gewählte kurze und lange Meßzeiten Δ t, welche beide durch weitere, gegebenenfalls unterschiedlich lange Meßzeiten Δ t zu einem der Mittelwertbildung zugrunde gelegten Meßdurchgang zusammengefaßt sein können.
Auf diese Weise werden in dem Anzeigegerät 18 sowohl die Augenblickswerte der Frequenzmessung zur Anzeige gebracht, als auch gleichzeitig diejenigen einer verlängerten, gleitenden Meßdurchgangszeit.

Claims

1. Verfahren zur Frequenzmessung, bei dem gleichzeitig die Zahl der Impulse eines Meßsignals mit unbekannter Impulsfrequenz und die Zahl der Impulse eines festfrequenten Bezugssignals während vorgewählter Meßzeiten getrennt gezählt und gespeichert werden und am Ende der Meßzeiten, synchronisiert auf die Periode eines der Signale, veranlaßt durch ein Hilfssignal aus einer Zeitsteuervorrichtung in Speicher eingelesen werden, und bei dem eine Quotientenbildung der gezählten Impulse unbekannter Frequenz und der mit den Bezugssignalimpulsen ausgezählten Meßzeit erfolgt, dadurch gekennzeichnet,

- daß beide Impuls-Mengen fortlaufend ausgezählt werden,

- daß das Hilfssignal synchronisiert auf den einer vollen Periode der Meßfrequenz folgenden Impuls der Bezugsfrequenz erzeugt wird,

- daß aus mehreren aufeinanderfolgenden und laufend gespeicherten Zählerständen sowohl der Zeitzählung als auch der Zählung der Impulse unbekannter Frequenz für unterschiedlich lange Meßzeiten jeweils mittels Differenzbildung aus zugeordneten Zählerständen aktuelle Werte gebildet werden und die Quotientenbildung solcher Zählerstände derart erfolgt,

- daß parallel zueinander jeweils ein aktueller Augenblickswert für eine kurze Meßzeit und ein über die Zeit gleitender, genauer Frequenzwert aufgrund einer über mehrere Meßzeiten verlängerten Meßdurchgangszeit errechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlesen in und das Auslesen aus den Speichern unabhängig voneinander gesteuert ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor mit Programmgeber über die Zeitsteuerung die Dauer der Meßzeiten und der Meßdurchgangszeit beliebig vorwählbar macht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Mikroprozessor zwei unterschiedlich lange Meßzeiten parallel zueinander vorwählbar errechnet werden, die zur Anzeige gebracht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßzeiten (kurze und längere) zum gleichen Zeitpunkt enden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßzeiten (kurze und längere) zum gleichen Zeitpunkt beginnen.