RU2028628C1 - Method of and device for measuring frequency of low-frequency oscillations - Google Patents
Method of and device for measuring frequency of low-frequency oscillations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2028628C1 RU2028628C1 SU5034509A RU2028628C1 RU 2028628 C1 RU2028628 C1 RU 2028628C1 SU 5034509 A SU5034509 A SU 5034509A RU 2028628 C1 RU2028628 C1 RU 2028628C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- frequency
- voltage
- time interval
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и может быть использовано при измерении частоты низкочастотных колебаний. The invention relates to electrical radio engineering and can be used to measure the frequency of low-frequency oscillations.
Известно устройство измерения частоты, основанное на способе преобразования периода измеряемой частоты в постоянное напряжение, которое является разрядным для интегратора. A frequency measuring device is known based on a method for converting a period of a measured frequency into a constant voltage, which is a discharge voltage for an integrator.
Недостатком такого способа является зависимость результата измерения от постоянной времени времяамплитудного преобразователя на базе интегратора, что ограничивает точность измерения вследствие дрейфа интегратора, а также ограниченный частотный диапазон, обусловленный инерционностью интегратора в области малых времен. The disadvantage of this method is the dependence of the measurement result on the time constant of the time-amplitude converter based on the integrator, which limits the measurement accuracy due to the drift of the integrator, as well as the limited frequency range due to the inertia of the integrator in the field of small times.
Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству для его осуществления относится способ измерения частоты и устройство для его осуществления, основанный на промежуточном преобразовании периода измеряемой частоты в напряжение и преобразовании длительности опорного интервала времени в напряжение во время промежуточного преобразования посредством интегрирования. В последующем, во время второго интегрирования, где разрядным является напряжение, пропорциональное периоду неизвестной частоты, находят отношение этих двух постоянных напряжений, пропорциональное частоте исследуемого сигнала. Closest to the proposed method and device for its implementation relates to a frequency measurement method and device for its implementation, based on the intermediate conversion of the period of the measured frequency to voltage and the conversion of the duration of the reference time interval to voltage during the intermediate conversion by integration. Subsequently, during the second integration, where the discharge voltage is proportional to the period of the unknown frequency, the ratio of these two constant voltages is found, which is proportional to the frequency of the signal under study.
Такому способу измерения свойственны следующие недостатки. За счет того, что преобразование периода сигнала неизвестной частоты в постоянное напряжение осуществляется посредством интегрирования в процессе промежуточного преобразования, а затем это напряжение является разрядным, то оно непосредственно зависит от постоянной времени интегратора и его свойств: входного сдвига, дрейфа и т.д. Нестабильность номинальных значений элементов интегратора вносит дополнительную погрешность в процесс измерений; кроме того, такому частотомеру свойственна статическая погрешность, зависящая, главным образом, от входного сдвига и дрейфа интегратора и сравнивающего устройства (компаратора). Such a measurement method has the following disadvantages. Due to the fact that the period of the signal of unknown frequency is converted to constant voltage by integration during the intermediate conversion, and then this voltage is discharge, it directly depends on the time constant of the integrator and its properties: input shift, drift, etc. The instability of the nominal values of the elements of the integrator introduces an additional error in the measurement process; in addition, such a frequency meter is characterized by a static error, which depends mainly on the input shift and drift of the integrator and the comparator (comparator).
Способ основан на промежуточном преобразовании длительности периода измеряемой частоты в постоянное напряжение путем подсчета импульсов образцовой частоты в течение периода измеряемой частоты и преобразовании полученного кода в постоянное напряжение с помощью цифроаналогового преобразования; преобразовании длительности опорного интервала времени в постоянное напряжение во время промежуточного преобразования путем интегрирования опорного напряжения в течение опорного интервала, результат которого сохраняется до момента окончания промежуточного преобразования, Затем производится определение информативного интервала времени, пропорционального значению измеряемой частоты посредством интегрирования напряжения цифроаналогового преобразователя (ЦАП) в пределах от результата преобразования длительности образцового интервала времени до наступления нулевого значения результата второго интегрирования. При этом опорным напряжением для ЦАП является выходное напряжение усилителя, включенного последовательно с интегратором, за счет чего образуется отрицательная обратная связь, устраняющая влияние статической погрешности. The method is based on an intermediate conversion of the duration of the period of the measured frequency to a constant voltage by counting pulses of the reference frequency during the period of the measured frequency and converting the resulting code into a constant voltage using digital-to-analog conversion; converting the duration of the reference time interval to a constant voltage during an intermediate conversion by integrating the reference voltage during the reference interval, the result of which is stored until the end of the intermediate conversion. Then, an informative time interval proportional to the measured frequency is determined by integrating the voltage of the digital-to-analog converter (DAC) into limits on the result of the conversion of the duration of the model int the time interval before the zero value of the result of the second integration. In this case, the reference voltage for the DAC is the output voltage of the amplifier, connected in series with the integrator, due to which a negative feedback is formed, eliminating the influence of static error.
На фиг. 1 представлена структурная схема частотомера, на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства, на фиг. 3, 4 - возможные варианты схем отдельных блоков. In FIG. 1 is a structural diagram of a frequency meter; FIG. 2 is a timing diagram of the operation of the device, in FIG. 3, 4 - possible options for schemes of individual blocks.
Устройство содержит источник 1 опорного напряжения (ИОН), электронные ключи 2 и 3, интегратор 4, усилитель 5 постоянного тока (УПТ), ограничитель 6 напряжения, ЦАП 7, формирователь 8 образцового интервала времени (ФОИВ), генератор 9 счетных импульсов (ГСИ), временные селекторы 10 и 11, счетчики импульсов 12 и 13, дифференцирующая цепочка 14, входной формирователь 15, блок 16 управления. The device contains a source of 1 reference voltage (ION),
Вход формирователя 15 является входом частотомера, а выход соединен с первым входом блока 16 управления и R-входом счетчика 12. Выход ИОН 1 соединен со входом электронного ключа 2, выход которого соединен с точкой, объединяющей выход электронного ключа 3 и вход интегратора 4, выход которого соединен со входом УПТ 5, выход которого соединен с третьим входом блока 16 управления и входом ограничителя напряжения 6. Выход последнего соединен со входом опорного напряжения ЦАП 7, выход ЦАП 7 соединен со входом электронного ключа 3. Выход ГСИ 9 объединяет входы ФОИВ 8 и временных селекторов 10 и 11, выходы которых соединены соответственно с управляющим входом электронного ключа 2 и счетными входами счетчиков импульсов 12 и 13, причем выходная шина счетчика 12 соединена со входной шиной ЦАП 7, а выходная шина счетчика 13 является выходной шиной частотомера. Вход "ПУСК" частотомера соединен со вторым входом блока 16 управления и R-входами счетчика 13 и первый выход блока 16 управления объединяет входы временного селектора 10 и дифференцирующей цепочки 14, а второй и третий выход соединены соответственно с управляющими входами временного селектора 11 и электронного ключа 3, выход дифференцирующей цепочки 14 соединен с управляющим входом ФОИВ 14. The input of the driver 15 is the input of the frequency meter, and the output is connected to the first input of the control unit 16 and the R-input of the counter 12. The output of
Примеры выполнения блока 16 управления и ФОИВ 8 приведены на фиг. 3 и фиг. 4. В состав блока 16 управления входят JK-, C- и RS-триггеры 17, 18 и 19, элемент И 20, дифференцирующие цепочки 21 и 22, компаратор 23; ФОИВ 8 включает в себя RS-триггер 24, элемент И 25, счетчик 26. Examples of the execution of the control unit 16 and FOIV 8 are shown in FIG. 3 and FIG. 4. The control unit 16 includes JK-, C- and RS-flip-
Устройство работает следующим образом. На выходе формирователя 15 вырабатываются короткие импульсы, соответствующие переходу сигналов через нуль из отрицательных значений в положительные (фиг. 2, б). The device operates as follows. The output of the shaper 15 produces short pulses corresponding to the transition of the signals through zero from negative to positive values (Fig. 2, b).
С приходом сигнала "ПУСК" на второй вход блока 16 управления триггеры 17, 18, 19 и счетчик 13 устанавливаются в нулевое состояние (фиг. 2, г, д, м). С приходом короткого импульса с выхода формирователя 15 JK-триггер устанавливается в единичное состояние (фиг. 2, г), и на его первом выходе появляется импульс, открывающий временной селектор 10, счетчик 13 устанавливается в нулевое состояние. Этим же перепадом запускается ФОИВ 8 (фиг. 2, ж), и на вход интегратора 4 через открытый ключ 2 подается опорное напряжение Uo с ИОН 1 (Uo>0). Напряжение на выходе интегратора 4 изменяется по линейному закону и к моменту времени То оно примет значение
Uинт1= - Uodt = - Uo·To (1) где τ - постоянная времени интегратора 4;
То - длительность интервала времени на выходе ФОИВ 8.With the arrival of the "START" signal to the second input of the control unit 16, the
U int1 = - U o dt = - U o · T o (1) where τ is the time constant of the integrator 4;
T about - the duration of the time interval at the output of FOIV 8.
В момент времени То электронный ключ 2 закрывается, напряжение на выходе интегратора 4 не меняется. С приходом очередного импульса с выхода формирователя 15 триггер 17 устанавливается в нулевое состояние (фиг. 2, г), а триггер 18 - в единичное (фиг. 2, д), временной селектор 10 закрывается и в счетчике 12 фиксируется число импульсов No
No=fo . Tx, (2) где fo - частота следования импульсов ГСИ 9;
Тх - период колебаний исследуемого сигнала.At time That
N o = f o . T x , (2) where f o is the pulse repetition rate of GSI 9;
T x - period of oscillations of the investigated signal.
Выходное напряжение интегратора поступает на вход УПТ 5 с достаточно большим коэффициентом усиления, УПТ переходит в режим насыщения (фиг. 2, к). На входе ограничителя напряжения появляется напряжение Uогр, которое является опорным для ЦАП 7. На выходе ЦАП 7 в соответствие с кодом No формируется напряжение Uцло, которое является разрядным для интегратора 4
Uцап= Uотр (3) где N - разрядность ЦАП 7.The output voltage of the integrator is fed to the input of the
U DAC = U Neg (3) where N is the bit depth of the DAC 7.
Следует отметить, что коэффициент усиления усилителя 5 выбирается достаточно большим, поэтому практически с началом интегрирования Uo на интервале То, УПТ 5 попадает в режим насыщения (фиг. 2, к). Фазы передачи сигнала интегратора и УПТ 5 выбраны таким образом, что напряжение насыщения УПТ 5 Uн (фиг. 2, к) всегда имеет противоположную полярность к Uo. Использование ограничителя 6 напряжения, в наиболее простом варианте выполненного на стабилитроне, подключенного к выходу УПТ 5 через балластный резистор, которое в зависимости от Noпреобразуется в Uцап, позволяет сфоpмиpовать напряжение, служащее в последующем такте интегрирования в качестве опорного.It should be noted that the gain of the
В момент времени Тх по переднему фронту импульса, формируемом на инвертирующем выходе триггера 19 (фиг. 2, д), на выходе дифференцирующей цепочки 21 вырабатывается короткий импульс (фиг. 2, е), переключающий RS-триггер 19 в единичное состояние (фиг. 2, м). Итак, на втором выходе блока 16 управления вырабатывается импульс, открывающий временной селектор 11 и, разрешая тем самым прохождения импульсов с ГСИ 9 на вход счетчика 13, а на третьем - импульс, открывающий электронный ключ 3. На вход интегратора 4 подается напряжение Uцап, которое приводит к изменению напряжения на выходе (фиг. 2, и). В момент времени t Uинт2станет равно нулю
Uинт2= Uинт1- Uцап· dt = 0 (4)
Решая уравнение (4) относительно временного интервала (t-Tx), с учетом (1), (2), (3)
(t-Tx) = To· (5)
После окончания разряда емкости интегратора УПТ 5 выходит из насыщения и попадает в активный режим. Перепад напряжения на выходе УПТ 5, образующийся при уравновешивании, приводит к срабатыванию компаратора 23, и на выходе дифференцирующей цепочки 2 вырабатывается короткий импульс (фиг. 2, л), переключающий триггер 19 в нулевое состояние (фиг. 2, м). Временной селектор 11 закрывается, в счетчике 13 установится число импульсов Nx:
Nx=fo(t-Tx) (6)
С учетом (6), уравнение (5) примет вид
Nx= Nf= · · K· fx (7) где K = · To - общий коэффициент преобразования.At time T x , a short pulse is generated at the output of the differentiating
U int2 = U int1 - U DACDt = 0 (4)
Solving equation (4) with respect to the time interval (tT x ), taking into account (1), (2), (3)
(tT x ) = T o (5)
After the discharge of the capacitance of the integrator UPT 5 goes out of saturation and enters the active mode. The voltage drop at the output of
N x = f o (tT x ) (6)
Given (6), equation (5) takes the form
N x = N f = · KF x (7) where K = · T o is the total conversion coefficient.
Следует отметить, что электронный ключ 3 остается замкнутым до начала следующего цикла преобразования, интегратор 4 и УПТ 5 оказываются охваченными отрицательной обратной связью (ООС) через ограничитель напряжения и ЦАП. Большое усиление в петле ООС на постоянном токе способствует поддержанию на выходе интегратора напряжения, равного сдвигу на входе УПТ 5 (при отсутствии на входе интегратора до следующего цикла преобразования). It should be noted that the
Исходя из вышеизложенного, следует, что изменение способа измерения частоты позволяет обеспечить следующие преимущества заявляемого устройства, приводимые в сравнении с прототипом:
- за счет того, что преобразование образцового интервала времени в постоянное напряжение и преобразование полученного напряжения в информативный интервал времени осуществляется посредством одного и того же блока (интегратора), исключается погрешность, возникающая в результате нестабильности элементов интегратора;
- уменьшается значение статической погрешности, обусловленной входным сдвигом и дрейфом интегратора и сравнивающего устройства за счет введения следящей отрицательной обратной связи с выхода УЦПТ 5, на вход интегратора.Based on the foregoing, it follows that a change in the method of measuring frequency allows you to provide the following advantages of the claimed device, given in comparison with the prototype:
- due to the fact that the conversion of the reference time interval to constant voltage and the conversion of the obtained voltage to an informative time interval is carried out by the same unit (integrator), the error resulting from the instability of the integrator elements is eliminated;
- decreases the value of the static error due to the input shift and drift of the integrator and the comparator due to the introduction of tracking negative feedback from the output of the
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5034509 RU2028628C1 (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Method of and device for measuring frequency of low-frequency oscillations |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5034509 RU2028628C1 (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Method of and device for measuring frequency of low-frequency oscillations |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2028628C1 true RU2028628C1 (en) | 1995-02-09 |
Family
ID=21600432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5034509 RU2028628C1 (en) | 1992-03-26 | 1992-03-26 | Method of and device for measuring frequency of low-frequency oscillations |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2028628C1 (en) |
-
1992
- 1992-03-26 RU SU5034509 patent/RU2028628C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1467519, кл. G 01R 23/06, 1989. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2028628C1 (en) | Method of and device for measuring frequency of low-frequency oscillations | |
RU2231077C2 (en) | Device for measurement of frequency of electric signals | |
SU788026A1 (en) | Digital phase meter for measuring phase shift mean value | |
SU1404968A1 (en) | Digital spectrum analyzer | |
RU1798727C (en) | Method for object phase shift determining | |
SU661491A1 (en) | Time interval digital meter | |
RU2032884C1 (en) | Integrating meter of ratio of two time intervals | |
SU1613878A1 (en) | Device for measuring temperature | |
SU930138A1 (en) | Measuring dc converter | |
SU924614A1 (en) | Infralow-frequency phase meter | |
SU488163A1 (en) | Digital phase meter | |
SU849096A1 (en) | Phase-meter | |
SU510081A1 (en) | Oscillographic ferrometer | |
SU758024A1 (en) | Coercive force measuring device | |
RU2240569C1 (en) | Integral transformer | |
SU752185A1 (en) | Phase measuring device | |
SU604002A1 (en) | Pulse-frequency subtracting arrangement | |
SU805199A1 (en) | Vlf digital phase-frequency meter | |
RU2015618C1 (en) | Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code | |
SU574726A1 (en) | Apparatus for raising pulse-width signals to fractional power | |
SU1656472A1 (en) | Digital low-frequency instanteous phasemeter | |
SU1483294A1 (en) | Pressure meter | |
SU756299A1 (en) | Digital voltmeter | |
SU585502A1 (en) | Pulse-time type multiplying dividing device | |
SU438940A1 (en) | Digital phase meter |