RU1793388C - Способ измерени частоты электрического сигнала и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизме- penv  м и может использоватьс  дл  определен   частоты электрического сигнала с повь шенной точностью в услови х воздействи  помех. Способ заключаетс  в определен /и и запоминании мгновенных значений длительносчей периодов измер емого сигнала в пределах сформированного временного интервала накоплени , определении числа мгновенных значений равных между собой длительностей периодов измер емого электрического сигнала путем последовательного суммировани  и последующего выделени  наибольшей из всех полученных сумм и соответствующих ей длительности периода и частоты, перемещени  сформированной области накоплени  в диапазоне измерени  до момента обнаружени  наибольшей суммы, отслеживани  положени  области накоплени  путем запоминани  положени  наибольшей суммы относительно начала диапазона измерени  и смещени  области накоплени  на величину, соответствующего положению наибольшей суммы внутри области накоплени . Устройство содержит: формирователь входного сигнала, ключ, преобразователь временного интервала в код, формирователь интервала накоплени , двухпороговое оперативное запоминающее устройство, процессор. блок управлени , буферный регистр. 3 ил. со с

Description

зобретение относитс  к электроради- оизмерени м и может использоватьс  дл  определени  частоты электрического сигнала с повышенной точностью в услови х воз- дей( тви  помех.

звестен способ измерени  средней частоты импульсов, заключающийс  в форми- ров жии импульсов нормализованной амп 1итуды из входного сигнала, формировании временного интервала накоплени  (tH), заполнении интервала накоплени  им- пул1сами измер емой частоты (1/Тх), подсчитывании числа импульсов измер емой частоты (N) за интервал накоплени  (гн). рав- ногс N tH/Tx. Этот способ реализован в устройстве, содержащем формирователь входного сигнала, формирователь интервала накоплени , ключ, счетчик, дешифратор и отсчетное устройство.

Основным недостатком известных способа и устройства  вл етс  большое врем  измерени  частоты, обусловленное тем, что фильтраци  помех осуществл етс  за счет осреднени  измер емого сигнала в счетчике , что требует значительного времени, т.к. чем больший уровень помех, чем большее врем  требуетс  дл  осреднени  сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к за вл емому техническому решению  вл етс  способ измерени  частоты электрического сигнала, заключающийс  в определении и запоминании мгновенных значений длительностей периодов измер  е- мого сигнала в пределах сформированного

-ч4 Ю CJ СО СО 00

временного интервала накоплени , определении числа мгновенных значений, равных между собой длительностей периодов измер емого электрического сигнала путем последовательного суммировани  и последующего выделени  наибольшей из всех полученных сумм и соответствующих ей длительности периода и частоты, которые и принимают за результат измерени .

Этот способ реализован в устройстве, содержащем формирователь импульсов, ключ, формирователь интервалов накоплени , преобразователь временного интервала в код, блок управлени , двухпортовое оперативное запоминающее устройство (ДПОЗУ) и блок выбора наибольшего.

Основным недостатком известного способа и устройства  вл етс  большое врем  измерени , обусловленное тем, что поиск наибольшего из сумм производитс  во всем диапазоне измер емых частот в каждом цикле измерени , и чем шире диапазон измер емых частот, тем больше врем  требуетс  дл  поиска наибольшей суммы. Кроме того требуютс  большие аппаратурные затраты , т.к. чем шире диапазон измер емых частот и выше, точность измерени , тем больше требуемое адресное пространство дл  блока выбора наибольшего и соответственно больша  емкость ДПОЗУ.

Цель изобретени  - уменьшение времени измерени  частоты в услови х воздействи  помех на измер емый сигнал.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе, по которому определ ют и запоминают мгновенные значени  длительностей периодов измер емого сигнала в пределах сформированного временного интервала накоплени , определ ют число мгновенных значений равных между собой длительностей периодов измер емого электрического сигнала путем последовательного суммировани  и выдел ют наибольшую из всех полученных сумм и соответствующую ей длительность периода или частоту, производ т формирование области накоплени  меньшей, чем диапазон измер емых частот, и перемещают сформированную область накоплени  по диапазону измерени  до момента обнаружени  наибольшей суммы, отслеживают положе- ние области накоплени  путем запоминани  положени  наибольшей суммы относительно начала диапазона измерени  и смещени  области накоплени  на величину , соответствующую положению наибольшей суммы внутри области накоплени .

Поставленна  цель достигаетс  также и тем, что обнаружение наибольшей суммы в диапазоне измер емых частот производитс  путем последовательного изменени  частоты дискретизации измер емого сигнала, от величины, при которой диапазон измер емых частот размещаетс  в области накоп- лени , до величины, обеспечивающей заданную точность измерени .

Поставленна  цель достигаетс  также и тем, что в известное устройство дл  измерени  частоты электрического сигнала, содер

жащее последовательно соединенные

формирователь входного сигнала, ключ и преобразователь временного интервала в код, состо щий из генератора тактовых импульсов , одновибратора, вход которого  влаетс  входом преобразовател  временного интервала в код, а выход через элемент И соединен со счетным входом счетчика, выход и вход обнулени  которого  вл ютс  соответственно выходом и входом

управлени  преобразовател  временного интервала в код, а также формирователь интервала накоплени , первый выход которого подключен к управл ющему входу ключа , двухпортовое оперативное

запоминающее устройство, процессор, выход которого  вл етс  выходом всего устройства , а также блок управлени , состо щий из последовательно соединен- ных магистрального приемопередатчика и

счетчика данных, триггера флага и формировател  цикла обмена, вход которого подключен к выходу ключа, а первый и второй выходы соединены соответственно с входом предустановки и счетным входом счетчика данных, причем выход преобразовател  временного интервала в код подключен к адресному входу первого порта двухпортового оперативного запоминающего устройства, входы-выходы данных

-и управлени  которого соединены соответственно с входами-выходами магистрально- го приемопередатчика и через первую шину управлени  с формирователем цикла обмена , выход формировател  цикла обмена через вторую шину управлени  подключен к входу управлени  преобразовател  временного интервала в код, а вход счетчика данных соединен с информационным входом магистрального приемопередатчика, адресные входы, входы-выходы данных и управлени  второго порта двухпортового оперативного запоминающего устройства соединены соответственно с адресным входом , входами-выходами данных и управлени  процессора, второй выход формировател  интервалов накоплени  подключен к установочному входу триггера флага вход обнулени  и выход которого соединены с соответствующими входами-выходами управлени  процессора.

дополнительно введены буферный регистр, делутельчастоты,второй и третий элементы И, причем сходы адреса, входы-выходы данных управлени  буферного регистра сое- дин.;ны с соответствующим выходом и вхо/ами-выходами процессора, а первый и второй информационные выходы буферногистра соединены соответственно с инмационным входом счетчика

бразовател  временного интервала в

л входом управлени  делител  частоты,

которого соединен с выходом генератактовых импульсов, а выход - с втовходом первого элемента И. а второй

дсчетчика преобразовател  временного р фор пре код вхо, тор; рым вых

го и нтервала в код соединен с первыми входам 1 второго и третьего элементов И, со вторым входом второго элемента И соединен ) лини  Чтение-запись первой шины управлени , а выход второго элемента И соединен со входом Чтение-запись первого пэрта двухпортового оперативного запо- миьающего устройства, а второй вход третьего элемента И соединен с третьим вых вых вхо, рал

дом формировател  циклов обмена, а |Д третьего элемента И соедин етс  с ,ом направление передачи магиет- ного приемопередатчика.

Анализ известных технических решений не вы вил решений, содержащих отличительные признаки за вл емого технического решени .

Сущность за вл емого способа измере- ни  частоты заключаетс  в увеличении быстродействи  за смет сокращени  времени поиска наиболее веро тного значени  частоты , при этом сокращаетс  требуемый объем 1ам ти. Перемещение сформированной области накоплени  до момента обнаружени  наибольшей суммы и корректировка ве- лимшы смещени  позвол ет сузить полдиапазон измерени , размеща  его в заданном адресном пространстве что, соот- вет ггвенно уменьшает врем  измерени .

:На фиг. 1 приведена временна  диаграмма , по сн юща  способ измерени  частоты по предлагаемому техническому решению на конкретном числовом примере; на иг. 2 - функциональна  схема предлага- емс го устройства; на фиг. 3 - временна  диаграмма работы устройства.

Пример конкретной реализации способа измерени  частоты по сним по фиг. 1, на кот эрой приведена диаграмма диапазона измерени , содержащего М(ТМэкс) 32 отсчета . В данном случае присутствует полезный сигнал и помехи (фиг. 1а), причем дл  измерени  периода (частоты) во всем диапазоне требуетс  5-разр дный преобразователь периода (частоты) в код, а объем

области накоплени  выбран равным.N0 A отсчетам, который адресуетс  всего двум  разр дами счетчика преобразовател  периода (частоты) в код.

5Перемеща  область накоплени  по диапазону измерени  наход т период (частоту), содержащую наибольшую сумму, а величину периода (частоты) определ ют как сумму начального адреса области накоплени  и

10 адреса  чейки области накоплени , содержащей наибольшую сумму, которую и принимают за измер емую величину.

На фиг. 1 б-г приведен пример перемещений области накоплени  по диапазону

5 измерени , которое производ т путем обнаружени  измер емого сигнала с последующим слежением, дл  чего в начале измерени  весь диапазон измерени  размещаетс  в области накоплени  за счетукруп0 нени  отсчетов, т.е. производитс  более груба  дискретизаци  измер емого сигнала и определ етс  отсчет, содержащий наибольшую сумму, затем, повыша  частоту дискретизации , одновременно смещают

5 выходной сигнал преобразовател  периода (частоты) в код таким образом, чтобы измер емый сигнал однозначно определ лс  начальным адресом области накоплени  и адресом наибольшей суммы в области на0 коплени .

На конкретном числовом примере, приведенном на фиг. 1, в первом цикле поиска измер емого сигнала, устанавливают коэф- . фициент делени  частоты тактового генера5 тора преобразовател  периода (частоты) в код Кд 8 и с помощью двух разр дов счетчики преобразовател  периода (частоты) в код определ ют  чейку пам ти содержащую наибольшую сумму (фиг. 16).

0Затем определ ют начальный адрес области накоплени  путем перемножени  полученного адреса с наибольшей суммой на коэффициент делени :

Аон Амакс Кд,

5 где Аон - начальный адрес области накоплени  дл  следующего цикла поиска;

Амакс. - адрес области накоплени , содержащий наибольшую сумму;

Кд - коэффициент делени  тактовой ча0 стоты преобразовател  периода (частоты) в код, . . и определ ют код смещени  преобразовател  периода (частоты) в код дл  следующего цикла поиска измер емого сигнала, при

5 этом из максимального кода Ы(ТМакс.) диапазона измерени  вычитают начальный адрес- области накоплени 

Мсмещ. М(Тмакс.) АОН N(TMaKC.) - (Амакс Кд).

В нашем примере Мсмещ. 16. В следующем цикле производ т аналогичную операцию , но уже при Кд 2,и получают А0н 18 и Мсмещ. 14. Таким образом производ т несколько циклов поиска пока не будет достигнута требуема  точность измерени . Затем осуществл ют слежение за изменением измер емого сигнала путем прибавлени  величины начального адреса области накоплени  к величине адреса наибольшей суммы. - ::. ...

Способ реализуетс  устройством, приведенном на фиг. 2.

Устройство содержит последовательно соединенные формирователь входного сигнала 1, ключ 2, формирователь интервала накоплени  (3) и преобразователь времен- .ного интервала в код 4 (П В И К 4), двухпортовое оперативное запоминающее устройство 5, блок управлени  6, процессор 7, буферный регистр 8.. ПВИК 4 состоит из генератора тактовых импульсов 9, счетчика 10, делител  частоты 11, одновибратора 12, вход которого  вл етс  входом преобразовател  временного интервала в код 4, а выход через первый элемент И 13 соединен со счетным входом счетчика ТО, выход и вход обнулени  которого  вл ютс  соответственно выходом и входом управлени  преобразовател  временного интервала в код 4, первый выход формировател  интервала накоплени  3 подключен к управл ющему входу ключа 2, выход процессора 7  вл етс  выходом устройства/блок управлени  6 состоит из второго элемента И 14, формировател  цикла обмена 15, третьего элемента И 16, последовательно соединенных магистрального приемопередатчика 17 и счетчика данных 18, а также триггера флага 19, вход формировател  15 подключен к выходу ключа 2, а первый и второй выходы соединены соответственно с входом предустаноеки и счетным входом счетчика данных 18, причем выход преобразовател  временного интервала в код 4 подключен к адресному входу первого порта двухпортового оперативного запоминающего устройства 5, входы-выходы данных и управлени  которого соединены соответственно с входами-выходами магистрального приемопередатчика 17 и через первую шину управлени  - с четвертым выходом формирователем цикла обмена 15, п тый выход формировател  цикла обмена 15 через вторую шину управлени  подключен к входу управлени  преобразовател  временного интервала в код 4, а вход счетчика данных 18 соединен с информационнымвходом магистрального приемопередатчика 17. адресные входы, входы-выходы данных и управлени  второго

порта двухпортового оперативного запоминающего устройства 5 соединены соответственно с адресным входом, входами-выходами данных и управлени 

процессора 7, второй выход формировател  интервалов накоплени  3 подключен к установочному входу триггера флага 19, вход обнулени  и выход которого соединены с соответствующими входами-выходами уп0 равлени  процессора 7. Входы адреса, входы-выходы данных и управлени  буферного регистра 8 соединены с соответствующим выходом и входами-выходами процессора 7, а первый и второй информационные выходы

5 буферного регистра 8 соединены соответственно с информационным входом счетчика 10 преобразовател  временного интервала в код 4 и входом управлени  делител  частоты 11, вход которого соединен с выходом

0 генератора тактовых импульсов 9, а выход со вторым входом первого элемента И 13, а второй выход счетчика преобразовател  временного интервала в код 4 соединен с первыми входами второго и третьего эле5 ментов И 14, 16, со вторым входом второго элемента И 14 соединена лини  Чтение-запись первой шины управлени , а выход второго элемента И 14 соединен с входом Чтение-запись первого порта двухпорто0 вого оперативного запоминающего устройства 5, а второй вход третьего элемента И 16 соединен с третьим выходом формировател  циклов обмена 15, а выход третьего элемента И 16 соедин етс  с входом

5 Направление передачи магистрального приемопередатчика 17.

Устройство работает следующим образом .

Перед поступлением команды Пуск

0 все блоки устройства привод тс  в исходное состо ние. Измер емый сигнал Ux(t) (фиг. За) подаетс  на вход формировател  1 входного сигнала, которым формируют импульсы , нормализованные по амплитуде, с

5 периодом следовани , соответствующим мгновенным значени м периода Т) измер емого сигнала иф(г)(фиг, 36). Импульсы )(t) с выхода формировател  1 через ключ 2, который под управлением сигнала с первого

0 выхода формировател  3 интервала накоплени  замкнут на цикл измерени  Тиз, подаетс  на вход ПВИК 4, которым производитс  преобразование мгновенных значений периодов измер емого сигнала в код NI. Коды

5 с первого выхода ПВИК 4 используютс  в качестве адреса и подаютс  на адресные входы первого порта ДПОЗУ 5, при каждом по влении кода, пропорционального мгновенному значению Т| диапазона измер емых частот, в ДПОЗУ 5 под воздействием

блока управлени  6 осуществл етс  прибавление единицы в. чейку пам ти, определ е- мую этим кодом, эта операци  (осуществл етс  при каждом по влении периода TI, наход щегос  в заданном поддиа- пэзоне измер емых частот. Таким образом, чем чаще по вл етс  какой-нибудь период в течении заданного интервала накоплени , тем большее число накапливаетс  в  чейке там ти, определ емой этим периодом. Выделение сигнала, пропорционального мгно- 5енному значению периода с наибольшим числом накопленных сигналов, осуществл етс  процессором 7, по окончанию интервала накоплени , когда размыкаетс  ключ 2 и прекращаетс  преобразование мгновенных значений периодов в код.

Определение поддиапазона измерени  1 астоты осуществл етс  следующим обра- :ом. Перед проведением измерений все блоки устройства наход тс  в исходном состо нии , затем из процессора 7 в буферный регистр 8 записываетс  значение козффи- L иента делени  частоты генератора такто- Е ых импульсов 9 и значение кода смещени  счетчика 10, которые поступают соответст- сенно с первого и второго выходов регистра 8 на делитель частоты 11 и информацион- кый вход счетчика 10. Причем начальное значение кода смещени  NCM устанавливаетс  равным длительности импульса одно- оибратора 12 Год, сигналы которого через первый элемент И 13 поступают на счетный в код счетчика 10, а коэффициент делени  дзлител  частоты выбираетс  таким обра- з )м, чтобы весь диапазон измер емых час- т )т размещалс  в заданном адресном пространстве ДПОЗУ 5; после первого цик- л ) измерени  частоты, определ ют поддиа- п ззон измерени  частоты и соответственно уменьшают величину коэффициента деле- н 1Я частоты ГТИ 9, записывают такую величину кода смещени  в счетчике 10, котора  позвол ет разместить все имеющеес  ад- росное пространство ДПОЗУ 5 на весь под- д 1эпазон измерени . Тем самым повышаетс  точность измерени  частоты по

ей

авнению с первым циклом измерени .

Далее производ т необходимое число циклов измерени  дл  определени  нужной величины поддиапазонз измерени  и получени  требуемой точности измерени . - После задани  требуемой точности при дальнейшем измерении частоты, величину смещени  устанавливают таким образом, чтобы измер емый сигнал находилс  в под- диапазоне измерени , т.е. производ т корректировку величины смещени .

После окончани  каждого цикла измерени  к коду  чейки пам ти, содержащей

наибольшее число, прибавл етс  код смещени  и производитс  умножение на величину коэффициента делени  которое использовалось в соответствующем поДди- 5 апазоне измерени ...

Причем в процессе измерени  импульсы помех, периоды которых не попадают в измер емый поддиапазон частот, автоматически отсекаютс  из процесса определени  0 наибольшей суммы, тем самым одновременно повышаетс  помехозащищенность измерител  частоты, т.е. осуществл етс  предварительна  фильтраци , котора  реализуетс  следующим образом. Сигнал свто- 5 рого выхода ПВИК .4 поступает на первый вход второго элемента И 14, на второй вход которого поступает сигнал чтение-записи из блока ФЦО 15; с выхода элемента И 14 при отсутствии сигнала со второго выхода

0 ПВИК 4 сигнал Чтение-записи свободно проходит на соответствующий вход ДПОЗУ 5, при по влении сигнала.с второго выхода П ВЙ К А блокируетс  сигнал записи в ДПОЗУ 5 и одновременно блокируетс  сигнал На- 5 правление передачи, поступающий с третьего выхода ФЦО 15 через второй элемент И 16 на соответствующий вход МПП 17. Таким образом, в момент по влени  сигнала со второго выхода ПВИК 4, обусловленное ко0 дами, наход щимис  за пределами измер емого поддиапазона, наращивание содержимого  чейки пам ти ДПОЗУ 5, определ емой адресом с первого входа ПВИК 4, не производитс  т.к. блокируетс  сигнал

5 Запись в ДПОЗУ 5, и МПП 17 не присоедин ет содержимое соответствующей  чейки ко входу счетчика данных 18. Триггер флага 19 по сигналу с второго выхода формировател  интервала накоплени  3, поступающе0 го на его счетный вход, формирует сигнал Запрос на обслуживание на шин е управлени  дл  процессора 7, сигнал Сброс триггера флага 19 поступает на его вход обнулени  по той же шине управлени  про5 цессора 7. Причем предлагаемое устройство может работать с любым типом процессора 7, в зависимости от типа используемого процессора 7 необходимо произвести соответствующие изменени  по

0 стандартным входам Второго порта ДПОЗУ 5 и буферного регистра 8, а также соответствующие изменени  в ФЦО 15 по входу второй шины управлени .

Таким образом преимуществом предла5 гаемого технического решени  по сравнению с прототипом  вл етс  повышение быстродействи  измерени  за счет сокращени  времени поиска наибольшей суммы. При этом обеспечиваетс  заданна  точность измерени .

В данном примере конкретного исполнени , если прин ть что врем  опроса отсчета-в диапазоне измерени  составл ет ton, то по известному техническому решению дл  определени  наибольшей суммы, т.е. измер емого сигнала, требуетс  врем  to6pi .32 ton, в предлагаемом техническом решении это врем  составл ет:

to6p2 - 4ton Поиска.

где tnoHCKa - врем , необходимое дл  обнаружени  измер емого сигнала с требуемой точностью (в нашем примере 2 4ton), т.е. врем  обработки накопленных сигналов сокращаетс  более чем в два раза при поиске измер емого сигнала, а при слежении - более чем в семь раз.

Claims (3)

1. Способ измерени  частоты электрического сигнала, заключающийс  в определении и запоминании мгновенных значений длительностей периодов измер емого сигнала в пределах сформированного временного интервала накоплени , определении числа мгновенных значений, равных между собой длительностей периодов измер емого Электрического сигнала путем их последовательного суммировани  и последующего выделени  наибольшей из всех полученных сумм и соответствующих ей длительности периода и частоты, о т л и- ч а ю щи и с   тем, что, с целью уменьшени  времени измерени , формируют область накоплени , меньшую диапазона измер емых частот, перемещают сформированную область накоплени  в диапазоне измерени  до момента обнаружени  наибольшей суммы , отслеживают положение области накрп- ле нй  путем запоминани  положени  наибольшей суммы относительно начала диапазона измерени  и смеща  область накоплени  на величину, соответствующую положению наибольшей суммы внутри области накоплени .

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что обнаружение наибольшей суммы в диапазоне измер емых частот производитс  путем последовательного увеличени  частоты дискретизаций измер емого сигнала от величины, при которой диапазон измер  емых частот размещаетс  в области накоплени , до величины, обеспечивающей заданную точность измерени .

3. Устройство дл  измерени  частоты электрического сигнала, содержащее последовательно соединённые формирователь входного сигнала, ключ и преобразователь временного интервала в код, состо щий из генератора тактовых импульсов, одновиб- ратора , вход которого  вл етс  входом преобразовател  временного интервала в код, а выход через элемент И соединен со счетным входом счетчика, выход и вход обнулени  которого  вл ютс  соответственно

выходом и входом управлени  преобразовател  временного интервала в код, формирователь интервала накоплени , первый выход которого подключен к управл ющему входу ключа, двухпортовое оперативное запоминающее устройство, процессор, выход которого  вл етс  выходом всего устройства , блок управлени , состо щий из последовательно соединенных магистрального приемопередатчика и счетчика данных, а также триггера флага и формировател  цикла обмена, вход которого подключен к выходу ключа, а первый и второй выходы соединены соответственно с входом пред- установки и счетным входом счетчика данных , причем выход преобразовател  временного интервала в код подключен к адресному входу первого порта двухпортового оперативного запоминающего устройства , входы-выходы данных и управлени  которого соединены соответственно с входами-выходами магистрального приемопередатчика и через шину управлени  с формирователем цикла обмена, выход формировател  цикла обмена через вторую шину управлени  подключен к входу управлени  преобразовател  временного интервала в код, а выход счетчика данных соединен с информационным входом магистрального приемопередатчика, адресные входы, входы-выходы данных и управлени  второго порта двухпортового оперативного запоминающего устройства соединены соответственно с адресным выходом, входами-выходами данных и управлени  процессора, второй выход формировател  интервалов накоплени  подключен к установочному входу триггера флага, вход обнулени  и выход которого соединены с соответствующими входами-выходами уп-. равлени  процессора, отличающеес  тем, что. с целью уменьшени  времени измерени , в него дополнительно введены буферный регистр, делитель частоты, второй и третий элементы 1/1, причем входы адреса, входы-выходы данных и управлени  буферного регистра соединены с соответствующими выходом и входами-выходами

г роцессора, а первый и второй информаци- с иные выходы буферного регистра соедине- ы соответственно с информационным Еходом счетчика преобразовател  времен- юго интервала в код и входом управлени  / елител  частоты, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с вторым входом первого элемента второй выход счетчика преобразовател  временного интервала в код соединен с первыми входами второго и третьего элементов

. /

И, с вторым входом второго элемента И соединена лини  Чтение-запись первой шины управлени , а выход второго элемента И соединен с входом Чтение-запись первого порта двухпортового оперативного запоминающего устройства, а второй вход третьего элемента И соединен с третьим выходом формировател  циклов обмена, а выход третьего элемента И соедин етс  с входом Направление передачи магистрального приемопередатчика.

I

&. c$