DE3336359A1 - Method for measuring frequency or period - Google Patents

Method for measuring frequency or period

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Udo Dipl.-Ing. Reese (FH), 6720 Speyer
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Abstract

To measure frequency or period of an unknown pulse train (I1), its pulses (n1, n2, ...nx) are counted during a gate time (TG). Between in each case two pulses (n0-n1, n1-n2, ...nx-nx+1) of the unknown pulse train (I1), the pulses of another pulse train (I3), the frequency (f3) of which is much higher than the frequency (f1) of the unknown pulse train (I1), are counted. If the beginning of the gate time (TG) is detected during one such counting period (n0-n1), the counts at the beginning (Z0) and end (Z2) of this counting period and at the beginning (Z1) of the gate time (TG) are stored. As well, the counts (Z3, Z4, Z5) of the counting period (nx-nx+1) at the end of the gate time (TG) are stored. From the number of pulses (x), the gate time (TG) and the counts (Z1...Z5), the unknown frequency (f1) is determined in accordance with the equation. (TG . f1 = x + (Z2-Z1)/Z2-Z0-(Z5-Z4)/Z5-Z 3) <IMAGE>

Description

Verfahren zum Messen von Frequenz oder Periodendauer Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Frequenz oder Periodendauer eines unbekannten Impuls zuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Method for measuring frequency or period length The invention relates to a method for measuring the frequency or period of an unknown Impulse train according to the preamble of claim 1.

Das Messen von Frequenz oder Periodendauer durch Auszählen von Impulsen oder Ereignissen innerhalb einer vorgegebenen Torzeit ist seit langem gebräuchlich. Diese digitalen Meßverfahren besitzen eine systembedingten Fehler von plus oder minus eine Einheit, der durch die sogenannte Phasenunschärfe bedingt ist.The measurement of frequency or period duration by counting pulses or events within a specified gate time has long been in use. These digital measuring methods have a system-related error of plus or minus one unit, which is caused by the so-called phase uncertainty.

Will man diese Meßungenauigkeit möglichst klein halten, muß die Torzeit entsprechend verlängert werden. Soll eine Frequenz beispielsweise auf 1 %O genau bestimmt werden, muß die Torzeit wenigstens um den Faktor 1000 erhöht werden. Dies ist besonders dann lästig, wenn die zu messende Frequenz niedrig ist, beispielsweise zwischen 0 und 10 Hz liegt. Solch niedrige Frequenzen treten in vielen Bereichen der Technik auf, beispielsweise beim Prüfen oder Eichen von Verbrauchszählern für fluide Medien, wie Gas oder Wasser, bei denen aus den gezählten Umdrehungen eines Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß die Frequenz bzw. Periodendauer mit praktisch beliebiger Genauigkeit gemessen werden kann, ohne daß die Torzeit verlängert werden muß.If this measurement inaccuracy is to be kept as small as possible, the gate time must be used be extended accordingly. For example, if you want a frequency to be accurate to 1% O are determined, the gate time must be increased by at least a factor of 1000. this is particularly troublesome when the frequency to be measured is low, for example is between 0 and 10 Hz. Such low frequencies occur in many areas technology, for example when testing or calibrating consumption meters for fluid media, such as gas or water, in which one of the counted revolutions Of the The present invention is based on the object of the method mentioned at the outset Kind to improve so that the frequency or period with practically any Accuracy can be measured without increasing the gate time.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.This object is achieved by the characterizing features of the patent claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Zählperiode zwischen zwei Impulsen des unbekannten Impulszuges in feine Abschnitte unterteilt, entsprechend der Frequenz des weiteren Impulszuges.In the method according to the invention, the counting period is between two impulses of the unknown impulse train divided into fine sections, accordingly the frequency of the further pulse train.

Dabei ist von besonderem Vorteil, daß weder die absolute Dauer der Torzeit bekannt, noch die Impulse des unbekannten Impulszuges untereinander äquidistant sein müssen. Auch die Frequenz des hochfrequenten weiteren Impulszuges muß weder bekannt, noch langzeitstabil sein. Trotzdem lassen sich Frequenz bzw. Periodendauer des unbekannten Impulszuges mit hoher Genauigkeit bestimmen.It is of particular advantage that neither the absolute duration of the Gate time known, the impulses of the unknown impulse train are still equidistant from one another must be. The frequency of the further high-frequency pulse train does not have to be known to be stable over the long term. Nevertheless, the frequency or period can be of the unknown pulse train can be determined with high accuracy.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich die Zählfehler von + 1, die bei dem Auszählen der Phasenunschärfen systembedingt ebenfalls auftreten, durch die Differenzbildung der beiden Phasenunschärfen gegenseitig eliminieren.Another advantage of the invention is that the counting errors of + 1, which, due to the system, also occur when counting the phase fuzziness, mutually eliminate each other by forming the difference between the two phase fuzziness.

Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht, wie schon erwähnt, beim Prüfen oder Eichen von Verbrauchszählern für fluide Medien, wobei Prüfling und Eichnormal in Reihe geschaltet und von derselben Menge des Fluids durchströmt und die Umdrehungen der Meßorgane von PrüflingenundEichnormale miteinander verglichen werden. Hier wird vorzugsweise aus den Umdrehungen des Meßorgans des Eichnormals durch entsprechende Frequenzteilung die Torzeit abgeleitet und die Umdrehungen des Meßorgans des Prüflings bilden die unbekannte Impulsfolge. Da bei dieser Prüfung der Verbrauchszähler die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids bei Beginn und Ende des MeSvorgangs, ebenso von Meßvorgang zu Meßvorgang, unterschiedlich sein kann, ist.die Unabhängigkeit des Meßergebnisses vcntangzeitstabilitäten von besonderem Vorteil.A preferred application of the method according to the invention is as already mentioned, when checking or calibrating consumption meters for fluid media, where test specimen and calibration standard are connected in series and have the same amount of fluid flows through and the revolutions of the measuring elements of test objects and calibration standards with each other be compared. Here is preferably from the revolutions of the measuring element of the The gate time and the revolutions are derived from calibration standards by appropriate frequency division of the measuring element of the test object form the unknown pulse train. As in this exam the consumption meter shows the flow rate of the fluid at the beginning and at the end the measurement process, as well as from measurement process to measurement process, can be different, is. the independence of the measurement result from temporal stability of particular Advantage.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Impulsdiagramms soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.Based on a pulse diagram shown in the drawing, the Invention will be explained in the form of an exemplary embodiment.

Der Impulszug, dessen Frequenz gemessen werden soll, ist mit I1, seine Frequenz mit f1 gekennzeichnet. Dieser Impulszug I1 ist im vorliegenden Beispiel als Rechteckkurve mit einem Puls-Pausen-Verhältnis von 1 : 1 dargestellt.The pulse train whose frequency is to be measured is with I1, his Frequency marked with f1. This pulse train I1 is in the present example shown as a rectangular curve with a pulse-pause ratio of 1: 1.

Ferner erkennt man einenzweiten Impulszug 12 mit der Frequenz f durch den die Torzeit TG gebildet wird. Die Frequenz f2 ist kleiner als die Frequenz f1.A second pulse train 12 with the frequency f can also be seen the gate time TG is formed. The frequency f2 is smaller than the frequency f1.

Werden, wie im vorliegenden Beispiel, die ansteigenden Flanken des Impulszuges Ii ausgewertet, so werden beim herkömmlichen digitalen Meßverfahren die Flanken n1, n2 ... n gezählt, die x während der Torzeit TG auftreten. Die so ermittelte Frequenz weicht von der tatsächlichen Frequenz f1 aufgrund der Phasenunschärfe mehr oder weniger stark ab. Diese Tatsache ist in der Zeichnung durch die Zeitspanne t1 zwischen dem Beginn der Torzeit TG und der ersten nach Beginn der Torzeit TG auftretenden ansteigenden Flanke n1 des Impulszuges I1 sowie durch die Zeitspanne t2 zwischen dem Ende der Torzeit TG und der ersten nach Beendigung der Torzeit TG auftretenden ansteigenden Flanke nx+1 gekennzeichnet. Die nach dem herkömmlichen Frequenzmeßverfahren bestimmte Frequenz ist um die Zeitspanne t1 zu kurz und um die Zeitspanne t2 zu lang.As in the present example, the rising edges of the Pulse train Ii evaluated, so are in the conventional digital measuring method the edges n1, n2 ... n are counted that occur x during the gate time TG. The so The determined frequency differs from the actual frequency f1 due to the phase uncertainty more or less strongly. This fact is in the drawing by the time span t1 between the start of the gate time TG and the first after the start of the gate time TG occurring rising edge n1 of the pulse train I1 as well as through the time span t2 between the end of the gate time TG and the first after the end of the gate time TG occurring rising edge marked nx + 1. The one after the conventional Frequency measurement method specific frequency is too short by the time period t1 and by the time t2 is too long.

Durch Einführen eines weiteren Impuls zuges I3 mit einer Frequenz f3, die um einen der gewünschten Auflösung entsprechenden Faktor höher ist als die Frequenz f1 des unbekannten Impulszuges I1, kann diese Phasenunschärfe ausgemessen werden. Hierzu wird die Zahl der Impulse zwischen jeweils zwei ansteigenden Flanken n0 n1, n1 - n2... nx ~ nu+ des unbekannten Impulszuges I1 gezählt.By introducing another pulse train I3 with a frequency f3, which is higher than that by a factor corresponding to the desired resolution Frequency f1 of the unknown pulse train I1 can measure this phase uncertainty will. To do this, the number of pulses between each two rising edges n0 n1, n1 - n2 ... nx ~ nu + of the unknown pulse train I1 counted.

Sobald während einer solchen Zählperiode n0 - nl die Torzeit Tc beginnt, werden die Zählerstände bei Beginn ZO und am Ende Z2 dieser Meßperiode sowie bei Beginn Z1 der Torzeit TG gespeichert.As soon as the gate time Tc begins during such a counting period n0 - nl, the counter readings at the beginning of ZO and at the end of Z2 of this measuring period as well as at The beginning of Z1 of the gate time TG is saved.

Die Zeitspanne t1 ergibt sich daraus durch Verhältnisbildung der Differenz von Z2 und Z1 bzw. Z2 und Z0.The time period t1 results from this by calculating the ratio of the difference from Z2 and Z1 or Z2 and Z0.

In der gleichen Weise wird verfahren mit den Zählerständen Z3, Z4, Z5 der Zählperiode nx - nx+1, in die das Ende der Torzeit TG fällt. Auch hier wird die Zeitspann t2 nachgebildet durch das Verhältnis zwischen der Differenz von Z5 und Z3 und der Differenz von Z5 und Z4.Proceed in the same way with the counter readings Z3, Z4, Z5 of the counting period nx - nx + 1, in which the end of the gate time TG falls. Here too will the time span t2 simulated by the ratio between the difference of Z5 and Z3 and the difference between Z5 and Z4.

Da während jeder Zählperiode, in der die Torzeit TG beginnt bzw. endet, die Zählerstände neu bestimmt und abgespeichert werden, muß weder die Frequenz f1 des unbekannten Impulszuges I1, noch die Frequenz f3 des weiteren Impulszuges I3 konstant noch langzeitstabil sein. Es genügt eine Stabilität innerhalb jeder Zählperiode.Since during each counting period in which the gate time TG begins or ends, the counter readings are newly determined and stored, neither the frequency f1 of the unknown pulse train I1, nor the frequency f3 of the further pulse train I3 be constant and stable over the long term. Stability within each counting period is sufficient.

Während der Torzeit TG werden die ansteigenden Flanken n1, n2... des unbekannten Impulszuges I1 wie bisher üblich gemessen.During the gate time TG the rising edges n1, n2 ... des unknown pulse train I1 measured as usual.

Der genaue Wert der Frequenz f1 wird bestimmt nach folgender Gleichung Z2 -Z1 Z5 - Z4 TG . fl =+ Z2 -Z0 - Z5 - Z3 Anhand eines Zahlenbeispiels soll die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare Zeitersparnis erläutert werden. Beträgt beispielsweise die Torzeit TG gleich 1 Sekunde, die während der Torzeit TG gemessene Pulszahl x = 31, und die Zählerstände Z0 = Z3 =0, Z1 = 816, Z2 = 2000, Z4 = 1625 und Z5 = 2000, so errechnet sich die Frequenz f1 zu f1 = 31,4045 Hz.The exact value of the frequency f1 is determined according to the following equation Z2 -Z1 Z5 - Z4 TG. fl = + Z2 -Z0 - Z5 - Z3 Using a numerical example, the Time savings achievable with the method according to the invention are explained. For example, if the gate time TG is equal to 1 second during the gate time TG measured number of pulses x = 31, and the counter readings Z0 = Z3 = 0, Z1 = 816, Z2 = 2000, Z4 = 1625 and Z5 = 2000, the frequency f1 is calculated as f1 = 31.4045 Hz.

Die Torzeit beträgt wie gesagt lediglich eine Sekunde. Um mit dem herkömmlichen Frequenzmeßverfahren dieselbe Genauigkeit zu erreichen, müßte die Meßzeit 2000 Sekunden, d.h. über eine halbe Stunde, betragen.As I said, the gate time is only one second. To deal with the conventional frequency measurement methods to achieve the same accuracy, the Measuring time 2000 seconds, i.e. over half a Hour.

Natürlich ist die Messung der der Phasenunschärfe entsprechenden Zeitspannen t1 bzw. t2 ebenfalls mit der den digitalen Frequenzmeßverfahren eigenen Ungenauigkeit von i 1 behaftet.Of course, the measurement of the time periods corresponding to the phase uncertainty is t1 and t2 also with the inaccuracy inherent in digital frequency measurement methods afflicted by i 1.

Durch die Differenzbildung (t1-+ 1) - (t + 1) heben sich diese systembedingten Fehler gegeneinander auf.By forming the difference (t1- + 1) - (t + 1), these system-related ones are canceled out Errors against each other.

Die Werte der drei Frequenzen f1, f2 bzw. f3 müssen vor Beginn der Messung sinnvoll festgelegt werden. Gegebenenfalls können die durch geeignete Frequenzteiler manuell oder auch automatisch angepaßt werden. Auch wird man in der Praxis die Auf lösung, die durch das Verhältnis der Frequenz f3 zur Frequenz f1 gegeben ist, um etwa den Faktor 10 höher wählen als es dem rein rechnerischen Wert entspricht.The values of the three frequencies f1, f2 and f3 must be entered before the start of the Measurement can be determined sensibly. If necessary, this can be done by means of suitable frequency dividers can be adjusted manually or automatically. In practice, too, one becomes the on solution given by the ratio of the frequency f3 to the frequency f1 to Choose a factor of 10 higher than the purely arithmetical value.

Claims (3)

Verfahren zum Messen von Frequenz oder Periodendauer P a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Verfahren zum Messen von Frequenz oder Periodendauer eines unbekannten Impulszuges (I1), dessen Pulse (n1, n2, ..nx) während einer Torzeit (TG) gezählt werden, worauf aus Pulszahl (x) und Torzeit (TG) die Frequenz (f1) bzw. die Periodendauer (1/f1) bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei Pulsen (n0 - n1, n1 - n2, . .n x ,1) des unbekannten Impulszuges (I1) die Pulse eines weiteren Impulszuges (I3), dessen Frequenz (f3) erheblich höher ist als die Frequenz (f1) des unbekannten Impulszuges (11), gezählt werden, daß dann, wenn während einer solchen Zählperiode (nO - n1) der Beginn der Torzeit (TG) erkannt wird, die Zählerstände bei Beginn (ZO) und Ende (Z2) dieser Zählperiode (nO - n1) sowie bei Beginn (Z1) der Torzeit (TG) gespeichert werden, daß dann, wenn während einer der folgenden Zählperioden (nx - nx+1) das Ende der Torzeit (TG) erkannt wird, die Zählerstände bei Beginn (Z3) und Ende (Z5) dieser Zählperiode (n n nx+1) sowie am Ende (Z4) der Torzeit(TG) gespeichert werden, und daß die unbekannteFrequenz (f1) nach der Gleichung TG # f1 = x + Z2 + Z1 - Z5 - Z4 Z2 - Z0 Z5 - Z3 berechnet wird.Method for measuring frequency or period length P a t e n t a n p r ü c h e 1.) Method for measuring the frequency or period of an unknown Pulse train (I1), whose pulses (n1, n2, ..nx) are counted during a gate time (TG) whereupon the frequency (f1) or the period duration from the number of pulses (x) and gate time (TG) (1 / f1) can be determined, characterized in that between each two pulses (n0 - n1, n1 - n2,. .n x, 1) of the unknown pulse train (I1) the pulses of another Pulse train (I3), the frequency (f3) of which is considerably higher than the frequency (f1) of the unknown pulse train (11) are counted that if during such Counting period (nO - n1) the beginning of the gate time (TG) is recognized, the counter readings at the beginning (ZO) and end (Z2) of this counting period (nO - n1) as well as at the beginning (Z1) the gate time (TG) are stored that if during one of the following Counting periods (nx - nx + 1) the end of the gate time (TG) is recognized, the counter readings at the beginning (Z3) and end (Z5) of this counting period (n n nx + 1) and at the end (Z4) of the Gate time (TG) are stored, and that the unknown frequency (f1) according to the equation TG # f1 = x + Z2 + Z1 - Z5 - Z4 Z2 - Z0 Z5 - Z3 is calculated. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f3) des weiteren Impulszuges (13) um weinigstens den Faktor der gewünschten Auflösung höher ist als die Frequenz (f1) des unbekannten Impulszuges (I1). 2.) Method according to claim 1, characterized in that the frequency (f3) of the further pulse train (13) by at least the factor of the desired resolution is higher than the frequency (f1) of the unknown pulse train (I1). 3.) Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 beim Prüfen oder Eichen von Verbrauchszählern für fluide Medien, wobei Prüfling und Eichnormal in Reihe geschaltet und von derselben Menge des Fluids durchströmt und die Umdrehungen der Meßorgane von Prüfling und Eichnormal miteinander verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Umdrehungen des Meßorgans des Eichnormals nach entsprechender Frequenzteilung die Torzeit (TG) abgeleitet wird und daß die Umdrehungen des Meßorgans des Prüflings die unbekannte Impulsfolge (I1) bilden. 3.) Application of the method according to claim 1 or 2 when checking or Calibration of consumption meters for fluid media, with the test item and calibration standard in Connected in series and flowed through by the same amount of fluid and the revolutions the measuring elements of the test object and the calibration standard are compared with one another, thereby characterized in that from the revolutions of the measuring element of the calibration standard according to the corresponding Frequency division the gate time (TG) is derived and that the revolutions of the measuring element of the test object form the unknown pulse train (I1). - Leerseite -- blank page -
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