SU1250976A1 - Способ измерени частоты импульсных сигналов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной и вычислительной технике, может быть использовано дл  измерени  частоты (периода) электрических сигналов. Цель изобретени  заключаетс  в повышении точности измерени  частоты и периода импульсных сигналов. Сущность предлагаемого способа заключаетс  в следующем. Задаетс  эталонный ин

Description

тервал времени, за который осуществл етс  первый цикл измерени  числа N импульсов не.иэвестного сигнала В последующих циклах увеличивают длительность интервала на случайную равномерно распределенную в некотором интервале величину. Фиксируют число измерений, при которых число импульсов больше, чем определено в первом цикле.Зиа  максимальную величину отношений интервалов времени по соответствующей формуле, определ ют период и частоту сигналов. За счет определени  точного расположени  N+1 импульса исключаетс  погрешность дискритизации конца счета.

Изобретение относитс  к эле ;тро- измерительной и вычислительной технике и может быть использовано дл  измерени  частоты (периода) электрических сигналов.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  частоты и периода импульсных сигналов путем статистической обработки результатов много- кратных измерений с измен ющимс  из- мерительным временным интервалом.

На фиг. 1 изображена временна  Диаграмма, по сн юща  сущность предлагаемого способа} на фиг. 2 - блок- схема устройства дл  реализации пред лагаемого способа измерени  частоты (периода) импульсных сигналов.

Устройство содержит (фиг. 2) блок

Iформировани , селектор 2, счетчик

3, индикатор А, блок 5 управлени , генератор 6 меток времени, кварцевый генератор 7, кварцевый резонатор 8, частотно- задающий управл емый элемент 9, делитель 10 частоты, ключи

IIи 12, блок 13 формировани  слу- чайного напр жени , генератор 14 плавающей частоты, счетчик 15, регистр 16, цифроаналоговый преобразователь 17, делитель 18 напр жени .

В устройстве выход блока 1 фор- кировани  подключен к входу селектора 2,другой вход которого присоединен к выходу блока 5 управлени , вхо пуска которого подключен к выходу

50976

т,е. достигаетс  цель изобретени . Устройство дл  осуществлени  способа содержит блок t формировани , селектор 2, блок 5 управлени , генератор 6 меток времени, индикатор 4, кварцевый генератор 7, кварцевый резонатор 8, делитель 10 частоты, ключ 11, счетчик 15, регистр 16, цифро- аналоговый преобразователь 17, делитель 18 напр жени . Дл  Достюсени  цели дополнительно введены частотно- задающий управл емый элемент 9, ключ 12, блок 13 формировани  случайного напр жени . Блок 13 содержит генератор плавающей частоты 14, а также блоки 15-18, 2 з.п. ф-лы, 2ип.

/люча 11, а вход опорной частоты присоединен к выходу генератора 6 меток времени, состо щего из последовательно соединенных кварцевого генератора 7 и делител  10 частоты, выход селектора 2 подключен к входу счетчика 3, выход которого подключен к входу блока 4 индикации, выход блока 1 формировани  подключен к информационному входу блока 5 управлени , выход синхронизации которого присоединен к входу управлени  кварцевого генератора 7, а последовательно в цепь кварцевого резонатора 8 подключен частотно-задающий yпpaan e в элемент 9, управл ющий вход которого через ключ 12 подключен к выходу блока 13 формировани  случайного напр жени , состо щего из генератора 14 плавающей частоты,выход которого подключен к входу счетчика 15, выходы которого подключены к входам занесени  регистра 16, выходы которого присоединены к соответствующим входам цифроаналогового преобразовател  17, выход которого подключен к делителю 18 напр жени , выход которого  вл етс  выходом блока 13 формировани  случайных напр жений, а входом которого  вл етс  управл ющий вход регистра 16.

Сущность предлагаемого способа измерени  частоты неизвестного им312

пульсно1 о сигнала заключаетс  в следующем.

За первый цикл измерени  определ етс  число импульсов N неизвестной частоты (фиг. 1), содер  эщихс  в эталонном интервале времени. Следующий за ними (N+1)-ft импульс в этот Интервал не попадает. В последующих циклах измерений (фиг. 1) происходит увеличение длительности эталонного импульса на случайную величину, равномерно распределенную в интер

вале & t

WlKf

при этом в каждом цикле

измерени  значение этой случайной величины оказываетс  различным и посто нным в течение данного цикла. В процессе многократных измерений происходит или не происходит перекрытие (N+1)-ro импульса увеличенным по длительности импульсом измерительного интервала. При этом об- разуютс  две временные области, в которые попадает заданный фронт увеличенного на случайную величину импульса измерительного интервала. Соотношение между прот женност ми этих областей и определ етс  расположением (N-(-l)-ro импульса внутри интервала . Как видно из графика фиг. 1, врем  по влени  импульса, равное (N+1) Tj, где Т, - неизвестный период, оказываетс  равным

T,(N-H)

Т,ut .

где Tj - неизвестный период измер е-

мой частоты импульсов; Т - длительность эталонного импульса без случайного увеличени ;

it - длительность (прот жен- ность) временной области.

Многократность измерений позвол ет рассматривать весь процесс статистически и определить соотношени  между длительност ми областей через веро тность событий. Длительность временной области at может быть определена выражением

at At

aw с

П-П( П

at

макс

П максимальное значение случайной величины, на которую увеличиваетс  эталонный интервал времени , число измерений

5

0

п, - число измерении, при

которых количество импульсов за врем  эталонного интервала времени , увеличенного на случайную величину, бьшо бы больше или равно N+1.

Тогда период измер емой частоты импульсов определ етс  так:

ТПА.„.,

п-п п

15

N+1

а его частота выражаетс  как обратна  величина

f. :i20

5

0

5

0

5

0

5

Таким образом, зафиксировав после первого измерени  число импульсов, равное N, за длительность эталонного интервала, увеличива  на случайнзто величину эталонный интервал и определ   при последующих измерени х число п,, при которых показани  окажутс  больше или равны (N+1), и зна  максимальную величину отклонени  случайной величины At, на которую увеличиваетс  эталонный импульс, можно определить неизвестные период и частоту измер емых импульсных сигналов .

За счет определени  точного расположени  (N+1)-ro импульса исключаетс  погрешность дискретизации конца счета, т.е. достигаетс  цель изобретени  .

Предлагаемое устройство работает следующим образом,

В исходном состо нии ключи 11 и 12 разомкнуты.

При включении электропитани  устройства производитс  начальна  установка блока 5 управлени , счетчика 3, индикатора 4 (цепи электропитани  и начального сброса на функциональной схеме фиг. 2 длЯ простоты не обозначены).

По входной шине измер емые импульсные сигналы подаютс  на вход блока Сформировани , на выходе которого по вл ютс  импульсы стандартной амплитуды и длительности с периодом, равным периоду измер емых импульсных сигналов. Эти импульсы поступают на вход селектора 2 и вход блока 17 уп5

равнени . Процесс измерени  начинаетс  с нажати  ключа 11, с которого разрешающий сигнал поступает на пусковой вход блока 5 управлени . Блок 5 управлени  формирует одиночный импульс заданной длительности, посту- паюпшй на вход селектора 2 и разрешающий пропускание на выход селектора 2 стандартных импульсов с неиз- BtcTHbjM периодом. Одиночный импуль заданной длительности формируетс  и импульсов меток времени, поступающих на вход опорной частоты блока 5 управлени  с выхода генератора 6 меток времени. Метки времени представл ют собой импульсные сигналы стабильной частоты, задаваемой кварцевым генератором 7. Пачка импульсов, прошедша  через селектор 2, заполн ет счетчик 3, который преобразует ее на своем выходе в двоичный код, которьтй индуцируетс  индикатором 4. Дл  временной прив зки входных и;м- пульсов и начала эталонного импуль- са заданной длительности, импульсы с выхода блока 1 формировани  дополнительно поступают на информационный вход блока 5 управлени , который синхронизирует запуск кварцевого генератора 7 в момент начала счета.

Описанна  работа устройства аналогична работе прототипа.

После первого измерени  в индикаторе 4 индуцируетс  число импульсов , равное N.

После замыкани  ключа 12 производитс  второй цикл измерени , при этом процесс измерени  аналогичен первому циклу. Отличие его заключаетс  лишь в том, что период кварцевого генератора 7 увеличиваетс  и, следовательно, увеличиваетс  интервал между метками времени, а соответственно увеличиваетс  длительность эталонного импульса, открывающего селектор 2. Увеличение этого импульса происходит на некоторую случайную величину. Это достигаетс  тем, что при нажатии ключа 11 на выходе блока 13 формировани  случайного напр жени  по вл етс  случайна  величина напр жени , котора  сохран етс  посто нной за врем  одного цикла измерени  и в течение этого цикла поступает па вход частотно-задающего управл емого элемента 9, увеличива  его емкость и

25

097F.«

уменьша  тем самым резонансную частоту кварцевого генератора 7 что приводит к увеличению длительности эталонного импульса. С индикатора 4 5 считываетс  новое показание числа импульсов, зафиксированньп в счетчике 3 ,

Следующее нажатие ключа 11 вызывает по вление на вьгходе блока 13

10 формировани  случайного напр жени  новой величины, котора  через замкнутый ключ 12 поступает на вход частотно-задающего управл емого элемента 9. В этом цикле измерени  увели15 чение длительности импульса происходит на другую случайную величину, не превьпиающую заданное максимальное значение. Поскольку блок 13 формировани  случайного напр жени  выра20 батывает случайную величину напр жени  по равномерному закону, то,следовательно , по равномерному закону будет управл тьс  и частотно-задающий управл емый элемент 9, вызыва  соответствующее уменьшение частоты импульсов кварцевого генератора 7. Блок 13 формировани  случайньк напр жений 13 работает следующим образом .

30 Нестабильна  частота, вырабатываема  генератором 14 плавающей частоты , поступает на счетный вход счетчика 15. В процессе поступлени  нестабильных по длительности импульсов

35 происходит периодическое заполнение и сброс счетчика 15. При этом значении кодов на вьгходе счетчика 15 сохран етс  различное врем  в зависимости от частоты входных импульсов.

40 При поступлении ш пульса на вход

блока 13 формировани  случайного напр жени , которым  вл етс  управл ющий вход регистра 16, в нем фиксируютс  те значени  кода, которые

45 были на выходе счетчика 16 в момент опроса. Это значение запоминаетс  в регистре 16 и поступает на вход цифроаналогового преобразовател  17. Содержимое регистра 16 кажд.ый раз

50 мен етс  при поступлении нового импульса на его вход занесени . Случайный характер значений кода, запоминаемых каждый раз в регистре 16 и поступающих на вход цифроаналого55 вого преобразовател  17,объ сн етс  отсутствием коррел ции между временными параметрами тактовых импульсов н  входе счетчика 15 и временем за7

несени  в регистр 16, Таким образом при поступлении разрешающего сигнала на вход блока 13 формировани  случайного напр жени  с ключа 1t на его выходе по вл етс  значение случайной величины напр жени , которое затем поступает на частотно-задаю- вшй управл емый элемент 9 и сохран етс  посто нной в течение этого цикла измерени .

Основное преимущество предложенных способа и устройства по сравнению с известньми заключаетс  в повышении точности измерени  частоты и периода за счет уменьшени  ошибки дискретизации конца счета,

Claims (3)

1. Способ измерени  частоты импульсных сигналов, зaкJШчaищийc  в подсчете числа импульсов неизвестно частоты за известный интервал времени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, счет импульсов неизвестной частоты производитс  многократно, причем после первого подсчета числа импульсов за известный интервал времени при каждом последушцен длительность известного интервала времени увеличиваетс  на случайную величину с равномерным законом распределени , а неизвестна  частота импульсных сигналов определ етс  из выражени 

N + 1

Т,- макс

П

де Т - длительность эталонного (известного) интервала времени; , - максимальное значение

случайной величины увеличени  эталонного интервала времени

N - число импульсов неизвестной частоты, содержащихс  в эталонном интервале времени;

509768

п - число измерений/ П( - число измерений, при которых количество импульсов за врем  эталонного интервала времени, уве- 5 личенного на случайную величину, было бы больше или равно N+1.

2. Устройсчно дл  измерени  частоты импульсных сигналов, содержащее блок фор шроваии , выход которо- 0 го подключен к первому входу селектора , второй вход которого присоединен к выходу блока управлени , пер- вый вход которого подключен к выходу первого ключа, а второй вход при- 5 соединен к шлсоду генератора меток времени, состо щего из последовательно соединенных кварцевого генератора и делител  частоты, а выход селектора подключен к входу счетчи20

ка, выход которого подключен к входу

индикатора, а выход блока формировани  подключен к третьему входу блока управлени , второй выход которого присоединен к входу управлени  кварцевого генератора, отличаю ще ес  тем, что, с целью повышени  точности , последовательно в цепь кварцевого резонатора, вход щего в состав кварцевого генератора, подключен частотно-эадающий управл еьмй элемент, управл юв й вход которого через второй ключ подключен к выходу блока форьшровани  случайного напр жени , вход которого соединен с выходом

первого ключа.

3. Устройство по п. 2, отличающеес  тем, чтр блок формировани  случайного напр жени  содержит генератор плавающей частоты , выход которого подключен к входу счетчика, выходы которого под- юночен к входам занесени  регистра, выходы которого присоединены к соответствующим входам цифроаналогово- го преобразовател , выход которого подключен к делителю напр жени ,выход которого  вл етс  выходом блока формировани  случайных напр жений,

а входом его  вл етс  управл гачий вход регистра.

A

t

.1

J tMOKC