DE3332152C2

DE3332152C2 -

Info

Publication number: DE3332152C2
Application number: DE3332152A
Authority: DE
Inventors: Mishio Saitama Jp Hayashi
Original assignee: Takeda Riken Industries Co Ltd
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1982-09-13
Filing date: 1983-09-06
Publication date: 1990-07-05
Also published as: DE3332152A1; US4544884A; USRE32845E; JPS5948660A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur digitalen Messung der Periodendauer und der Frequenz eines elektrischen Eingangssignals gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Messen der Periodendauer oder Frequenz eines Eingangssignals mit relativ niedriger Frequenz mit einer Perioden- und Frequenzmeßvorrichtung wird das Eingangssignal als ein Torsignal zum Durchschalten interner Taktsignale zu einem Zähler verwendet, welcher die Zahl der Taktimpulse zählt, um die Periodendauer und als deren Kehrwert die Frequenz des Eingangssignals zu bestimmen.

Die Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Perioden- und Frequenzmeßvorrichtung dieser Art. Ein Teilungsfaktor M eines Teilers 102, welcher die Anzahl der Impulse eines Eingangssignals in 1/M Impulse teilt, ist entsprechend der Frequenz des Eingangssignals ausgewählt. Die Fig. 2A zeigt, daß ein Eingangssignal 201, welches gemessen werden soll, über einen Eingangsanschluß 101 einem Teiler 102 zugeführt wird, dessen Ausgang das in Fig. 2C gezeigte geteilte Ausgangssignal 203 erzeugt. Das geteilte Ausgangssignal 203 wird einem Torsignalgenerator 103 zugeführt, der zum Beispiel ein Trigger-Flipflop umfaßt. Der Torsignalgenerator 103 erzeugt das in Fig. 2D gezeigte Torsignal 204, welches die Länge einer Periode des von dem Teiler 102 abgeleiteten geteilten Eingangssignals 203 hat. Das so erzeugte Torsignal 204 wird einem UND-Glied 104 zugeführt, welches bei hohem Pegel des Torsignals 204 geöffnet wird.

Dem anderen Eingang des UND-Gliedes 104 wird von einem Taktsignalgenerator 105, wie es in Fig. 2E dargestellt ist, ein Taktsignal 205 zugeführt, welches eine konstante Periode T₀ hat. Wenn das Torsignal 204 einen hohen Pegel hat, wird das Taktsignal 205 über das UND-Glied 104 einem Zähler 106 zugeführt. Die Fig. 2F zeigt das von dem UND-Glied 104 kommende Taktsignal 205. Die Gesamtzahl der durchgeschalteten Taktimpulse N wird von dem Zähler 106 gezählt.

Das Zählergebnis wird einem Rechner 107 zugeführt, in welchem die Frequenz F und die Periodendauer P des Eingangssignals 201 berechnet werden. Wenn die Zahl der von dem Zähler 106 gezählten Taktsignale 205 N ist, werden die Eingangsfrequenz und Periodendauer durch die Gleichung F = M/NT₀ bzw. P = NT₀/M berechnet. Die berechnete Frequenz oder Periodendauer wird von einem Display 108 angezeigt. Der oben beschriebene Betrieb beginnt, nachdem ein Rückstellsignal 202 von einem Anschluß 221 geliefert worden ist, wie es in Fig. 2B gezeigt ist.

Bei dieser herkömmlichen Periodendauer und Frequenzmeßvorrichtung entstehen Zeitbruchteile Δ T _{x 1} und Δ T _{x 2}, welche den Zeitdifferenzen zwischen dem Anstieg des Torsignals 204 und dem ersten durchgeschalteten Signals und zwischen dem Abfall des Torsignals 204 und dem unmittelbar folgenden Taktsignals entsprechen, wie es in Fig. 2F dargestellt ist. Um diese Zeitbruchteile Δ T _{x 1} und Δ T _{x 2} klein zu machen, um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, ist es notwendig, Taktsignale mit höherer Frequenz zu verwenden. Die Verwendung von Taktfrequenzen mit hoher Frequenz setzt voraus, daß sowohl das UND-Glied als auch der Zähler 106 mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, was die Meßvorrichtung teuer macht. Obgleich die Zeitbruchteile Δ T _{x 1}, Δ T _{x 2} eine Information darstellen, welche die Genauigkeit der berechneten Periodendauer und Frequenz des Eingangssignals beeinflussen, können derartige Meßvorrichtungen diese Zeitbruchteile nicht berücksichtigen.

Eine Meßvorrichtung, die diese Zeitbruchteile berücksichtigt, ist aus der Literaturstelle Hewlett-Packard Journal, 1980, Sept., Seiten 21-25, bekannt. Dabei handelt es sich um eine Vorrichtung zur digitalen Messung der Periodendauer und der Frequenz eines elektrischen Eingangssignals. Sie enthält einen ersten Frequenzteiler zum Herabsetzen der unbekannten Frequenz um einen vorbestimmten Teilungsfaktor, einen Taktgeber zur Lieferung eines Taktsignals, einen Tor-Signalgenerator zur Erzeugung eines jeweils der Periodendauer des geteilten Eingangssignals entsprechenden, mit den Taktimpulsen synchronisierten Torsignals für eine Torschaltung, eine digitale Zähleinrichtung zum Zählen von Taktimpulsen zwischen zwei Impulsen des frequenzgeteilten Eingangssignals während des genannten Torimpulses, eine integrierende Erfassungsvorrichtung zur Ermittlung der ersten, vorbestimmt verlängerten Bruchteilzeit zwischen dem ersten Ausgangsimpuls des ersten Frequenzteilers und dem nächstfolgenden Taktimpuls sowie der vorbestimmt verlängerten zweiten Bruchteilzeit zwischen dem zweiten Ausgangsimpuls des ersten Frequenzteilers und dem nächstfolgenden Taktimpuls, eine integrierend arbeitende Dehnvorrichtung zum Dehnen der beiden genannten Bruchteilzeiten um einen vorbestimmten Dehnungsfaktor, eine Zählvorrichtung zum Zählen von Taktimpulsen während der genannten Bruchteilzeiten sowie eine Rechnervorrichtung zur Ermittlung der genauen Periodendauer und Frequenz aufgrund der von den Zählern gelieferten Digitalwerte.

Diese Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß vor jedem Meßvorgang eine Kalibrierung der Meßeinrichtung zur Festlegung der Zeitbasis durchgeführt werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art mit hoher Genauigkeit bereitzustellen, bei der es einer besonderen Kalibrierung vor dem eigentlichen Meßvorgang nicht bedarf.

Diese Aufgabe wird bei einer Meßvorrichtung der eingangs genannten Art gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Durch die Verwendung einer Vorwärts-Rückwärts-Zähleinrichtung zum Erfassen der ersten und zweiten gedehnten Bruchteilseiten liefert der Zähler automatisch ohne besondere Kalibrierung den entsprechenden, zum Grobzähler zu addierenden Korrekturwert. Darüber kann die Recheneinrichtung in einfacher Weise die Periodendauer und die Frequenz des elektrischen Eingangssignales ermitteln.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen Periodendauer- und Frequenzmeßvorrichtung,

Fig. 2A bis 2F Zeitdiagramme zur Erklärung des Betriebs der herkömmlichen Meßvorrichtung der Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Periodendauer- und Frequenzmeßvorrichtung,

Fig. 4A bis 4N Zeitdiagramme zur Erklärung des Betriebs des Ausführungsbeispiels der Fig. 3.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung und die Fig. 4A bis 4N zeigen Zeittafeln zur Erklärung des Betriebs des Ausführungsbeispiels der Fig. 3. In Fig. 3 tragen die Teile, welche mit denen der Fig. 1 identisch sind, dieselben Bezugszeichen.

Eine Dehnungsschaltung 301 ist zur Dehnung der Bruchteilzeiten Δ T _{x 1} und Δ T _{x 2} um vorbestimmte Beträge vorgesehen. Die Hauptkomponenten der Dehnungsschaltung 301 sind D-Flipflops 302 und 305, ein Teiler 304, Integratoren 306 und 308, ein Spannungskomparator 309 und ein Halteschalter 307. Die Ausführungsform der Fig. 3 verwendet auch eine Steuerschaltung 313 zur Erzeugung eines Startsignals, einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler oder Auf-Ab-Zähler 321 zum Zählen der Differenz zwischen den beiden Bruchteilzeiten Δ T _{x 1}, Δ T _{x 2} und UND-Glieder 319 und 322, welche dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 Taktimpulse zuführen.

Das zu messende Eingangssignal 201 wird von einem Anschluß 101 einem Zähler 102 zugeführt, welcher das Eingangssignal durch einen Teilungsfaktor M teilt. Das von dem Teiler 102 geteilte Eingangssignal wird dem T-Anschluß eines D- Flipflops 302, dessen Q-Ausgang mit einem UND-Glied 303 verbunden ist, und über einen Inverter 314 auch dem Integrator 306 zugeführt, um diesen zu starten. Das UND-Glied 303 liefert das Taktsignal 205 von dem Taksignalgenerator 105 zu dem Teiler 304, wenn der Q-Ausgang des Flipflops 302 gesetzt ist. Der Teiler 304 dividiert das Taktsignal durch einen vorbestimmten Faktor B und liefert das resultierende Taktsignal zum D-Flipflop 305. Der Integrator 308 integriert eine konstante Spannung V₂ von einer Spannungsquelle 312 mit einer Integrationszeitkonstanten R₂C₂. Der Q-Ausgang des Flipflops 305 ist mit dem Integrator 308 über einen Inverter 318 verbunden, um den Integrator zu steuern. Das Ausgangssignal des Q-Ausgangs des Flipflops 305 wird über einen Inverter 316 auch dem Halteschalter 307 zugeführt, um so die Haltezeit des Integrators 306 zu steuern.

Die Ausgangssignale der Integratoren 306 und 308 werden beide einem Spannungskomparator 309 zugeführt, wodurch eine Koinzidenz der Spannung der beiden Ausgangssignale detektiert wird. Das Ausgangssignal des Spannungskomparators 309 wird den Rücksetzeingängen der Flipflops 302 und 305 und dem Teiler 304 über ein ODER-Glied 324 zugeführt. Die Steuerschaltung 313 umfaßt zum Beispiel ein D-Flipflop, dessen D-Anschluß ein Hochpegelsignal zugeführt wird und dessen T-Anschluß mit einem Q-Anschluß des Torsignalgenerators 103 verbunden ist. Der Q-Ausgang der Steuerschaltung 313 wird dem D-Anschluß des Flipflops 302 zugeführt. Das Rückstellsignal 202 von dem Anschluß 221 wird dem Torsignalgenerator 103 und der Steuerschaltung 313 und über das ODER-Glied 324 den Flipflops 302, 305 und dem Teiler 304 zugeführt.

Zu Beginn des Betriebs wird durch ein Rückstellsignal 202 über den Eingang 221 die Steuerschaltung 313 rückgesetzt, und so ein Startsignal 401 generiert, welches in Fig. 4I dargestellt ist und welches dem D-Eingang des Flipflops 302 zugeführt wird. Somit wird das Flipflop 302 von dem ersten geteilten Eingangssignal 203 a, welches von dem Teiler 102 geliefert wird, in den Hochpegelzustand geschaltet, wodurch das UND-Glied 303 geöffnet und das Taktsignal 205 von dem Taktsignalgenerator 105 dem Teiler 304 entsprechend den Fig. 4C und 4D zugeführt wird. Gleichzeitig wird über den Inverter 314 ein FET-Schalter 315 geöffnet, so daß der Integrator 306 beginnt, die über den Halteschalter 307 zugeführte konstante Spannung V₁ zu integrieren. Der Halteschalter 307 ist zu dieser Zeit geschlossen, da das Flipflop 305 zurückgestellt ist. Der FET-Schalter 317 ist über das Niederpegelsignal des Q-Ausgangs des Flipflops 305 und das resultierende Hochpegelsignal des Inverters 318 geschlossen. Damit ist der Integrator 308 zu diesem Zeitpunkt nicht in Betrieb. Die Ausgangsspannung des Integrators 306 nimmt in Übereinstimmung mit der Integrationszeitkonstanten R₁/C₁ allmählich ab, bis der Halteschalter 307 geöffnet wird, wie es in Fig. 4L gezeigt ist.

Der Teiler 304 dividiert das Taktsignal 205, welches über das UND-Glied 303 geliefert wird, zum Beispiel durch 3, entsprechend dem Teilungsfaktor B des Teilers 304. Somit gibt der Teiler 304 durch den dritten Taktimpuls nach dem ersten herabgesetzten Eingangsfrequenzimpuls 203 a den ersten herabgesetzten Taktimpuls 402 a an seinem Ausgang ab. Durch den ersten herabgesetzten Taktimpuls 402 a, welcher zu der Zeit t₁ von dem Teiler 304 geliefert wird, wird der Q-Ausgang des Flipflops 305 in den Hochpegelzustand geändert, wodurch der Halteschalter 307 geöffnet wird, womit der Integrator 306 die Integration beendet und die integrierte Spannung E₁ entsprechend der Fig. 4L hält. Deshalb wird das Zeitintervall T _a, währenddessen der Integrator 306 die konstante Spannung V₁ integriert, zu Δ T _{x 1} und 2T₀, wobei T₀ die Periode des Taktsignals 205 ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die konstante Spannung um 2T₀ länger als der die Bruchteilzeit Δ T _{x 1} integriert, um so einen hinreichend großen Wert der integrierten Spannung am Ausgang des Integrators 306 zu erhalten. Damit kann ein relativ unempfindlicher, langsamer Verstärker als Integrator verwendet werden, d. h. ein konstruktiv einfacher Integrator 306.

Zur Zeit t₁ wird über das Q-Ausgangssignal des Flipflops 305, welches über den Inverter 318 zugeführt wird, der FET- Schalter 317 geöffnet, so daß der Integrator 308 beginnt, die von der Spannungsquelle 312 gelieferte konstante Spannung V₂ mit einer Integrationszeitkonstanten R₂C₂ zu integrieren. Die Zeitkonstante R₂C₂ und die konstante Spannung V₂ sind so ausgewählt, daß ein integriertes Ausgangssignal mit einer kleineren Steigung als dasjenige erzeugt wird, welches durch den Integrator 306 zur Dehnung der Bruchteilzeiten erzeugt wird. Ferner wird zu der Zeit t₁ durch das Hochpegelsignal von dem Flipflop 305 der Torsignalgenerator 103 in den Hochpegelzustand geschaltet, wie in Fig. 4F, um das UND-Glied 104 zu öffnen. So wird das Taktsignal von dem Taktsignalgenerator 105 dem Zähler 106 zugeführt, wodurch die Anzahl der Taktimpulse in Übereinstimmung mit Fig. 4G gezählt werden. Hierbei handelt es sich um die Grob-Auszählung der unbekannten Periode (ganze Zahl N) innerhalb der Torzeit 204. Diese Zählung erfolgt während einer zeitlich gegenüber der Periode T _x um den verlängerten Anfangs-Bruchteil verzögerten, mit den Taktimpulsen synchronisierten Periode 204 und ist repräsentativ für die zu messende Periodendauer ohne die Bruchteilzeiten. Gleichzeitig wird durch die Großsignale von dem Flipflop 305 und dem Torsignalgenerator 103 das UND-Glied 319 geöffnet und liefert die Taktsignale an einen Vorwärts-Rückwärts-Eingang 321 a eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 321. Deshalb zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 die Taktimpulse so lange vorwärts, bis das UND-Glied 319 geschlossen wird.

Bei Koinzidenz des Integrations-Ausgangssignals des Integrators 308 mit der Haltespannung E₁ des Integrators 306 erzeugt der Spannungskomparator 309 zu der Zeit t₂ ein Koinzidenzsignal 403 a, entsprechend der Fig. 4N. Die Flipflops 302, 305 und der Teiler 304 werden durch das Koinzidenzsignal 403 a, welches über einen Puffer 323 und das ODER- Glied 324 geliefert wird, zurückgesetzt. Weil der Zustand des Flipflops 305 sich ändert, wird das UND-Glied 319 geschlossen und somit hört der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 auf, die Taktimpulse vorwärts zu zählen. Somit beträgt bei diesem Beispiel die Zahl der von dem Vorwärts-Rückwärts- Zähler 321 gezählten Taktimpulse n₁, wie in Fig. 4J.

Die Zeitperiode T₁, während der das UND-Glied 319 geöffnet ist, d. h. während der die Taktimpulse von dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 gezählt werden, ist gleich dem Produkt von (Δ T _{x 1} + 2T₀) und R₂C₂V₁/R₁C₁V₂. In anderen Worten, die von dem Integrator 306 erzeugte Zeitperiode T _a, welche der Bruchteilzeit Δ T _{x 1} entspricht, wird durch den Integrator 308 um den Dehnungsfaktor A = R₂C₂V₁/R₁C₁V₂ gedehnt, so daß ein niederfrequentes Taktsignal zur Messung der Bruchteilzeit verwendet werden kann.

Zur Messung der zweiten Bruchteilzeit Δ T _{x 2} arbeitet das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wie folgt: Da die Flipflops 302 und 305 durch das Koinzidenzsignal 403 a zurückgesetzt werden, werden die Integratoren 306 und 308 in ihre anfänglichen Zustände versetzt, das heißt, der Halteschalter 307 und die FET-Schalter 315 und 317 werden geschlossen. Dann liefert der Teiler 102 das zweite frequenzgeteilte Eingangssignal 203 b zur Zeit t₃ an das Flipflop 302, wie es in Fig. 4C gezeigt ist. Der Teilungsfaktor M des Teilers 102 ist entsprechend der Frequenz des Eingangssignals 201 ausgewählt, so daß er ein frequenzgeteiltes Signal mit einer Periodendauer erzeugt, die länger als die Zeit ist, welche zur Messung der gedehnten Bruchteilzeit erforderlich ist. In anderen Worten, der Teilungsfaktor M ist so ausgewählt, daß bei der höchsten zu messenden Frequenz der zweite Impuls der geteilten Eingangsfrequenz 203 b (Fig. 4C) nach dem Zeitpunkt t _{F 2} auftritt. Das Flipflop 302 geht in Abhängigkeit von dem zweiten frequenzgeteilten Eingangssignal 203 b in den hohen Pegel über, so daß das UND-Glied 303 geöffnet wird und der Integrator 306 beginnt, mit der Zeitkonstanten R₁C₁ zu integrieren.

Der Teiler 304 teilt wiederum das Taktsignal 205 und erzeugt das in Fig. 4E gezeigte frequenzgeteilte Signal 402 b synchron mit dem dritten Taktimpuls des Taktsignals 205, welches über das UND-Glied 303 zugeführt wird. Durch das frequenzgeteilte Signal 402 b wird der Ausgang Q des Flipflops 305 entsprechend der Fig. 4H auf hohen Pegel geändert. Damit öffnet sich der Halteschalter 307. Der Integrator 306 hält so die Spannung R₂ zur Zeit t₄. Das Zeitintervall Tb zwischen t₃ und t₄, währenddessen der Integrator 306 die konstante Spannung V₁ integriert, ist Δ T _{x 2} + 2T₀. Damit ist die Haltespannung E₂ von der zweiten Bruchteilzeit Δ T _{x 2} abhängig.

Gleichzeitig wird der Torsignalgenerator 103 durch den Anstieg des Ausgangssignals des Flipflops 305 auf niedrig gesetzt, um so das UND-Glied 104 zu schließen. Dementsprechend stoppt der Zähler 106 das Zählen der durch das UND-Glied 104 gelieferten Taktsignale 205. Der Zählerstand in dem Zähler 106 wird in Übereinstimmung mit Fig. 4G zu N. Wie oben erwähnt wurde, ist das Torsignal 204, welches durch den Torsignalgenerator 103 erzeugt wird, mit dem Taktsignal 205 synchronisiert. Der Grund zur Synchronisierung des Torsignals 204 mit dem Taktsignal 205 besteht darin, die in Fig. 4C gezeigte Periode Tx von den Bruchteilzeiten zu trennen, denn die Bruchteilzeiten werden durch den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 gemessen.

Zur Zeit t₄ beginnt der Integrator 308 die konstante Spannung V₂ mit der Zeitkonstanten R₂C₂ zu integrieren. Außerdem öffnet zur Zeit t₄ der andere Ausgang des Torsignalgenerators 103 das UND-Glied 322, dessen Ausgang mit dem Rückwärtszähl-Anschluß 321 b des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 321 verbunden ist. Somit zählt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 die Anzahl der Taktimpulse rückwärts, d. h. er subtrahiert die Anzahl der Taktimpulse von den während der Zeitperiode T₁ bereits gezählten Impulsen. Das Niederpegelsignal von dem Torsignalgenerator 103 wird auch der Steuerschaltung 313 zugeführt, so daß das Startsignal 401, welches in Fig. 4I gezeigt ist, geändert wird und bei einem niedrigen Pegel bleibt, bis das nächste Rückstellsignal 202 zugeführt wird.

Wenn das Ausgangssignal des Integrators 308 die Haltespannung E₂ erreicht, erzeugt der Spannungsgenerator 309 zur Zeit t₅ ein in Fig. 4N gezeigtes Koinzidenzsignal 403 b. Durch das Koinzidenzsignal 403 b werden die Flipflops 302, 305 und der Teiler 304 zurückgesetzt, und somit werden die UND-Glieder 303, 322 geschlossen und beide Integratoren 306 und 308 werden in ihre anfänglichen Zustände gesetzt. Damit liefert das UND-Glied 322 während des Zeitintervalls T₂ das Taktsignal an den Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321, der mit Beginn der Integration des Integrators 308 startet und beim Auftreten des Koinzidenzsignals 403 b stoppt.

Wie die Zeitperiode T₁ ist die Zeitperiode T₂ gleich dem Produkt von (Δ T _{x 2} + 2T₀) und R₂C₂V₁/R₁C₁V₂. Das heißt, die dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 während der Periode T₂ zugeführte Anzahl von Taktimpulsen n₂ hängt ab von dem gedehnten Wert der zweiten Bruchteilzeit Δ T _{x 2}.

Wie oben erwähnt, entspricht der Zählerstand zu diesem Zeitpunkt der Differenz n₁-n₂, der Zähler 321 ermittelt also letztlich die Differenz zwischen den beiden Bruchteilzeiten Δ T _{x 1}-Δ T _{x 2}, da das Taktsignal während der Periode T₁ vorwärts und während der Periode T₂ rückwärts gezählt wird.

Für die erste Bruchteilzeit Δ T _{x 1} erhält man den folgenden Ausdruck

n₁T₀ = A [Δ T _{x 1} + (B-1)T₀] (1)

wobei A = R₂C₂V₁/R₁C₁V₂2, n₁ die Anzahl der vorwärts gezählten Impulse des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 321, T₀ die Zeitperiode des Taktsignals 205, B der Teilungsfaktor des Teilers 304 und A der Dehnungsfaktor der Dehnungsschaltung 313 sind.

In ähnlicher Weise erhält man für die zweite Bruchteilzeit Δ T _{x 2} den folgenden Ausdruck:

n₂T₀ = A [Δ T _{x 2} + (B-1)T₀] (2)

wobei n₂ die Anzahl der von dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 rückwärts gezählten Impulse ist.

Das Zeitintervall T _x zwischen dem geteilten Eingangssignal 203 a und 203 b erhält man durch die folgende Gleichung:

T _x = NT₀ + (Δ T _{x 1} - Δ T _{x 2}) (3)

in welcher N die Anzahl der von dem Zähler 106 gezählten Taktimpulse ist. Unter Verwendung der Gleichungen (1) und (2) wird deshalb die Gleichung (3) zu

Da die Werte von T₀ und V₂R₁C₁/V₁R₂C₂ schon bekannt sind und da der Zählstand N und (n₁-n₂) von dem Zähler 106 bzw. dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 geliefert werden, kann die Zeitperiode T _x von dem Rechner 107 berechnet werden.

Wenn man annimmt, daß der Teilungsfaktor des Teilers 102 durch M dargestellt wird, wird die zu messende Periodendauer des Eingangssignals 201 wie folgt berechnet:

P = T _x/M = (T₀/M) [N + (V₂R₁C₁/V₁R₂C₂) (n₁ - n₂)]. (5)

Ferner gilt für die Frequenz des Eingangssignals 201:

Die Periodendauer P oder die Frequenz F des so erhaltenen Eingangssignals 201 wird von dem Display 108 angezeigt.

In der obigen Beschreibung wird dasselbe Taktsignal sowohl dem Zähler 106 als auch dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 geliefert, es ist jedoch auch möglich, verschiedene Taktsignale zu verwenden. Falls die Zeitperiode des Taktsignals, welches dem Zähler 106 zugeführt wird, T₀₁ ist und die Zeitperiode des Taktsignals, welche dem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 321 zugeführt wird, T₀₂ ist, erhält man die Periodendauer P und die Frequenz F des zu messenden Eingangssignals durch die folgenden Gleichungen:

P = (T₀₁/M) [N + (T₀₂V₂R₁C₁/T₀₁V₁R₂C₂) (n₁-n₂)] (7)

Claims

1. Vorrichtung zur digitalen Messung der Periodendauer und der Frequenz eines elektrischen Eingangssignals (201), mit einem ersten Frequenzteiler (102) zum Herabsetzen der unbekannten Frequenz um einen vorbestimmten Teilungsfaktor (M), mit einem Taktgeber (105) zur Lieferung eines Taktsignals, mit einem Torsignalgenerator (103) zur Erzeugung eines jeweils der Periodendauer des geteilten Eingangssignals entsprechenden, mit den Taktimpulsen synchronisierten Torsignales für eine Torschaltung (104), mit einer digitalen Zähleinrichtung (106) zum Zählen von Taktimpulsen (Grobzählung) zwischen zwei Impulsen des frequenzgeteilten Eingangssignals während des genannten Tor-Impulses, mit einer integrierenden Erfassungsvorrichtung (306, 308) zur Ermittlung der ersten, vorbestimmt verlängerten Bruchteilzeit zwischen dem ersten Ausgangsimpuls des ersten Frequenzteilers (102) und dem nächstfolgenden Taktimpuls sowie der vorbestimmt verlängerten zweiten Bruchteilzeit zwischen dem zweiten Ausgangsimpuls des ersten Frequenzteilers (102) und dem nächstfolgenden Taktimpuls, mit einer integrierend arbeitenden Dehnvorrichtung (301) zum Dehnen der beiden genannten Bruchteilzeiten um einen vorbestimmten Dehnungsfaktor, mit einer Zählvorrichtung (321) zum Zählen von Taktimpulsen während der gedehnten Bruchteilzeiten sowie mit einer Rechenvorrichtung zur Ermittlung der genauen Periodendauer und Frequenz aufgrund der von den Zählern gelieferten Digitalwerte, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählvorrichtung (321) zum Zählen von Taktimpulsen während der gedehnten Bruchteilzeiten (Δ T _{x 1}, Δ T _{x 2}) aus einer Vorwärts-Rückwärts-Zähleinrichtung besteht, der erste Taktimpulse von dem Taktgeber (105) oder zweite Taktimpulse von einem weiteren Taktgeber zugeführt werden, wobei die Zähleinrichtung (321) während der ersten gedehnten Bruchteilzeit (Δ T _{x 1}) in die eine Richtung und während der zweiten gedehnten Bruchteilzeit (Δ T _{x 2}) in die entgegengesetzte Richtung zählt und daß die Recheneinrichtung zu dem Zählerstand der digitalen Zähleinrichtung (106) einen dem resultierenden Zählerstand der Vorwärts-Rückwärts-Zähleinrichtung (321) entsprechenden Wert addiert und darüber die Periodendauer und die Frequenz ermittelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnvorrichtung (301) einen ersten Integrator (306) zum Integrieren eines ersten Spannungspegels (V₁) mit einer ersten Zeitkonstanten während einer Zeitperiode umfaßt, welche gleich der Bruchteilzeit (Δ T _{x 1}) plus einer vorbestimmten ganzen Zahl von Taktimpulsen des ersten Taktsignals ist, und einen zweiten Integrator (308) zum Integrieren eines zweiten Spannungspegels (V₂) mit einer zweiten Zeitkonstanten für jede entsprechend gedehnte Bruchteilzeit, um einen integrierten Wert zu erhalten, welcher dem integrierten Wert des ersten Spannungspegels entspricht, wobei der erste und der zweite Spannungspegel und die Zeitkonstanten so gewählt sind, daß für jede Bruchteilzeit der Absolutbetrag der Steigung des dem integrierten Wert des zweiten Spannungspegels (V₀) entsprechenden Ausgangssignals kleiner ist als der Absolutbetrag der Steigung des dem integrierten Wert des ersten Spannungspegels (V₁) entsprechenden Ausgangssignals.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts-Rückwärts-Zähler (321) die Taktimpulse des genannten zweiten Taktsignals während der gedehnten ersten Bruchteilzeit vorwärts und die Taktimpulse des zweiten Taktsignals während der gedehnten zweiten Bruchteilzeit rückwärts zählt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer (P) und die Frequenz (F) des genannten Eingangssignals von dem Rechner wie folgt berechnet werden: P = (T₀₁/M) [N + (T₀₂V₂R₁C₁/T₀₁V₁R₂C₂) (n₁-n₂)];F = 1/P;worin
T₀₁, T₀₂ die Periodendauer des ersten bzw. des zweiten Taktsignals,
V₁, V₂ der erste bzw. der zweite Spannungspegel,
R₁C₁, R₂C₂ die erste bzw. die zweite Zeitkonstante entsprechend den jeweiligen Widerstands- und Kapazitätswerten des ersten bzw. des zweiten Integrators,
1/M der Teilungsfaktor des ersten Teilers und M eine ganze Zahl größer als 1,
N die Anzahl der vom Zähler während des Torsignals gezählten Taktimpulse,
n₁ die Anzahl der vom Vorwärts/Rückwärts-Zähler während der gedehnten ersten Bruchteilzeit vorwärts gezählten Impulse und
n₂ die Anzahl der vom Vorwärts/Rückwärts-Zähler während der gedehnten zweiten Bruchteilzeit rückwärts gezählten Impulse
ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Taktsignal und das zweite Taktsignal von demselben Taktgeber (105) erzeugt werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kleinste Periodendauer der Ausgangssignale des ersten Teilers (102) gleich oder länger ist als die Summe aus der ersten gedehnten Bruchteilzeit plus der entsprechenden Anzahl von Taktimpulsen des ersten Taktsignals plus der zweiten gedehnten Bruchteilzeit.