DE3219283C2 - Mittelwert-Frequenzmesser - Google Patents

Abstract

In einem Durchschnittsfrequenz-Meßgerät werden Hilfs-Ausblendsignale in mit entweder Eingangssignalen oder Taktsignalen synchronisierte Ausblendsignale umgewandelt, die ein erstes und zweites Gatter öffnen. Die das erste und zweite Gatter durchlaufenden Eingangssignale und Taktsignale werden von einem ersten und zweiten Zähler gezählt. Die Frequenz der Eingangssignale wird aus den Zählwerten des ersten und zweiten Zählers für mehrfaches Auftreten des synchronisierten Ausblendsignals berechnet. Mit einem dritten Zähler wird die Anzahl der synchronisierten Ausblendsignale gezählt, und eine minimale Zählzeit wird aus den Zählwerten des dritten und zweiten Zählers und der eingestellten Meßgenauigkeit berechnet. Wenn anhand des Zählerstands des zweiten oder dritten Zählers hervorgeht, daß die tatsächliche Zählzeit überschritten ist, wird die Messung angehalten, wodurch Meßergebnisse erzielt werden, deren Genauigkeit über der eingestellten Meßgenauigkeit liegt.

Description

yV IV — χ — 1

T R)

*-T

RJ

fox T

X-J

berechnet, und feststellt, ob das Produkt der Anzahl Γ von Taktsignalen und ίο den Wert

/V

40

berechnet und feststellt, ob die Anzahl (N) der Meß-Intervalle den Wert

50

überschreitet.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Minimum-Zählzeit-Rechner den Wert T²R² berechnet und feststellt, ob die Anzahl N den Wert T²R ² überschreitet.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Minimum-Zählzeit-Rechner den Ausdruck

60

ta x T R^:

überschreitet.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimum-Zählzeit-Rechner durch einen Mikrocomputer gebildet wird.

6. Gerät nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, das der Mikrocomputer außerdem als Recheneinrichtung zum Berechnen der mittleren Frequenz dient.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (15, 26) eine Gatterschaltung (15) aufweist, die zwischen einen Hilfs-Meßintervallgenerator (14) und den Meßintervallgenerator (16) geschaltet ist und gesteuert wird durch das Zählende-Signal, und daß die Gatterschaltung geöffnet ist vom Beginn der Messung bis zu dem Zählende-Signal.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zufallssignalgenerator (19) vorgesehen ist zum Erzeugen eines Zufallsignals, dessen Pegel auf Zufallsbasis variiert, und daß ein Phasenmodulator (42,39; 34 bis 37) vorgesehen ist zum Modulieren der Phase des Eingangsoder Ti.ktsignals mit dem von dem Zufallssignalgenerator (19) abgegebenen Zufallssignal.

9. Gerät nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator aus einer Refcrenzsignalquelle (17), einem spannungsgesteuerten Oszillator (35), einem Phasenvergleicher (34) zum Vergleichen der Phasen des Ausgangssignals des spannungsgesteuerten Oszillators (35) und des Referenzsignals, und einem Addierer (37) besteht, an den das verglichene Ausgangssignal von dem Phasenvergleicher (34) sowie das von dem Zufallssignalgenerator (19) abgegebene Zufallssignal gelangen und der diese Signale addiert, um das Additions-Ausgangssignal als Steuersignal an den spannungsgcsteuertcn Oszillator (35) zu geben.

10. Gerät nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators (35) als Taktsignal verwendet wird.

11. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzwandler (36) vorgesehen ist zum Umwandeln der Frequenz des Eingangssignals mit dem Ausgangssignal des spannungsgestcuerten Oszillators (35), und daß das frequenzgewandeltc Ausgangssignal an den Eingangssignalzähler gegeben wird.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzmultiplizierer (68) vorgesehen ist zum frequenzmäßigen Multiplizieren des Referenzsignals, um das Taktsignal zu erhalten.

13. Gerät nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator aus einer dem Eingangssignalzähler in Reihe vorgeschalteten veränderbaren Verzögerungseinrichtung (42) und einer Abtast- und Halteschaltung (39) zum Abtasten und Halten des von dem Zufallssignalgcnerator (19) aus einem Hilfs-Meßintervallsignal gebildeten Zufallssignals besteht, wobei die Verzögerung der veränderbaren Verzögerungseinrichtung (42) gesteuert wird durch das Ausgangssignal der Ablast- und I laltcschaltung(39).

14. Gerät nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfs-Meßintervallsignal von einer veränderbaren Verzögerungseinrichtung (44) verzögert wird, daß ein als Steuereinrichtung dienendes ΓΊίρ-flop (63) von dem Ausgangssignal der vcriinderba-

rc η Verzögerungseinrichtung (44) eingestellt wird, daß das Ausgangssignal des Flipflops (63) an den Meßintervallgeneraior (16) gegeben wird, daß nach jedem Zählen eines eingestellten Wertes L durch den Taktzähler (22) dieser und das Flipflop (63) zurückgesetzt werden, daß der Minimum-Zählzeit-Rcdincrden Ausdruck

\T

n)

aus dem eingestellten Wert L und der eingestellten Meßgenauigkeit R berechnet und feststellt, ob der Zählwert N'des Meßintervallzählers den Ausdruck

überschreitet, und daß die Recheneinrichtung den Ausdruck

NxLx to

berechnet, wobei der Wert L änderbar ist.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 8 oder 15. dadurch gekennzeichnet, daß der MeßintervallgeneniKir ein llipflop (16) ist zum Eingeben eines von einem Hilfs-Meßiniervallgcnerator abgegebenen Hills-Meßintervallsignais aufgrund des Eingangssignals oder des Taktsignal, um ein synchronisiertes Meßintervallsignal abzugeben.

Ib. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsintervaligenerator ein Demodulator (14) ist, der als Burst-Signal vorliegende liingangssignale amplitudenmoduliert.

17. Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs-Meßintervallgenerator eine Verzögerungseinrichtung (32) aufweist zum Verzögern des Ausgangssignals des Demodulators (14), und daß ein UND-Glied (33) vorgesehen ist zum UND-Verknüpfen des Ausgangssignals der Verzögerungseinrichtung (32) und des Ausgangssignals des Demodulators (14).

IS. Gerat nach einem der Ansprüche 7 bis 15. dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs-Meßintervallgenerator ein Impulsgenerator (62) ist zum Erzeugen eines I lil-^rs-Meßintervallsignals durch ein ZeitstL-iiersignal.

19. Gerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (62) eine Einrichtung aufweist zum Einstellen der Position wenigstens der Vorder- oder Rückflanke des von dem Impulsgenerator abgegebenen Hilfs-Meßintervallsignals.

20. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtast- und Halteschaltung (39) vorgesehen ist zum Abtasten und Halten des Zufallsignals durch das Hilfs-Meßintervallsignal und zum Abgeben des abgetasteten Ausgangssigiuils an den Addierer (37).

?l. Gcräi nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Frequenzteiler (36) vorgesehen ist zum I-Ycquenzteilen des Ausgangssignals des spiinriungsgeslcucrien Oszillators (35) und zum Abgehen des Irequenzgeteilten Ausgangssignals an den Phasenvcrgleicher (34).

Die Erfindung geht aus von einem Miuelwcrtl-requenzmesser gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 41 50 432 ist ein Mittelwert-Frequenzmesser dieser Art bekannt. Entweder ein externer 5 oder ein interner Taktgeber triggert den Meßintervallgenerator, der dann die Meßintervallsignale abgibt. Die Meßintervallsignal öffnen ein UND-Gatter, so daß dieses die zu zählenden F.ingangssignale zu dem Eingangssignalzähler hindurchläßt. Der Meßintervallzähler zählt

ίο die Anzahl der Meßintervallsignale. Auf diese Weise werden in mehreren Meßintervallen jeweils mehrere Eingangssignale gezählt. Die Zeitmeßeinrichtung ermittelt die Gesamtmeßzeit, indem die Summe aus den einzelnen Meßintervallzeiten gebildet wird. Unter Heranziehung der Anzahl der insgesamt gezählten Eingangssignple wird dann die mittlere Frequenz bestimmt. Bei diesem bekannten Frequenzmesser wird davon ausgegangen, daß die Meßintervallsignale mit einem systematischen Fehler behaftet sind. Deshalb besitzt der bekannte Frequenzmesser eine Zeitintervall-Meßschaltung für die Meßintervallsignale, so daß auf der Grundlage der von dieser Schaltung vorgenommenen Messungen eine Korrektur des systematischen Fehlers möglich ist.

Derartige Frequenzmesser können für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden. Je nach Verwendungszweck wird eine relativ niedrige oder eine relativ hohe Genauigkeit der Messung gefordert. Aus dem Stand der Technik sind zwar bereits verschiedene Maßnahmen bekannt geworden, wie man die Meßgenauigkeit der hier in Rede stehenden Frequenzmesser erhöhen kann, jedoch wurde bisher noch kein Gerät zur Verfügung gestellt, bei dem die Meßgenauigkeit wählbar ist.

Die Erfindung zieht in erster Linie in Betracht, daß für einige Anwendungsfälle eine hohe Meßgenauigkeit erwünscht ist, während bei anderen Anwendungs-fällen eine relativ niedrige Meßgenauigkeit ausreicht. 1st nur eine relativ niedrige Meßgenauigkeit erforderlich, so läßt sich die Gesamtmeßzeit entsprechend verkürzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mittelwert-Frequenzmesser der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß der Benutzer die Möglichkeit hat. die gewünschte Meßgenauigkeit vorzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung verwertet die Erkenntnis, daß die Meßgenauigkeit mit der Gesamtdauer der Meßzeit in Zusammenhang steht. Bei dem erfindungsgemäßen Frequenzmesser wird dieser Zusammenhang dahingehend ausgenutzt, daß eine Minimum-Zählzeit berechnet wird und die Messung dann durch ein Zählende-Signal abgeschlossen wird, wenn die eingestellte Meßgenauigkeit gewährleistet ist.

Aus dem im Hewteit-Packard-journal 1974. Juni, S. 2 — 8 erschienenen Aufsatz »A New Generation in Frequency and Time Measurements« ist es bekannt, zur Verbesserung der Meßgenauigkeiten und zur Vermeidung von Fehlern aufgrund von Gatterlaufzeiten die

fto Taktsignale mit Rauschsignalen zu modulieren. Die Rauschsignale variieren die Gattersignale auf Zufallsbasis, so daß systematische Fehler eliminiert werden. Allerdings konnte dieser Druckschrift kein Hinweis auf dis: erfir^r|üngsgeniäße Maßnahme entnommen weiden, in

to spezieller Weise eine Einstellung der Meltgenauigkeit bei einem Frequenzmesser vornehmen zu können. Aus dem Prospekt der Firma Schneider Elccironique »er 300«. 1973. ist es bekannt, auf automatischem Wege eine

Gatterlaufzeitanpassung vorzunehmen. Eine (willkürliche) Einstellung der Meßgenauigkeit ist hierbei nicht möglich.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

F i g. 1 ein Blockdiagramm eines Mittelwert-Frequenzmessers, wie es aus dem Stand der Technik ableitbar ist,

F i g. 2 ein Impulsdiagramm zur Vrranschaulichung der Betriebsweise des in F i g. 1 dargestellten Geräts,

F i g. 3 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Geräts nach der Erfindung.

Fig. 4a bis 4k Impulsdiagramme zur Veranschaulichung der Betriebsweise des in F i g. 3 dargestellten Geräts.

F i g. 5 ein Blockuiagrarnrn einer modifizierten Ausführungsform des in F i g. 3 dargestellten Geräts, wobei eine Steuerschaltung und ein Rechner durch einen Mikrocomputer realisiert sind,

F i g. 6 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise des in F i g. 5 dargestellten Microcomputers.

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Mittelwert-Frequenzmessers, bei dem die Phase eines Eingangssignals auf Zufallsbasis variiert wird,

Fig. 8 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Frequenzmessers nach der Erfindung,

Fig. 9 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Geräts, welches derart ausgebildet ist. daß die Position eines synchronisierten Meßintervallsignals variabel ist,

Fig. 10a bis 101 Impulsdiagramme zur Veranschaulichung der Betriebsweise des in F i g. 9 dargestellten Geräts.

Fig. 11 ein Blockdigramm einer anderen Ausführungsform eines Hilfs-Meßintervallsignal-Generators,

Fig. 12 ein Blockdiagramm eines Meßintervallsignal-Generators zum Umwandeln des Hilfs-Signals in ein mit dem Eingangssignal synchronisiertes Meßintervallsignal.

Fig. 13 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsforrn der Erfindung.

Fig. 14 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Geräts, bei dem die Phase des Eingangssignals auf Zufallsbasis variiert wird, und

Fig. 15 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer bezüglich der Ausführungsform gemäß Fig. 14 abgewandelten Ausführungsform.

Um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, soll zunächst unter Bezugnahme auf F i g. 1 ein herkömmlicher Mittelwert-Frequenzmesser beschrieben werden. Ein von einem Eingangsanschluß 11 kommendes Eingangssignal gelangt an eine Gatterschaltung 12. dessen Ausgangssignal von einem Zähler

13 ausgezählt wird. Wenn es sich bei dem Eingangssignal um eine impuismodulierte Welle handelt, wie sie in F i g. 2A gezeigt ist. also um ein sogenanntes Burst-Signal, dessen Trägerfrequenz zu messen ist, so erfolgt die Frequenzmessung lediglich während der Dauer jedes Bursts, und hierzu wird ein im folgenden auch als Hilfs-Ausblendsignal bezeichnetes Meßintervallsignal erzeug!, um die Zähldaucr grob zu bestimmen. Das Signal vom Eingangsanschluß 11 wird zu einem Demodulator

14 verzweigt, und das hüllkurven-demodulierte Ausgangssignal (Fig. 2B) wird als Hilfs-Ausblendsignal über eine Gatterschaltung 15 an einen Ausblendsignalgenerator (Meßintervallgenerator) 16 gegeben. Der Ausblendsignalgenerator 16 liefert ein mit einem Taklsignal synchronisiertes Ausblendsignal. Der Aushlendsignalgenerator 16 besteht beispielsweise aus einem D-Flipflop, welches an seinem Dateneingang D d;is Ausgangssignal der Gatterschaltung 15 empfangt. An einen Takteingang c^des Flipflops 16 wird ein Taktsignal gelegt, dessen Phase auf Zufallsbasis variieri. Das Taktsignal vom Anschluß 17 gelangt an einen Phasenmodulator 18. wo es von einem durch einen Zulallssignalgcncrator 19 erzeugten Zufallssignal moduliert wird, und das modulierte Taktsignal wird an den Takteingang ck des Flipflops 16 gegeben.

Demzufolge wird das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flipflops 16 ein synchronisiertes Ausblenclsignal, welches gleichzeitig mit den Taktsignalen am Ausgang des Phasenmodulators 18 ansteigt und abfällt (F i g. 2C) und eine Dauer aufweist, die derjenigen des impulsmodulierten Signals des Eingangssignals entspricht. Dieses synchronisierte Ausblendsignal hat den in Fig. 2D gezeigten Verlauf, und es wird an die Gatterschallungen 12 und 21 gelegt, um diese zu steuern. An die Gatterschaltung 21 gelangt das Taktsignal von dem Phasenmodulator 18. Das Ausgangssignal der Schaltung 21 wird in einem Zähler 22 ausgezählt. An einem Anschluß 25 wird eine Meßzeit eingestellt, die von einer Steuerschaltung 26 mit dem Zählerstand des Zählers 22 verglichen wird, und im Falle der Übereinstimmung erzeugt die Steuerschaltung 26 das in Fig. 2F dargestellte Steuersignal, welches das Gatter 15 schließt.

Auf diese Weise wird das synchronisierte Cjattcr- oder Ausblendsignal von dem Ausblendsignalgcncrator 16 wiederholt bei jedem Auftreten des Ausblendsignals erzeugt, die Gatter 12 und 21 werden geöffnet, und das Eingangssignal sowie das Taktsignal, die durch die Gatter laufen, werden von den Zählern 13 beziehungsweise 22 gezählt. Durch Berechnen des Wertes F/Taus deren Zählerständen Fund Terhält man eine gemessene Frequenz. Ein Verfahren zum Erhöhen der Meßgenauigkeit durch Steuern der Gatterschaltungen 12 und 21 zwecks Öffnen und Schließen durch die Verwendung eines mit einem Taktsignal und einem Eingangssignal synchronisierten Ausblendsignals ist in der US-PS 36 09 326 beschrieben.

Bei dem Durchschnittsfrequcnz-Mcßgerät gemäß F i g. 1 bedeutet in F i g. 2 r die Breite der synchronisierten Ausblendsignale des Ausblendsignalgenerators 16, N bedeutet die Anzahl der in einer Zeitdauer Tg auftretenden synchronisierten Ausblendsignale, wobei 7™tr die Zeitdauer ist, während welcher die Zähler 13 und 22 im Zählbetrieb arbeiten. Die Meßgenauigkeit beträgt

/ YN '

T"
Da A/den Wert -^- hat. wird die Meßgenauigkcii

YT- Tg

Das bedeutet: Je größer die Zahl /Vder synchronisierten Ausblendsignale ist, desto langer dauert die Zählpcriodc und desto höher wird die Meßgenauigkeit. Weiterhin b-3 verbessert sich die Meßgenauigkeit mit einem Ansteigen der Breite r des synchronisierten Ausblendsignals. Die Dimension der Meßgenauigkeit ist Hz, und je geringer sie ist, desto höher ist die Genauigkeit.

Die Hreile r des synchronisierten Ausblendsignals scliwankl mit der Impulsbreite des Eingangssignals, und clcm/ul'olgc ändert sich die Meßgenauigkeit mit der Impulsbreite des Hingangssignals. Wenn daher einmal die geforderte Meßgenauigkeit R (Hz) festgelegt ist. so ist es notwendig, die Zählperiode 7^^rgrößer zu wählen als

IO

Um die Meßgenauigkeit unabhängig von der Änderung der Impulsbreite rdes Eingangssignals unverändert zu lassen, muß die Zähldauer Tg auf der Grundlage der liTipuKbreite bestimmt werden. Da jedoch die Impulsbreite r nicht bekannt ist, kann die Zählperiode TC nicht bestimmt werden. Daher kann die Messung nicht stets mit derselben Meßgenauigkeit durchgeführt werden.

Als nächstes soll unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine Ausfülirungsform des erfindungsgemäßen Durchschnitisfrequenz-Meßgeräts beschrieben werden. In F i g. j sind entsprechende Teile wie in F i g. 1 mit denselben Uezugszeichen bezeichnet. Die bereits erläuterten Bestandteile der Anordnung sollen hier nicht nochmals erläutert werden. Krfindungsgemäß ist ein Zähler 27 vorgesehen, durch den die Anzahl N der synchronisierten Ausblendsignal des Ausblendsignalgenerators 16 gc/;ihlt werden. Die Zählerstände der Zähler 13, 22 und 27 gelangen an einen Rechner 28, in den die am Anschluß 29 eingestellte Meßgenauigkeit R eingegeben wird. Der Rechner 28 berechnet eine erforderliche Zähldauer auf der Grundlage der Zählerstände der Zähler 22 und 27 sowie der am Anschluß 29 eingestellten Genauigkeit. Durch Teilen des Zähiwerts T des Zählers 22 durch den Zählerstand Λ/des Zählers 27 wird die mittlerc Impulsbreite rdes synchronisierten Ausblendsignals erhallen, und auf der Grundlage der mittleren Impulsbreite r sowie der am Anschluß 29 eingestellten Meßge-

nauigkeil R wird— (— ) berechnet. Es wird die Zähl-

1 \R )

dauer Fg mit einem größeren Wert als den berechneten Wert bestimmt und an die Steuerschaltung 26 gegeben. Wenn die Gesamtzähldauer diesen Wert übersteigt, das heißt, wenn der Zählwcrt des Zählers 22 den Wert Tg überschreitet, wird die Gatterschaltung 15 geschlossen. Nach dem Schließen der Gatterschaltung 15 wird F/T aus den Zählerständen Fund Tder Zähler 13 und 22 berechnet, und die gemessene Frequenz wird auf der Anzeigevorrichtung 31 angezeigt. Genau gesagt, handelt es sich bei dem Wert der Impulsbreite rum einen durch Multiplikation von T/N mit der Zeitdauer ίο des Taktsignals erhaltenen Wert. Wenn T/N verwendet wird, kann eine erforderliche Zähldauer ermittelt werden durch den Vergleich von Tg mit dem Zählerstand des Zählers 22. "

Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist so ausgelegt, daß die Phasen des zu messenden Eingangssignals und des synchronisierten Ausblendsignals für jede Messung, das heißt, nach jedem Auftreten des Ausblendsignals, relativ zueinander variiert werden. Daher wird bei die- ho ser Ausführungsform das demodulierte Ausgangssignal des Demodulators 14 an ein UND-Glied 33 direkt und über eine Verzögerungsschaltung 32 gelegt. Folglich gibt der Demodulator 14 bei einem impulsmodulierten Eingangssignal gemäß Fig.4A ein demoduliertes Ausgangssignal ab, wie es in Fig. 4B gezeigt ist. Dieses Ausgangssignal wird von der Verzögerungsschaltung32 um eine Zeit J, verzögert und an das UND-Glied 33 gegeben. Demzufolge wird am Ausgang des UND-Glieds 33 ein Hills-Ausblendsignal abgeleitet, welches eine Zeit At nach dem Ausgangssignal des Demodulators 14 ansteigt, jedoch synchron damit abfällt, wie in F i g. 4C dargestellt ist. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 33 gelangt an die Gatterschaltung 15.

Andererseits gelangi _t..1 s Bczugssignal am Anschluß 17 an einem Phasenvergleicher 34, in dem das Ausgangssignal eines Frequenzteilers 36, der das Ausgangssignal eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) 35 auf MM herunterteilt, in der Phase mit dem Referenzsignal verglichen und das Phasenvergleichs-Ausgangssignal wird auf einen Analogaddierer 37 gegeben. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 33 gelangt außerdem über eine Verzögerungsschaltung 38 zu Zeitsteuerungszwecken an eine Abtast- und Halteschaltung 39. Kurz nach dem Abfallen des Hilfs-Ausblendsignals des UND-Glieds 33 tastet die Abtast- und Halteschaltung 39 das Zufallssignal des Zufallssignalgenerators 19 ab und hält das Signal, wie es in F i g. 4E dargestellt ist. Das Zufallssignal weist einen sich zufällig ändernden Pegel auf. Der am Ende jedes Hilfs-Ausblendsignals abgetastete und gehaltene Wert unterliegt zufällig Schwankungen, wie es in F i g. 4F gezeigt ist, und es wird auf den Analogaddierer 37 gegeben. Mit anderen Worten: Der VCO 35, der Frequenzteiler 36, der Phasenvergleicher 34 und der Analogaddierer 37 bilden eine phasenstarre Schleifenschaltung (PLL-Schaltung) 41. Das Ausgangssignal des VCO 35 wird mit der Stabilität des Referenzsignals am Anschluß 17 stabilisiert, und man erhält von dem VCO ein Taktsignal mit einer Frequenz, die /W-mal so groß ist wie die des Referenzsignals. Die Phase des VCO 35 wird für jedes Ausblendsignal von einem Zufallssignal ähnlich dem in Fig.4F gezeigten, welches an den Analogaddierer 37 gelegt wird, variiert, und die Phase wird gehalten, bis sie anschließend geändert wird. Das Ausgangssignal des VCO 35 gelangt als Taktsignal an den Taktanschluß ck des Flipflops 16 und an die Gatterschaltung 21.

Das Eingangssignal vom Anschluß 11 gelangt über eine Verzögerungsschaltung 42 an die Gatterschaltung 12. Die Verzögerung der Verzögerungsschaltung 42 ist derart gewählt, daß das synchronisierte Ausblendsignal (Fig.4H) stets innnerhalb der Dauer der impulsmodulierten Welle (Fig.4D) der Vcrzögcrungsschaltung 42 auftreten kann, und zwar unabhängig von der Phasenschwankung des Zufallssignalgenerators 19. Durch das synchronisierte Ausblendsignal werden die Gatterschaltungen 12 und 21 gesteuert und ihre Ausgangssignale (Fi g. 4J und 41) werden von den Zählern 13 beziehungsweise 22 gezählt. In diesem Fall erzeugt der Ausblendsignalgenerator 16 das synchronisierte Ausblendsignal mit einer Breite, die einem exakten ganzzeiligen Vielfachen der Periodendauer des Taktsignals entspricht, und von diesem synchronisierten Ausblendsignal werden die Gatterschaltungen 12 und 21 gesteuert. Aus den Zählerständen N und Γ der Zähler 27 und 22, die erhalten werden, wenn das synchronisierte Ausblendsignal mehrere Male erzeugt wurde, errechnet man -rj = r gemäß der obigen Beschreibung, um dadurch den Wert zu erhalten. Dann wird die Zähldauer Tg derart bestimmt.

daß sie größer als — (— ) sein kann. Alternativ wird die

Gatterschaltung 15 geöffnet, bis der Zählerstand N des Zählers 27 den Wert

ι R J

überschreitet. Dies bedeutet, daß für eine vorbestimmte Meßgenauigkeit R entweder die Zähldauer Tg den Wert von

ι ^[-R I
überschreitet, oder, wenn der Zählerstand Λ/den Wert

J- χ J-V
ι R)

überschreitet, die Steuerschaltung 26 die Gatterschaltung 15 schließt und dadurch die Messung beendet. Es

ist auch möglich, τ = -rj in

1 V

. ι RJ

einzusetzen und die Gatterschaltung 15 zu öffnen, bis der Zählerstand /Vdes Zählers 27 größer wird als T²R ⁷.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 können die Steuerschaltung 26 und der Rechner 28 aus einem Mikroprozessor bestehen. Wie beispielsweise in F i g. 5 gezeigt ist, sind an einen internen Bus 51 eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 52, ein Nur-Lese-Speicher 53, ein Lese/Schreib-Speicher 54, eine Eingabeeinrichtung 55 wie zum Beispiel eine Tastatur, ein Eingabe/ Ausgabe-Port 56 und ein Multiplexer 57 angeschlossen. Zwischen die Eingabeeinrichtung 55 und den Bus 51 ist ein internes Port (nicht dargestellt) eingefügt. Weiterhin ist die Anzeigevorrichtung 31 über ein (nicht dargestelltes) Ausgangsport an den Bus 51 angeschlossen. An den Multiplexer 57 sind die Zähler 13,22 und 27 angeschlossen. Durch Steuern des Multiplexers 57 können die Zählerstände dieser Zähler 13, 22 und 27 in den Mikrocomputer geholt werden. Ein Signal (F i g. 4K) zum Steuern der Gatterschaltung 15 in F i g. 3 kann über das Eingabe/Ausgabe-Port 56 an einen Zwischenspeicher 58 gelangen. Ein Rücksetzsignai kann über eine Leitung 59 gelangen, und das synchronisierte Ausblendsignal (F i g. 4H) kann über eine Leitung 61 in den Mikrocomputer eingegeben werden. Die gewünschte Meßgenauigkeil R wird durch die Eingabeeinrichtung 55 eingestellt, und der Setzwert R wird zur Speicherung in einen Bereich 54a des Speichers 54 eingegeben.

Die CPU 52 liegt sequentiell ein in dem Speicher 53 gespeichertes Programm, interpretiert das Programm und führt es aus, um eine vorbestimmte Verarbeitungsfolge durchzuführen. Das heißt, beim Einschalten des Geräts wird im Schritt Si ein Rücksetzsignal auf die Leitung 59 gegeben, um die Zähler 13,22 und 27 und das Flipflop 16 in Fig. 3 zurückzustellen, wie es in dem Flußdiagramm in Fig.6 gezeigt ist. Im Schritt Si wird der Zwischenspeicher 58 auf einen hohen Pegel »1« eingestellt, und es wird ein Steuersigna! K erzeugt, um das Gatter 15 in F i g. 3 zu öffnen. Im Schnritt 53 werden die Zählwerte Tund /Vder Zähler 22 und 27 gelesen, und

es wird die Berechnung τ = -jj durchgeführt. Im Schritt

54 wird (— J aus dem Ergebnis und dem eingestellten V/ R J

Meßgenauigkeitswert R berechnet. Das Ergebnis der Berechnung wird mit dem Zähl wert N verglichen. Wenn in diesem Fall der letztere Wert geringer ist als der erstere, geht der Ablauf nach Verstreichen einer geeigneten Zeitauer im Schritt Sj zum Schritt S3 zurück.

Wenn der Zählwert Ngrößer ist als ( — ) im Schritt S4,

geht der Betrieb zum Schritt Sb. wo das synchronisierte Ausblendsignal H von der Leitung 61 eingegeben wird, und es wird geprüft, ob das synchronisierte Ausblendsignal auf hohem Pegel bleibt, geht der Betrieb nach Verstreichen einer geeigneten Zeitdauer im Schritt .SV zum Schritt Si zurück. Wenn im Schritt St festgestellt wird, daß das synchronisierte Ausblendsignal niedrigen Pegels erhält, geht der Betrieb zum Schritt Ss zurück, in dem im Zwischenspeicher 58 eine »0« eingestellt wird, und das Steuersignal K für das Gatter 15 erhält niedrigen Pegel, wodurch die Messung beendet wird. Im Schritt S₉ werden die Zählerstände der Zähler 13 und 22

eingegeben, und es wird der Ausdruck {in ist die Zeitdauer des Taktsignals) berechnet, und das Ergebnis wird im Schritt Sio zur Anzeigevorrichtung 31 gebracht. Danach geht der Betrieb nach Verstreichen einer geeigneten Zeitdauer im Schritt Sn zum Schritt Si zurück, wodurch die Messung erneut begonnen wird.

Um die Phasen des Eingangssignals und des synehronisierten Ausblendsignals relativ zueinander nach jedem Auftreten des Ausblendsignals zu ändern, kann auch beispielsweise die Phase des Eingangssignals geändert werden. Das heißt: Wie in F i g. 7 skizziert ist. ist die Verzögerungsschaltung 42 als veränderbare Ver/.ögerungsschaltung oder als Kettenschaltung mit beispielsweise einer Spule und einem Varaktor ausgebildet, und die Steuerspannung des Varaktors wird durch das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 39 bestimmt. In diesem Fall ist der Addierer 37 der PLL-Schaltung 41 in F i g. 3 fortgelassen. Gemäß den I" i g. 3 und 7 wird das Signal am Eingangsanschluß 7 crfal.li und an den Ausblendsignalgenerator 16 geliefert, wenn jedoch ein bestimmtes Signal zu messen ist, so kann es vorkommen, daß von dieser Signalquelle ein mil dem Burst-Signal synchronisiertes Zeitsteucrsignal erzeugt wird. In einem solchen Fall ist es möglich, die in Fig.8 skizzierte Schaltung zu verwenden, bei der das Zeilsteuersignal von einem Anschluß 43 an einen Hilfs-Ausblendsignalgenerator62 geliefert wird, und das von lctzterem abgegebene Hilfs-Ausblendsignal gelangt an das Gatter 15. Gleichzeitig gelangt über die Verzögerungsschaltung 38 das Hilfs-Ausblendsignai an die Abtasi- und Halteschaltung 39. Der Hilfs-Ausblendsignalgenerator 62 besteht beispielsweise aus einer Kaskadcn-Schaltung von Monoflops 62a und 62i>. Durch geeignetes Auswählen der Impulsbreite der Ausgangssignalc der Monoflops 62a und 62b zum Einstellen der Vorder- und Rückflanken des Hilfs-Ausblendsignals ist es möglich, ein Hilfs-Ausblendsignal zu erhalten, welches einer geeigneten Position des Burst-Signals entspricht. Es ist außerdem möglich, eine solche Schaltung zu verwenden, bei der ein Eingangssignal einer kontinuierlichen Welle an den Eingangsanschluß 11 gelangt und Impulse einer geeigneten Frequenz an den Anschluß 43 gegeben werden, um dadurch die Durchschnittsfrequenz der kontinuierlichen Signalfälle zu messen.

Alternativ gelangt das Hilfs-Ausblendsignal von dem UND-Glied 33 über eine veränderbare Verzögerungsschaltung 44 an den Sei/.anschluß Seines flankc-ngestcu-

b5 erten Flipflops 43, wie es in F i g. 9 gezeigt ist. Wie aus Fig. 1OM hervorgeht, steigt das Signal nach dem Anstieg des Ausgangssignals des Demodulators 14 (F i g. 10B) an. und zwar verzögert um eine Zeit 1 2, die

durch die Verzögerungsschaltung 44 bewirkt wird, das Signal ist das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 44. Durch den Anstieg dieses verzögerten Signals wird das Flipflop 63 gesetzt, und sein Ausgangssignal steigt gemäß F i g. 1OK an, und es wird an den Ausblendsignalgenerator 16 gegeben. Fig. 10A zeigt das Eingangssignal am Eingangsanschluß 11. Der Zähler 22 ist derart ausgebildet, daß er sich jeweils nach dem Zählen eines bestimmten Wertes zurücksetzt und einen Impuls erzeugt, wie er in Fi g. 1OL gezeigt ist. Hierdurch setzt die Steuerschaltung 26 das Flipflop 63 zurück, wie es in Fig. 10K dargestellt ist. Es wird also ein synchronisiertes Ausblendsignal von dem Ausblendsignalgenerator 16 erzeugt, welches der Zeitdauer entspricht, in der das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flipflops 63 auf hohem Pegel bleibt, und die Gatter 12 und 2! werden nur für die Dauer des synchronisierten Ausblendsignals geöffnet. Durch Wiederholen dieser Vorgänge wird r =

— berechnet, und wenn der Zählwert A/des Zählers 27 größer wird als

V / R

sperrt die Steuerschaltung 26 das Flipflop 63, um den Zählvorgang abzuschließen. Auf diese Weise kann die Frequenzmessung in der gewünschten zeitlichen Ablauffolgc und mit einer gewünschten Ausblendsignalbreite erfolgen, indem die Verzögerung der veränderbaren Verzögerungsschaltung 44 ausgewählt wird und der Hinstellwert zum Erzeugen der Impulse vom Zähler 22 justiert wird. Mit anderen Worten: die Anordnung gemäß I i g. 9 führt denselben Arbeitsablauf durch wie die .Schaltung nach F i g. 8, die die Messung unter Verwendung eines gewünschten Hilfs-Ausblendsignals durchführt, das von dem Hilfs-Ausblendsignalgenerator 62 erzeugt wird. Wie oben bereits erläutert wurde, wird der Zähler 22 jeweils nach Zählen eines voreingestellten Wertes zurückgesetzt, und da die Anzahl von Rücksetzvorgängen mit dem Zählwert des Zählers 27 übereinstimmt, kann der Wert von τ dadurch berechnet werden, indem das Produkt des vorbestimmten Einstellwertcs für den Zähler 22 und des Zählerstands des Zählers 27 durch den Rechner 28 gebildet wird, und der Wert von r entspricht dem eingestellten Wert des Zählers 22. Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel die Abtast- und Halteschaltung 37 fortgelassen, und es wird von dem Zufallssignalgenerator 19 ein Zufallssignal direkt an den Addierer 37 gegeben. In diesem Fall variiert die Phase des Taktsignals selbst während des Zählvorgangs bei der Dauer jedes Burst-Signals.

Der durch den Demodulator 14, die Verzögerungsschaltung 32 und das UND-Glied 33 in F i g. 3 gebildete Hilfs-Ausblendsignalgenerator kann auch ersetzt werden durch die in F i g. 11 dargestellte Schaltung. Gemäß Fig. 11 gelangt das Signal am Eingangsanschluß 11 über den Demodulator 14 an einen Rücksetzanschluß eines I'lipflops 45 und außerdem über die Verzögerungsschaltung 32 an einen Demodulator 46. Das demoduliene Ausgangssignal setzt das Flipflop 45, dessen C-Au.sgangssignal an das Gatter 15 gelangt. Die Steuerschaltung 26 kann durch den Mikrocomputer gebildet werden, der auch als Rechner 26 fungiert, wie oben beschrieben wurde. Andererseits kann die Steuerschaltung 26 auch lediglich so ausgebildet sein, daß sie lediglich den durch den Rechner 28 berechneten Wert — χ -y mit dem Zählwert Tdes Zählers 22 vergleicht.

Ferner braucht der Ausblendsignalgenerator 16 nicht speziell für die Erzeugung des synchronisierten Ausblendsignals ausgelegt zu sein, sondern kann derart aufgebaut sein, daß er ein mit dem Eingangssignal synchronisiertes Signal abgibt. Wie zuti Beispiel in F i g. 12 dargestellt ist, gelangt das Hilfs-Ausblendsignal von dem Gatter 15 an den Datenanschluß D des Flipflops des

to Ausblendsignalgenerators 16, ein Eingangssignal von einer Verzögerungsschaltung 42 wird an den Taktanschluß ck dieses Flipflops gegeben, und ein vom Q-Ausgang des Flipflops abgegebenes synchronisiertes Ausblendsignal gelangt an die Gatterschaltungen 12 und 21 sowie den Zähler 27.

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igkeit folgendermaßen stets oberhalb des eingestellten Wertes gehalten werden: Wie aus Fig. 13 hervorgeht, werden vom Ausblendsignaigenerator 16 abgegebene, synchronisierte Ausblendsignale durch den Zähler 27 gezählt, und wenn aus der vom Rechner 28' auf der Grundlage der Zählerstände der Zähler 22 und 27 sowie der am Anschluß 29 eingestellten Genauigkeit erfolgten Berechnung festgestellt wird, daß die tatsächliche Meßgenauigkeit den eingestellten Wert gemäß dem Arbeitsablauf, wie er anhand von F i g. 6 erläutert wurde, überschreitet, wird ein vom Rechner 28' abgegebenes Steuersignal entfernt, um das Gatter 15 zu schließen.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, wird zum Ändern der relativen Phasen des Eingangssignals und des synchronisierten Zufallssignals die Phase des Taktsignals auf Zufallsbasis geändert (Fig. 7), wobei die die durch die das Eingangssignal empfangende Verzögerungsschaltung 42 bewirkte Verzögerung auf Zufallsbasis variiert wird, im Falle der Umwandlung der Frequenz des Eingangssignals jedoch ist es auch möglich, für die Umwandlung die Phase eines lokalen Signals auf Zufallsbasis zu ändern. Wie beispielsweise in Fig. 14 gezeigt ist, in der entsprechende Teile wie in F i g. 3 dieselben Bezugszeichen tragen, gelangt das Eingangssignal vom Eingangsanschluß 11 an einen Frequenzwandler 65, in dem die Frequenz durch das Oszillations-Ausgangssignal des VCO 35, das als lokales Signal verwendet wird, umgesetzt wird. Das frequenzgewandelte Eingangssignal wird von einem Verstärker 66 verstärkt und gelangt dann an den Demodulator 14 und die Verzögerungsschaltung 42. In dem Phasenvergleicher 34 wird das Ausgangssignal des Frequenzteilers 36 in der Phase mit einem von einer Referenzsignalsquelle 67 abgegebenen Referenzsignal verglichen. Das von der Signalquelle 67 abgegebene Referenzsignal wird freqenzmäßig durch einen Frequenzmuhiplizierer 68 um ein /7-faches multipliziert und gelangt dann als Taktsignal an das Flipflop 16 und die Gatterschaltung 21. An den Ausgang des Addierers 37 ist ein Phasenkompensator 69 angeschlossen. Die übrigen Schaltungsteile sowie auch die entsprechenden Arbeitsabläufe sind dieselben wie bei der in F i g. 3 gezeigten Schaltung. Mit einer so aufgebauten Schaltung wird die Schwingungsphase des VCO 35 auf Zufallsbasis bei jedem Auftreten des Burst-Signals variiert, und außerdem wird die Phase des Eingangssignals, das von dem Ausgangssigna! des VCO 35 frequenzgewandelt wurde, auf Zufallsbasis variiert. Das Ausgangs-Taktsignal des Frequenzmultiplizierers 68 weist eine starre Phase auf. Als Referenzsignalgenerator 67 kommt ein leicht erhältliches Bauteil in Frage, das eine Ausgangsfrequenz von beispielsweise 1 oder i0 MHz abgibt, es ist jedoch wünschenswert, daß das Takt-

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signal für die Messung eine höhere Frequenz aufweist Aus diesem Grund ist der Frequcnzmultiplizierer 68 erforderlich. In den Ausführungsformen gemäß den F i g. 3 und 9 jedoch wir i ein Taktsignal mit hoher Frequenz durch die Verwendung des Frequenzmultiplizierers erhalten, der in Form der PLL-Schaltung 21 mit dem Frequenzteiler36 ausgebildet ist

In dem oben beschriebenen Gerät kann auch der Frequenzteiler 36 in der PLL-Schaltung 41 fortgelassen werden, um stattdessen als Phasenvergleicher 34 einen Hochfrequenz-Phasendetektor vorzusehen, der das Ausgangssignal des Oszillators 35 durch das Referenzsignal am Anschluß 17 abtastet. Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 14 und 15 kann ein sogenannter Hochfrequenzmischer als Frequenzwandler 65 eingesetzt werden. Weiterhin kann der Zähler 27 auch die Hilfs-Ausblendsignale zählen, wenngleich gemäß obiger Beschreibung die synchronisierten Ausblendsignale gezählt werden.

Die oben geschilderten Ausführungsformen der Erfindung so ausgelegt, daß die Meßgenauigkeit einen eingestellten Wert überschreiten kann, es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die in F i g. 15 skizzierte Schaltung vorzusehen, bei der entsprechende Teile wie in F i g. 14 dieselben Bezugszeichen tragen. In diesem Beispiel soll der Rechner 71 lediglich den Zählwert Fdes Zählers 13 durch den Zählwert Γ des Zählers 22 teilen. Dasselbe gilt für die in den anderen Figuren dargestellten Schaltungen. Gemäß obiger Beschreibung werden die relativen Phasen von Eingangssignal und synchronisiertem Ausblendsignal auf Zufallsbasis geändert, wenn das Oszillieren jedoch nach jedem Auftreten des Burst-Signals beginnt, wie zum Beispiel die Magnetron-Schwingung eines elektronischen Ofens, hängt die Phase jedes Burst-Signals vom Zufall ab. Folglich besteht bei der Messung des Trägers jedes derartigen Burst-Signals nicht das Erfordernis, erzwungenermaßen die relative Phase jedes Eingangssignals bezüglich des synchronisierten Ausblendsignals auf Zufallsbasis zu verändern, indem ein Zufallssignalgenerator 19 gemäß obiger Beschreibung verwendet wird. In Fig. 3 beispielsweise können der Zufallssignalgenerator 19. der Addierer 37, die Verzögerungsschaltung 38 und die Abtast- und Halteschaltung 39 fortgelassen werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann gemäß der Erfindung die Durchschnittsfrequenz oberhalb einer eingestellten Meßgenauigkeit gemessen werden, und durch Überlagern eines Zufallssignals mit einem Steuersignal für den VCO in der PLL-Schaltung kann die relative Phasenbeziehung zwischen Eingangssignal und synchronisiertem Ausgangssignal auf Zufalisbasis variiert werden. In einem solchen Fall wird das Zufallssignal nach jedem Auftreten des Burst-Signals von der Abtast- und Halteschaltung abgetastet und gehalten, um dann der Steuerspannung des VCO überlagert zu werden, wodurch während des Zählvorgangs eines Zählers die relative Phasenbeziehung zwischen Eingangssignal und Taktsignal konstant gehalten wird, was eine exakte Messung gestattet. Weiterhin kann durch Einstellen der Position und der Breite des synchronisierten Ausblendsignals die Frequenz eines gewünschten Ausschnitts des Burst-Signals gemessen werden.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Mittelwert-Frequenzmesser zum Messen der mittleren Frequenz von jeweils während einer s Gruppe von Meßintervallen auftretenden Eingangssignalen, mit einem Meßintervallgenerator (16), der mit den Eingangssignalen oder mit von einem Taktgeber abgegebenen Taktsignalen synchronisierte Meßintervallsignale abgibt, einem Eingangssignalzähler (13), der die Eingangssignale (J) während der Meßintervalle zählt, einem Meßintervailzähler (27), der die Anzahl (N) der Meßintervallsignale zählt, einer einen Taktzähler (22), der die Anzahl (T) von Taktsignalen während der Meßintervalle einer Gruppe zählt, enthaltenden Zeitmeßeinrichtung (22, 28) zum Ermitteln der Gesamtmeßzeit der Gruppe von Meßintervallen durch Multiplizieren der gezählten Taktsignale mit deren Periodendauer (to), einer Steuereinrichtung, die die Erzeugung von Meßintervallsignalen am Ende einer Messung beendet, und einer Recheneinrichtung (28), die die mittlere Frequenz auf der Grundlage der gezählten Eingangssignale (F) und der gesamten Meßzeit als F/(T - f₀) berechnet, dadurch gekennzeichnet, daß an der Recheneinrichtung (28) eine Meßgenauigkeitseinstellvorrichtung (29) zur Einstellung der gewünschten Meßgenauigkeit (R) vorgesehen ist, daß die Recheneinrichtung einen Minimum-Zählzeit-Rechner enthält und auf der Grundlage der in dem Taktzähler (22) und dem Meßintervallzähler (27) ermittelten Zählwerte (T, N) sowie der eingestellten Meßgenauigkeit (R) die minimal mögliche Zählzeit berechnet und bei deren Ablauf ein die Messung beendendes Zählende-Signal an die Steuereinrichtung gibt, um die Erzeugung von Meßintervallsignalen zu beenden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Minimum-Zählzeit Rechner derart ausgebildet ist, daß er den Ausdruck