CS205651B1

CS205651B1 - Connection of the circuit for measuring the frequency changes with the digital output

Info

Publication number: CS205651B1
Application number: CS914278A
Authority: CS
Inventors: Igor Holub
Original assignee: Igor Holub
Priority date: 1978-12-29
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1981-05-29

Description

Vynález se týká zapojení obvodu pro měření změn kmitočtu s digitálním výstupem. Obvod lze použít všude, kde je zapotřebí generovat přírůstky jakékoliv fyzikální veličiny převoditelné na kmitočet bu3 za účelem úsporného ukládání časové závislosti této veličiny do paměti nebo za účelem měření velikosti, případně jenom znaménka první derivace, popřípadě dalších derivací a podobně.The invention relates to a circuit for measuring frequency changes with a digital output. The circuit can be used wherever it is necessary to generate increments of any physical variable convertible to the frequency either to save time dependence of this quantity or to measure the size, possibly only the sign of the first derivative or other derivatives and the like.

Problematika měření kmitočtu případně měření jeho změn s digitálním výstupem je popsána například v knize Měření kmitočtu autorů ing. V. Kroupy a ing. V. Ptáčka, vydané SNTL Praha - 1963, na str. 102 až 108. Blokové schéma příkladné soupravy pro digitální měření kmitočtu elektronickým čítačem měřením doby trvání jedné nebo více period je znázorněno v obr. 51 této knihy na str. 102. Na vstup A hradla se přivádí měřený kmitočet fx.The issue of frequency measurement or measurement of its changes with digital output is described, for example, in the book Frequency Measurement by ing. V. Kroupa and ing. Ptáček, published by SNTL Praha - 1963, pages 102 to 108. Block diagram of an exemplary digital measurement kit frequency of the electronic counter by measuring the duration of one or more periods is shown in Fig. 51 of this book on page 102. The measured frequency fx is applied to the gate input A.

V předřazeném tvarovacím obvodu se jeho nosné střídavé napětí přemění na impulzy, z nichž se případně propustí každý m-tý impulz, má-li se přesnost zvětšit měřením doby trvání m period. Těmito impulzy se hradlo otvírá a zavírá. Při otevřeném hradle procházejí impulzy odvozené ze vhodného etalonového kmitočtu fn do elektronického čítače. Vzdálenost impulzů je rovna zvolenému počtu mikrosekund, obyčejně 1 nebo 10 mikrosekund, a tudíž počet impulzů prošlý do čítače je úměrný době trvání jedné, případně m period. Výsledek měření je zkreslen nejistotou při vymezování měřeného intervalu, základní chybou - 1 jednotka a od205 651In the upstream shaping circuit, its carrier AC voltage is converted into pulses, from which each m-th pulse is eventually passed, if accuracy is to be increased by measuring the duration of the m periods. With these impulses the gate opens and closes. When the gate is open, pulses derived from a suitable standard frequency fn pass to the electronic counter. The pulse distance is equal to the selected number of microseconds, usually 1 or 10 microseconds, and thus the number of pulses passed to the counter is proportional to the duration of one or m periods. The measurement result is distorted by the uncertainty in defining the measured interval, the basic error - 1 unit and from 205 651

205 051 ohylkou kmitočtu řídícího etalonu od jmenovitého kmitočtu. Popsané zapojení umožňuje přímé měření kmitočtu, nikoliv přímé měření jeho změn.205 051 by the reference frequency of the control standard from the nominal frequency. The described connection allows direct measurement of frequency, not direct measurement of its changes.

Pro rychlé a přesné vyhodnocení okamžité hodnoty kmitočtu se za současného stavu techniky dává přednost takovým způsobům, které umožňují průběžné zobrazování výsledku měření na číselném displeji.For the rapid and accurate evaluation of the instantaneous frequency value, it is preferred in the prior art to provide a continuous display of the measurement result on a numerical display.

Při jednom způsobu je užito fázově zavěšeného oscilátoru a vyhodnocení počtu impulzů za přesný zvolený časový interval jako střední hodnotu kmitočtu. Vyhodnocení se provádí běžně průmyslově vyráběnými binárními nebo binárně-dekadickými čítači. Pokud se má vyhodnocovat například kmitočet sítě, který se mění pouze v omezeném rozsahu, pak lze měřit a vyhodnocovat pouze část Impulzů převyšující zvolenou minimální mez, pouze v části měřicího intervalu. Takto získaný počet impulzů je označován dávka měřených impulzů. Důležitým parametrem při měření stálosti kmitočtu v reálném čase je vedle střední hodnoty intervalu také rychlost jeho změny. Vyhodnooení rychlosti změny střední hodnoty intervalu naráží na víoe obtíží vlivem toho, že kromě pomalých změn, jež jsou způsobeny změnami základních parametrů systému energetické sítě, v němž se provádí měření, se mezi jednotlivými po sobě následujícími intervaly objevují také krátkodobé odchylky způsobené náhodným rušením, a to v měřeném systému i v měřicím zařízení. Z toho důvodu je nutno před vyhodnocením pomalých změn tlumit a potlačit krátkodobě změny náhodného charakteru. Současná technika umožňuje řešení problému tím, še numerická hodnota je zpracována ve vhodném typu samočinného počítače, oož je spojeno se značnou nevýhodou, neboť je nereálné, aby měřič kmitočtu byl vybaven samostatným počítačem a naopak spojení měřiče s univerzálním počítačem by nutně omezilo možnost použití měřiče pouze na pracoviště s přístupem k počítači. Jinou možnosti je převod číslicové informace na analogovou hodnotu a její zpracování běžně známými prostředky. Hlavní nevýhodou tohoto postupu je skutečnost, že do celé metodiky měření je vnesen komplikovaný a zcela odlišný způsob zpracování informace, oož má za následek ztrátu přesnosti. Kromě toho je vyloučeno jednoduché zobrazení výsledku na číselném displeji.In one method, a phase-suspended oscillator is used to evaluate the number of pulses over the exact selected time interval as the mean of the frequency. The evaluation is carried out with commercially produced binary or binary-decimal counters. If, for example, the frequency of the grid is to be evaluated, which varies only within a limited range, then only a portion of the pulses exceeding the selected minimum limit can be measured and evaluated, only in a portion of the measurement interval. The thus obtained number of pulses is called the dose of measured pulses. An important parameter when measuring the stability of the frequency in real time is, besides the mean value of the interval, also the rate of its change. The evaluation of the rate of change of the mean of the interval encounters a number of difficulties due to the fact that, in addition to the slow changes caused by changes in the basic parameters of the metering system, there are also short-term variations due to accidental interference between successive intervals; both in the measured system and in the measuring device. For this reason, it is necessary to dampen and suppress random changes in the short term before evaluating slow changes. The current technique enables the problem to be solved by having the numeric value processed in a suitable type of automatic computer, which is associated with a considerable disadvantage, since it is unrealistic for the frequency meter to be equipped with a separate computer. on a workplace with computer access. Another possibility is to convert the digital information to an analog value and to process it by conventional means. The main drawback of this procedure is that a complicated and completely different way of processing information is introduced into the entire measurement methodology, resulting in a loss of accuracy. Furthermore, a simple display of the result on the numerical display is excluded.

Dalěí způsob a zařízení pro měření rychlosti změny počtu impulzů měřené dávky je předmětem vynálezu podleAnother method and apparatus for measuring the rate of change in the number of pulses of a metered dose is an object of the present invention

Zařízení je vytvořeno ze sčítacího čítače, pomocného čítače, paměťového čítače, dvou děličů kmitočtu, dvou klopných obvodů, logického obvodu sčítaoího čítače, dvou přepínacích logických obvodů a spínacího logického obvodu.The device is made up of a summation counter, an auxiliary counter, a memory counter, two frequency dividers, two flip-flops, a counting logic circuit, two switching logic circuits, and a switching logic circuit.

Zařízení podle tohoto vynálezu praouje v periodicky se opakujících cyklech. Během cyklu jsou ke vstupům prvního, druhého a třetího nastavovacího impulzu přivedeny postupně tři impulzy. Ke hlavnímu vstupu během vstupní části cyklu je přivedena vstupní dávka měřenýoh impulzů a z výstupu absolutní hodnoty výsledku je odváděna výstupní dávka impulzů během výstupní části cyklu, během níž musí být přiváděny ke vstupu pomocných impulzů periodicky se opakující impulzy s periodou zvolenou tak, aby minimální počet pomocných impulzů během výstupní části cyklu se rovnal maximálnímu počtu impulzní dávky měřených impulzů. Výstupní a vstupní část cyklu se nesmí překrývat. První a druhý impulz pro nastaveníThe device according to the invention flows in periodically repeating cycles. During the cycle, three pulses are applied sequentially to the inputs of the first, second and third setting pulses. The main input during the input part of the cycle is fed with an input dose of the measured pulses, and the output of the absolute value of the output is discharged from the output dose of pulses during the output part of the cycle. pulses during the output part of the cycle equaled the maximum number of pulse doses of the measured pulses. The output and input part of the cycle must not overlap. First and second impulse for setting

205 651 v uvedeném pořadí musí předcházet výstupní i vstupní část cyklu a třetí impulz pro nastavení se shoduje s počátkem výstupní části cyklu, během níž musí být ke vstupu znaménka výsledku z předešlého cyklu převáděna úroveň napětí, odpovídající tomuto znaménku. Tato napěťová úroveň se objevuje na výstupu znaménka výsledku v intervalu vymezeném prvním a druhým impulzem pro nastavení.205 651, respectively, must be preceded by both the output and input part of the cycle, and the third setting pulse coincides with the beginning of the output part of the cycle during which the voltage level corresponding to that sign must be converted to the result sign of the previous cycle. This voltage level appears at the result sign output at the interval defined by the first and second adjustment pulses.

Toto zapojení, které je určeno pro měření rychlosti změny počtu impulzů měřené dávky, je právě vlivem požadavku měření rychlosti změny kmitočtu poměrně složité a nákladné. Obdobná zapojení, avšak určená pouze pro přímé měření změny kmitočtu během určité časové jednotky, jsou po technické stránce jednodušší a méně nákladné. Jsou obvykle vytvořena ze dvou registrů, které fungují jako paměťové obvody, a dále z obvodů pro realizaci operace odčítání a z příslušného převodníku kmitočtu na digitální vyjádření, tedy například z čítače.This connection, which is intended to measure the rate of change of the number of pulses of the measured dose, is due to the requirement of measuring the rate of change of frequency quite complex and expensive. Similar wiring, but intended only for direct measurement of frequency change over a certain time unit, is technically simpler and less costly. They are usually made up of two registers which act as memory circuits, and furthermore, from circuits for performing a subtraction operation and from a respective frequency to digital converter, for example a counter.

Účelem vynálezu je jednak vytvořit velmi jednoduché zapojení obvodů, jednak odstranění aspoň některých nevýhod, které vykazují dosud známá zapojení, a získání nových výhod.The purpose of the invention is, on the one hand, to provide a very simple circuit connection, on the other hand to eliminate at least some of the disadvantages which the hitherto known connections have and to obtain new advantages.

Podstatou vynálezu je zapojení obvodu pro měření změn kmitočtu s digitálním výstupem. Podle vynálezu je zapojení obvodu vytvořeno z prvního hradla pro vytvoření logického součinu, jehož první vstup je určen pro přívod měřené změny kmitočtu a druhý vstup je připojen k prvnímu výstupu řídicího obvodu. Výstup prvního hradla pro vytvoření logického součinu je připojen jednak ke vstupu čítaných impulzů prvního jednosměrného čítače, jednak ke druhému vstupu hradla pro vytvoření logického součtu, jehož výstup je spojen se vstupem čítaných impulzů jednosměrného čítače a jehož první vstup je spojen se čtvrtým výstupem řídicího obvodu. Druhý výstup řídicího obvodu je spojen se druhým vstupem třetího hradla pro vytvoření logického součinu. Třetí výstup řídicího obvodu je spojen se druhým vstupem druhého hradla pro vytvoření logického součinu. Pátý výstup řídicího obvodu je spojen se vstupem pro nulování prvního jednosměrného čítače, jehož výstup je spojen s prvním vstupem druhého hradla pro vytvoření logického součinu. Výstup druhého hradla pro vytvoření logického součinu je spojen se vstupem pro nastavení druhého jednosměrného čítače, jehož výstup je spojen s prvním vstupem třetího hradla pro vytvoření logického součinu. Výstup třetího hradla pro vytvoření logického součinu je zároveň digitálním výstupem úplného obvodu pro. měření změn kmitočtu.It is an object of the present invention to provide a circuit for measuring frequency changes with a digital output. According to the invention, the circuit is formed from a first gate to produce a logic product, the first input of which is to supply the measured frequency change and the second input is connected to the first output of the control circuit. The output of the first logic gate is connected to both the counted input of the first unidirectional counter and the second gate input to the logic sum whose output is connected to the counted pulse input of the unidirectional counter and the first input is connected to the fourth output of the control circuit. The second output of the control circuit is coupled to the second input of the third gate to produce a logic product. The third output of the control circuit is coupled to the second input of the second gate to produce a logic product. The fifth output of the control circuit is coupled to an input for resetting the first unidirectional counter, the output of which is coupled to the first input of the second gate to produce a logic product. The output of the second gate to form the logical product is connected to the input for setting the second unidirectional counter, the output of which is connected to the first input of the third gate to form the logical product. The output of the third gate to produce the logic product is also the digital output of the complete circuit for. measurement of frequency changes.

Podstata vynálezu je dále vysvětlena na příkladu jeho provedení pomocí připojeného výkresu, na němž je znázorněno blokové schéma zapojení obvodu pro měření změn kmitočtu a digitálním výstupem. Zapojení je vytvořeno z prvního hradla 2 pro vytvoření logického součinu, jehož první vstup 1 je určen pro přívod měřené změny kmitočtu. Druhý vstup 3 prvního hradla 2 je připojen k prvnímu výstupu 4.1 řídicího obvodu 4. Výstup prvního hradla 2 je připojen jednak ke vstupu čítaných impulzů prvního jednosměrného čítače jednak ke druhému vstupu hradla J pro vytvoření logického součtu, jehož výstup je spojen se vstupem čítaných impulzů druhého jednosměrného čítače 7 a jehož první vstup je spojen ee čtvrtým výstupem 4.4 řídicího obvodu 4. Druhý výstup 4.2 řídicího obvodu 4 je spojen se druhýmBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is further explained by way of example with reference to the accompanying drawing, in which a block diagram of a circuit for measuring frequency changes and a digital output is shown. The circuit is formed from a first gate 2 to form a logic product, the first input 1 of which is intended to supply a measured frequency change. The second input 3 of the first gate 2 is connected to the first output 4.1 of the control circuit 4. The output of the first gate 2 is connected both to the count pulse input of the first unidirectional counter and to the second gate input J to form a logical sum. the first input is connected to the fourth output 4.4 of the control circuit 4. The second output 4.2 of the control circuit 4 is connected to the second

20S 651 vstupem třetího hradla 8 pro vytvoření logického součinu. Třetí výstup £.£ řídicího obvodu £ je spojen se druhým vstupem druhého hradla 6 pro vytvoření logického součinu. Pátý výstup £»2 řídicího obvodu £ je spojen se vstupem pro nulování prvního jednosměrného čítačejj, jehož výstup je spojen s prvním vstupem druhého hradla £, Výstup tohoto druhého hradla 6 je spojen se vstupem pro nastavení druhého jednosměrného čítače 2» jehož výstup je spojen s prvním vstupem třetího hradla 8 pro vytvoření logického součinu. Výstup třetího hradla 8 je zároveň digitálním výstupem 10 úplného obvodu pro měření změn kmitočtu.20S 651 through the input of the third gate 8 to form a logical product. The third output 64 of the control circuit 6 is connected to the second input of the second gate 6 to form a logic product. The fifth output 6 of the control circuit 6 is connected to an input for resetting the first unidirectional counter whose output is connected to the first input of the second gate 6, the output of this second gate 6 is connected to the input for setting the second unidirectional counter 2 by the first input of the third gate 8 to form a logical product. The output of the third gate 8 is at the same time the digital output 10 of the complete frequency change measuring circuit.

Činnost obvodu pro měření změn kmitočtu s digitálním výstupem, souhlasně s vynálezem, je následující: kmitočet přivedený na první vstup £ prvního hradla J2 pro vytvoření logiokého součinu je po dobu trvání prvního impulzu z řídicího obvodu £, po niž je otevřeno první hradlo 2, čítán prvním jednosměrným čítačem 2 a druhým jednosměrným čítačem J, v němž je tím vytvořen rozdíl proti kmitočtu změřenému v předchozím měřicím oyklu, který je s příchodem druhého impulzu z řídicího obvodu £, otevírajícího třetí hradlo J3 pro vytvoření logického součinu, přiveden na digitální výstup 10 úplného zapojení. Následující třetí impulz z řídioího obvodu £ otevírá druhé hradlo 6, čímž se spojí negované výstupy prvního jednosměrného čítače 2 ^se vstupy pro nastavení druhého jednosměrného čítače 2· Tím je obsah druhého jednosměrného čítače 2 nastaven na jedničkový komplement obsahu prvního jednosměrného čítače 2· Čtvrtý impulz z řídioího obvodu £ pak prostřednictvím hradla pro vytvoření logického součtu zvýěí obsah druhého jednosměrného čítače 2 o jednotku, takže dosavadní jednotkový komplement je změněn na dvojkový. Poslední, pátý impulz z řídioího obvodu £ pak vynuluje první jednosměrný čítač 2· Celý popsaný cyklus se periodicky opakuje.. - Kapacita jednosměrných čítačů 5, 2 není v podstatě nijak omezena. Získání dvojkového komplementu k obsahu prvního jednosměrného čítače 2 pomocí třetího a čtvrtého impulzu z řídicího obvodu £ lze nahradit i jiným vhodným způsobem.The operation of the digital output frequency measuring circuit according to the invention is as follows: the frequency applied to the first input 6 of the first gate 12 to form the logic product is counted for the duration of the first pulse from the control circuit 6 after which the first gate 2 is opened. a first unidirectional counter 2 and a second unidirectional counter J, whereby this creates a difference from the frequency measured in the previous measuring loop, which, with the arrival of a second pulse from the control circuit 6 opening the third logic gate 13, is applied to the digital output 10 connection. The following third pulse from the control circuit 6 opens the second gate 6, thereby connecting the negated outputs of the first unidirectional counter 2 ^{to the} inputs for setting the second unidirectional counter 2. Thus, the content of the second unidirectional counter 2 is set to one complement of the contents of the first unidirectional counter 2. The control circuit 8 then increases the content of the second unidirectional counter 2 by one by means of a logic sum gate, so that the existing unit complement is changed to two. The last, fifth pulse from the control circuit 8 then resets the first unidirectional counter 2. The entire cycle described is repeated periodically. Obtaining a binary complement to the contents of the first unidirectional counter 2 by means of the third and fourth pulses from the control circuit 6 can also be replaced by another suitable method.

Zapojení podle vynálezu je výhodně použitelné ve všech případech, kdy je za danýoh okolností účelné a výhodné převádět měřenou fyzikální veličinu na kmitočet resp. kdy je potřeba generování přírůstků fyzikální veličiny buá z důvodu úsporného ukládání časové závislosti této fyzikální veličiny do paměti nebo z důvodu měření velikosti případně znaménka první derivace a třeba dalších derivací apod.The circuitry according to the invention is advantageously applicable in all cases where it is expedient and advantageous in a given circumstances to convert the measured physical quantity to a frequency or to a frequency. when it is necessary to generate increments of physical quantity either because of economical storage of time dependence of this physical quantity into memory or because of measurement of size or sign of first derivative and possibly other derivatives etc.

Claims

Circuit for measuring frequency changes with digital output, usable wherever it is necessary to generate increments of any physical variable convertible to frequency, characterized by that it is made of a first gate (2) to create a logic product, whose first input (1) is intended for supplying the measured frequency change, the second input (3) of the first logic product (2) is connected to the first output (4.1) of the control circuit (4), the output of the first logic product gate (2) is connected to the input

205 651 counts of the first unidirectional counter (5) and second gate input (9) to create a logical sum whose output is connected to the counted pulse input of the second unidirectional counter (7) and whose first input is connected to the fourth output (4.4) control circuit (4), the second control circuit output (4.2) is connected to the second input of the third gate (8) to form a logic product, the third output (4.3) of the control circuit (4) is connected to the second input of the second gate (6) to form logic product, the fifth output (4,5) of the control circuit (4) is connected to an input for resetting the first unidirectional counter (5), the output of which is connected to the first input of the second gate (6) to create a logical product, its output is connected to input for setting the second one-way counter (7), the output of which is connected to the first input of the third gate (8) to the output of the third gate (8) for producing a logical product is also a digital output (10) of the complete circuit for measuring changes in frequency.