DE2502873C2 - Anordnung zur digitalen Messung der Frequenz einer Impulsfolge - Google Patents

Description

'm/n ~

Jmt

verzögert gegenüber dem Beginn der Periodendauer der Meßfolge (FX) beginnt, wobei f_m„ die höchste meßbare Frequenz dieser Impulsfolge (FX)Kt

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der frequenzmultiplizierenden Anordnung (DFM 1, DFM2) und dem Zähleingang des Digitalzählers (PDC) stm Frequenzdividierer (Zugeschaltet ist

Die vorlegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur digitalen Messung der Frequenz einer Impulsfolge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anordnung wird beschrieben in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 23 36 015.

Zur digitalen Drehzahlmessung sind Verfahren bekannt, bei denen eine Impulsfolge erzeugt wird, deren Frequenz der Drehzahl proportional ist Dies erreicht man beispielsweise durch einen Impulsgeber, der mit der Welle, deren Drehzahl zu messen ist, gekuppelt ist und eine bestimmte Anzahl von Impulsen pro Umdrehung erzeugt Die Frequenz wird durch Auszählen der Impulse mittels eines Zählers bestimmt Der im vorwärtszählenden Zähler auflaufende Wert ist ein direktes Maß für die Drehzahl.

Ein solches Verfahren ergibt aufgrund einer quarzgesteuerten Zeitbasis eine hohe Auflösung, Meßgenauigkeit sowie hohe Zeit- und Temperaturstabilität

Um mittels eines solchen Verfahrens eine Auflösung von z. B. 0,1% zu erhalten, müssen 10000 Meßimpulse bei voller Drehzahl gezählt werden. Wenn der Impulsgeber bei dieser Drehzahl 10 kHz gibt, so beträgt die Zählzeit 1 sek.

Für Regelzwecke ist diese Meßgeschwindigkeit ungenügend, da eine Änderung der Meßfrequenz im ungünstigsten Falle erst nach zwei Meßperioden, d. h. nach 2 sek erfaßt wird. Für Regelungen ist es oft wünschenswert, mit einer Zählzeit von nur etwa 20 Millisekunden auszukommen. Eine Drehzahlmessung der eingangs beschriebenen Art muß in diesem Fall ίο durch einen analog arbeitenden Tachogenerator ergänzt werden, wodurch die Messung kompliziert und kostspielig wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Frequenzmessung zu entwickeln, die in ihrem Aufbau einfach ist insbesondere keinen zusätzlich analog arbeitenden Tachogenerator benötigt die aber trotz geringer Meßwertverzögerung (geringe Zählzeit) ein hohes Auflösungsvermögen hat

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung zur Frequenzmessung vorgeschlagen, weiche die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt

Durch die Anordnung nach der Erfindung können Drehzahtaießwerte bei gewünschter hoher Auflösung

sehr schnell gewonnen werden, und zum Aufbau der

Anordnung sind lediglich übliche Standardelemente der Datenverarbeitung erforderlich.

Anhand der Figuren soll die Erfindung an einem Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 das Prinzip der Meßanordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 die Zeitdiagramme einer Anzahl in der Schaltung nach F i g. 1 auftretenden Signale.

Die Anordnung besteht aus einem Zähler PDC, der rückwärts zählen kann und voreinstellbar ist, einem Register RL, zwei digital arbeitenden Frequenzmultiplikatoren DFM \ und DFM 2, die beide einen Anschluß besitzen, über welchen der eine der Faktoren steuerbar

ist die jedoch beide mit einem Grund-Faktor — arbei-

ten, einem Impulsgenerator CLQ einem Impulsformer TP sowie einem Frequenzdividierer D, der mit einem Divisor N arbeitet

Der Impulsgenerator CLC erzeugt eine Impulsfolge FC konstanter Frequenz f_a die dem ersten Frequenz-50' multiplikator DFM \ zugeführt wird, dessen Ausgangssignal, eine Impulsfolge FX mit der Frequenz /i, dem zweiten Frequenzmultiplikator DFM2 zugeführt wird. Das Ausgangssignal von DFM2 besteht aus einer Impulsfolge F2 mit der Frequenz /j, die dem Frequenzdividierer D zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Frequenzdividierers D besteht aus einer Impulsfolge F3 mit der Frequenz /3.

Der Inhalt F des Zählers PDC besteht aus einer binären Zahl oder einer im Binärcode für Dezimalziffern verschlüsselten Zahl (BCD-Zahl) in paralleler Form. Mit jedem Impuls der Impulsfolge F3 nimmt der Inhalt F des Zählers PDC um eine Einheit ab (Rückwärtszählung).

Der Inhalt F des Zählers PDC wird ebenfalls den

beiden Frequenzmultiplikatoren DFM1 und DFM 2 über einen den Multiplikationsfaktor bestimmenden

Eingang sowie dem Register RL zugeführt Dies

bedeutet, daß der Inhalt F des Zählers PDC umgekehrt

proportional mit der Zeit abnimmt, wenn es gilt, daß

r F ,

(D

(2) Impuls »LATCH« an das Register RL liefert, wobei der Inhalt F des Zählers PDC in das Register RL übergeführt wird,

b) wenn der Impuls »LATCH« beendet ist, der Impulsformer TP einen Inipuls »PRESET« an den Zähler PDC liefert, der den Zähler PDC auf den Wert

F -

* max

Jc

.f

Jxn

N N-M²

(3)

voreinstellt, wobei f_xmax die höchste Frequenz der Impulsfolge FX'ist

Der Inhalt Fdes Zählers PDC wird daher um Λ Ein- ^{15 Der} !^{nha!t F}~ ^{des Zählers PDC wird danach} heilen pro Zeiteinheit verringert, was wie folgt aus- während eines Zeitmtervalls gedrückt werden kann:

^lmin ~~p

Jxmax

dF

/3

N-M²

Jc-

(4)

schrieben werden:

t\- ι-»·«· ...... , ■ c , blockiert, gerechnet vom Anfang des jeweiligen

Diese Different.algle.chung kann wie folgt umge- i_mpulses der Impulsfolge FX

Danach beginnt die RückwärtsÄählung des Inhalts F des Zählers PDC und zu Beginn des nächsten Impulses

der Impulsfolge FX der nach der Zeit t_x = —eintrifft,

wiederholt sich der unter a) und b) beschriebene Vorgang.

30 Der Inhalt Fl des Registers RL wird dann unmittelbar Als Lösung der Differentialgleichung ergibt sich: nach jedem Vorgang a)gemäß Gleichung (6)

f('o>

F(t_x) =

fc

NM²

Wird als Randbedingung

F (,₀) - ψ. · JL

fc Ό
gewählt, so erhält man

„,., _ NM² 1

fc

(5)

(6)

NM²

fc

M/²

fc

wobei ¹x=-t- ist f_x ist die Frequenz der unbekannten

Jx

Impulsfolge FX, die dem Impulsformer TP zugeführt wird.

Die Frequenz f_x wird nun dadurch bestimmt, daß, wie aus F i g. 2 hervorgeht,

a) der Impulsformer TP zu Beginn eines jeden Impulses der Impulsfolge FA' einen schmalen d.h. proportional der unbekannten Frequenz f_x der Impulsfolge FX.

Auf den Frequenzdividierer D kann verzichtet werden, da dieser lediglich eine Multiplikation mit

einem Faktor — vornimmt, um die Impulsfolge F₂ dem

Zähler FDCanzupassen.

Wie aus dem Vorhergesagten hervorgeht, erreicht man mittels der Anordnung nach der Erfindung die theoretische untere Zeitgrenze zur Frequenzmessung, welche Grenze von der Periodendauer /» der zu messenden Frequenz f_x bestimmt wird.

In vielen Zusammenhängen, beispielsweise bei physikalisch-medizinischen Frequenzmessungen, bei der Regelung niedriger Drehzahlen, der Geschwindigkeitsmessung nach dem Doppler-Prinzip usw, ist es wichtig, die Frequenz mit dieser Geschwindigkeit messen zu können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur digitalen Messung der Frequenz einer Impulsfolge, bei der einem Digitalzähler, der mit jedem Impuls der unbekannten Impulsfolge auf denselben Maximalzählerstand voreingestellt wird, im rückwärts zählenden Sinne eine Zählfrequenz zugeführt wird, die aus der Ausgangsfrequenz eines Festfrequenz-Oszillators besteht, welche durch eine frequenzmultiplizierende Anordnung mit einem vom jeweiligen Zählerstand abhängigen Faktor multipliziert wird, wobei jeder zum Digitalzähler gelangende Zählimpuls den Inhalt des Digitalzählers um eine bekannte Zahl vermindert und der jeweils am Ende der von der Periodendauer der unbekannten Frequenz bestimmten Zählperiode erreichte Zählerstand in ein Zählerstandsregister übernommen wird, welches den so erhaltenen Frequenzmeßbereich speichert, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzmultiplizierende Anordnung aus zwei in Reihe geschalteten Frequenzmultiplikatoren (DFMl; DFM2) besteht, deren Multiplikationsfaktoren beide dem jeweiligen Zählerstand des Digitalzählers (PDC) proportional sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rückwärtszählvorgang im Digitalzähler (PDC)\im die Zeit