RU2101714C1 - Device which measures frequency of low- frequency signals - Google Patents

Device which measures frequency of low- frequency signals Download PDF

Info

Publication number
RU2101714C1
RU2101714C1 SU5026492A RU2101714C1 RU 2101714 C1 RU2101714 C1 RU 2101714C1 SU 5026492 A SU5026492 A SU 5026492A RU 2101714 C1 RU2101714 C1 RU 2101714C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
trigger
output
frequency
digital
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.М. Аванесов
В.В. Терешков
Original Assignee
Аванесов Владимир Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Аванесов Владимир Михайлович filed Critical Аванесов Владимир Михайлович
Priority to SU5026492 priority Critical patent/RU2101714C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2101714C1 publication Critical patent/RU2101714C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering instruments. SUBSTANCE: device has operational amplifier 1, reference voltage source 2, operational amplifier 3, digital-to-analog converter 4, measuring unit 5, counting pulse generator 6, time selector 7, pulse counter 8, memory unit 9, JK flip-flop 10, C flip-flop 11, differentiating circuit 12, input line, control line with corresponding connections. EFFECT: possibility to design low-frequency meter. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрорадиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве низкочастотного частотомера. The invention relates to electrical radio engineering and can be used as a low-frequency frequency meter.

Известно устройство для измерения частоты электрических колебаний [1] основанное на подсчете импульсов неизвестной частоты в течение образцового интервала времени. Недостаток такого устройства для измерения частоты - недопустимо большое время измерения в области низких частот, что ограничивает быстродействие устройств, реализующих такой способ измерения. A device for measuring the frequency of electrical vibrations [1] is known based on counting pulses of an unknown frequency during an exemplary time interval. The disadvantage of such a device for measuring frequency is unacceptably long measurement time in the low frequency region, which limits the performance of devices that implement this method of measurement.

Известен преобразователь частоты в аналоговый сигнал [2] основанный на формировании двух импульсов эталонной длительности, усреднении импульсов рассогласования, длительность которых равна времени, в течение которого импульсы эталонной длительности имеют одинаковый логический уровень, а первый импульс эталонной длительности формируют с момента начала периода преобразования сигнала, второй импульс эталонной длительности формируют с момента начала второго периода преобразования сигнала. A known converter of frequency into an analog signal [2] based on the formation of two pulses of a reference duration, averaging mismatch pulses, the duration of which is equal to the time during which the pulses of the reference duration have the same logical level, and the first pulse of the reference duration is formed from the moment the signal conversion period begins, a second pulse of a reference duration is generated from the moment the second signal conversion period begins.

К недостаткам такого преобразователя относится сложность обработки сигнала. The disadvantages of such a converter include the complexity of signal processing.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство измерения частоты [3] основанное на промежуточном преобразовании периода исследуемого сигнала и эталонного интервала времени в постоянные напряжения с последующим нахождением отношения этих напряжений так, что выходное значение результата преобразований пропорционально частоте исследуемого сигнала. Closest to the proposed device is a frequency measurement device [3] based on an intermediate conversion of the period of the signal under study and the reference time interval into constant voltages, followed by finding the ratio of these voltages so that the output value of the result of the transformations is proportional to the frequency of the signal under investigation.

Недостатком такого устройства следует считать невысокое быстродействие, обусловленное первоначальным преобразованием интервалов времени в постоянные напряжения и последующим определением их соотношения посредством двойного интегрирования, а также наличием методической погрешности, возникающей вследствие нестабильности значений (номиналов) элементов интегратора, определяющих постоянную времени при предварительном преобразовании периода измеряемого сигнала в постоянное напряжение. The disadvantage of such a device should be considered low speed, due to the initial conversion of time intervals to constant voltage and the subsequent determination of their ratio through double integration, as well as the presence of a methodological error arising from the instability of the values (ratings) of the integrator elements that determine the time constant during the preliminary conversion of the period of the measured signal in constant voltage.

Технической задачей является увеличение быстродействия. The technical challenge is to increase performance.

Техническая задача достигается тем, что в предлагаемом устройстве период исследуемого сигнала преобразуется первоначально в цифровой код, на основе которого посредством цифроаналогового преобразования формируется значение глубины отрицательной обратной связи операционного усилителя. Выходное напряжение операционного усилителя таким образом пропорционально частоте исследуемого сигнала. The technical problem is achieved by the fact that in the proposed device, the period of the signal under investigation is converted initially to a digital code, on the basis of which the value of the negative feedback depth of the operational amplifier is formed by digital-to-analog conversion. The output voltage of the operational amplifier is thus proportional to the frequency of the signal under investigation.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. In FIG. 1 shows a block diagram of a device; in FIG. 2 is a timing diagram explaining the operation of the device.

В состав частотомера входят формирователь 1, источник 2 постоянного напряжения, операционный усилитель (ОУ) 3, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, измерительный прибор 5, генератор 6 счетных импульсов (ГСИ), временной селектор 7, счетчик 8, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 9, JK-триггер 10, С-триггер 11, дифференцирующая цепочка 12. The frequency meter includes a driver 1, a constant voltage source 2, an operational amplifier (OA) 3, a digital-to-analog converter (DAC) 4, a measuring device 5, a generator 6 of counting pulses (GSI), a time selector 7, a counter 8, and random access memory (RAM) ) 9, JK-trigger 10, C-trigger 11, differentiating chain 12.

Вход формирователя 1 является входной шиной частотомера, выход формирователя соединен с С-входом JK-триггера 10, инверсный выход которого через дифференцирующую цепь 12 соединен с входом управления ОЗУ 9, а прямой выход со счетным входом триггера 11 и управляющим входом временного селектора 7; инверсный выход триггера 11 объединяет J- и К-входы триггера 10. Выход источника 2 постоянного напряжения соединен с неинвертирующим входом ОУ 3, выход ОУ объединяет ЦАП 4 и вход измерительного прибора 5, выход ЦАП соединен с инвертирующим входом ОУ 3. Выход ГСИ 6 через временной селектор 7 соединен с С-входом счетчика 8, выходная шина которого соединена через ОЗУ 9 со входной управляющей шиной ЦАП 4. Управляющая шина частотомера объединяет R-входы счетчика 8 и триггеров 10 и 11. The input of the driver 1 is the input bus of the frequency meter, the output of the driver is connected to the C-input of the JK trigger 10, the inverse output of which through the differentiating circuit 12 is connected to the control input of the RAM 9, and the direct output with the counting input of the trigger 11 and the control input of the temporary selector 7; trigger inverted output 11 combines the J- and K-inputs of trigger 10. The output of the DC voltage source 2 is connected to the non-inverting input of the op-amp 3, the output of the op-amp combines the DAC 4 and the input of the measuring device 5, the output of the DAC is connected to the inverting input of the op-amp 3. The output of the ГСИ 6 through the time selector 7 is connected to the C-input of the counter 8, the output bus of which is connected via RAM 9 to the input control bus of the DAC 4. The control bus of the frequency meter combines the R-inputs of the counter 8 and the triggers 10 and 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

С приходом сигнала "Пуск" на управляющую шину триггеры 10 и 11 устанавливаются в нулевое состояние (фиг. 2, U10, U10, U11). Поступающий с выхода формирователя короткий импульс в момент времени t1 JK-триггер 10 переключается в единичное состояние (фиг.2, U1, U10), разрешая тем самым прохождение счетных импульсов с выхода ГСИ 6 на вход счетчика 8. В момент времени t2, в момент повторного поступления импульса с выхода формирователя 1 на С-вход JK-триггера 10 последний переключается в нулевое состояние (фиг.2, U1, U10), а С-триггер 11 в единичное (фиг. 2, U11) состояние. Триггер 10 блокируется по J- и К-входам (уровень логического нуля) и сигнал на С-входе не приводит к изменению состояния триггера до прихода очередного сигнала управления "Пуск". В момент времени t2 на входе дифференцирующей цепочки 12 формируется короткий импульс (фиг.2, U12), записывающий число импульсов Nx из счетчика 8 в ОЗУ 9, причем значение Nx составляет
Nx f•(t2 t1) Nx•Tx (1),
где f частота следования импульсов ГСИ 6;
Tx период колебаний исследуемого сигнала.
With the arrival of the Start signal to the control bus, the triggers 10 and 11 are set to zero (Fig. 2, U 10 , U 10 , U 11 ). The short pulse coming from the output of the shaper at time t 1, the JK trigger 10 switches to a single state (Fig. 2, U 1 , U 10 ), thereby allowing the passage of counting pulses from the output of the GSI 6 to the input of the counter 8. At time t 2 , at the moment of the repeated arrival of the pulse from the output of the former 1 to the C-input of the JK-trigger 10, the latter switches to the zero state (FIG. 2, U 1 , U 10 ), and the C-trigger 11 to a single (FIG. 2, U 11 ) state. Trigger 10 is blocked by J- and K-inputs (logic zero level) and the signal at the C-input does not lead to a change in the state of the trigger until the next start control signal arrives. At time t 2 , a short pulse is generated at the input of the differentiating chain 12 (Fig. 2, U 12 ), which records the number of pulses N x from counter 8 in RAM 9, and the value of N x is
N x f • (t 2 t 1 ) N x • T x (1),
where f is the pulse repetition rate of GSI 6;
T x the period of oscillation of the investigated signal.

В соответствии со значением Nx на инвертирующем входе ОУ 3 формируется напряжение отрицательной обратной связи Uoc

Figure 00000002

где Uвых выходное напряжение ОУ 3;
N разрядность ЦАП.In accordance with the value of N x at the inverting input of the OS 3 is formed a negative feedback voltage U oc
Figure 00000002

where U o the output voltage of the OS 3;
N bit DAC.

В свою очередь на выходе ОУ 3 выходное напряжение Uвых может быть определено
Uвых (U1 Uoc) •K (3),
где U1 выходное напряжение источника 2;
К коэффициент усиления дифференцирующего (разностного) сигнала ОУ 3.
In turn, at the output of the OS 3 output voltage U o can be determined
U o (U 1 U oc ) • K (3),
where U 1 the output voltage of the source 2;
To the gain of the differentiating (differential) signal OU 3.

Подставляя (2) в (3) и решая относительно Uвых, получим следующую математическую зависимость для входного напряжения ОУ:

Figure 00000003

Зная, что значение К для ОУ стремится к бесконечно большому значению, т. е. K _→ ∞, с учетом (1) получаем
Figure 00000004

где Кпр коэффициент преобразования.Substituting (2) in (3) and solving with respect to U o , we obtain the following mathematical dependence for the input voltage of the op-amp:
Figure 00000003

Knowing that the value of K for OA tends to an infinitely large value, i.e., K _ → ∞, taking into account (1), we obtain
Figure 00000004

where K pr conversion coefficient.

Равенство (5) показывает, что значение результата измерений пропорционально частоте измеряемого сигнала fx, которое фиксируется измерительным прибором 5.Equality (5) shows that the value of the measurement result is proportional to the frequency of the measured signal f x , which is recorded by the measuring device 5.

Оценка технико-экономического эффекта изобретения, приводимого в сравнении с прототипом, заключается в следующем. Assessment of the technical and economic effect of the invention, given in comparison with the prototype, is as follows.

1. Выходное напряжение ОУ появляется практически сразу после записи цифрового кода в ОЗУ (без учета времени установления ОУ, ЦАП и ОЗУ), т.о. общее время преобразования определяется временем полного колебания исследуемого сигнала. 1. The output voltage of the op-amp appears almost immediately after the digital code is written to the RAM (excluding the time it took to establish the op-amp, DAC and RAM), the total conversion time is determined by the time of complete oscillation of the investigated signal.

2. Улучшаются точностные характеристики устройства, так как исключаются погрешности, возникающие при преобразовании периода исследуемого сигнала в постоянное напряжение с помощью интегратора. 2. The accuracy characteristics of the device are improved, since errors occurring when converting the period of the signal under study to a constant voltage using an integrator are eliminated.

3. Расширяется частотный диапазон устройства, уменьшается методическая погрешность за счет того, что современная ЭСЛ-логика может работать с частотами до 200 МГц; при емкости счетчика Nc=1000 минимальное значение периода исследуемого сигнала составляет 5 мкс (соответствует частоте 200 кГц), что весьма затруднительно при использовании обычных ОУ в качестве усилителя интегратора [4]
Таким образом обеспечивается новый положительный эффект.
3. The frequency range of the device is expanded, the methodological error is reduced due to the fact that modern ESL logic can work with frequencies up to 200 MHz; when the counter capacity N c = 1000, the minimum value of the period of the signal under investigation is 5 μs (corresponds to a frequency of 200 kHz), which is very difficult when using conventional op-amps as an integrator amplifier [4]
This provides a new positive effect.

Применяя в качестве ГСИ 6 кварцевый генератор, а в качестве измерительного прибора АЦП, погрешность измерения будет измеряться в основном нестабильностью напряжения U1. Используя источник 2 в качестве опорного для АЦП, эта погрешность может быть сведена к минимуму, результат измерения будет отображаться в цифровом виде.Using a crystal oscillator as a GSI 6, and as an ADC measuring instrument, the measurement error will be measured mainly by the voltage instability U 1 . Using source 2 as a reference for the ADC, this error can be minimized, the measurement result will be displayed in digital form.

Claims (1)

Устройство измерения частоты низкочастотных сигналов, содержащее входной формирователь, вход которого подключен к входной шине, генератор счетных импульсов, временной селектор, счетчик импульсов, источник опорного напряжения, измерительный прибор, причем выход генератора счетных импульсов через временной селектор подключен к счетному входу счетчика импульсов, отличающееся тем, что в него введены операционный усилитель, цифроаналоговый преобразователь, оперативное запоминающее устройство, JK-триггер, C-триггер, дифференцирующая цепочка, управляющая шина, причем выход входного формирователя подключен к C-входу JK-триггера, инверсный выход которого через дифференцирующую цепочку подключен к управляющему входу оперативного запоминающего устройства, а прямой выход к счетному входу C-триггера и управляющему входу временного селектора, инверсный выход C-триггера подключен к объединенным J- и K-входам JK-триггера, выход источника опорного напряжения подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого подключен к опорному входу цифроаналогового преобразователя и входу измерительного прибора, выход цифроаналогового преобразователя подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, группа информационных выходов счетчика импульсов подключена к информационным входам оперативного запоминающего устройства, информационные выходы которого подключены к информационным входам цифроаналогового преобразователя, R-входы счетчика импульсов, JK-триггера, C-триггера объединены и подключены к управляющей шине. A device for measuring the frequency of low-frequency signals, comprising an input driver, the input of which is connected to the input bus, a counting pulse generator, a time selector, a pulse counter, a reference voltage source, a measuring device, and the output of a counting pulse generator through a time selector connected to a counting input of a pulse counter, characterized by the fact that an operational amplifier, a digital-to-analog converter, random access memory, a JK-trigger, a C-trigger, a differentiating chain are introduced into it ka, a control bus, and the output of the input driver is connected to the C-input of the JK trigger, whose inverse output is connected through a differentiating circuit to the control input of the random access memory, and the direct output to the counting input of the C-trigger and the control input of the temporary selector, inverse output C -trigger is connected to the combined J- and K-inputs of the JK-trigger, the output of the reference voltage source is connected to the non-inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the reference input of the digital-analog converter the indicator and the input of the measuring device, the output of the digital-to-analog converter is connected to the inverting input of the operational amplifier, the group of information outputs of the pulse counter is connected to the information inputs of the random access memory, the information outputs of which are connected to the information inputs of the digital-to-analog converter, R-inputs of the pulse counter, JK trigger, C -trigger combined and connected to the control bus.
SU5026492 1992-02-07 1992-02-07 Device which measures frequency of low- frequency signals RU2101714C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5026492 RU2101714C1 (en) 1992-02-07 1992-02-07 Device which measures frequency of low- frequency signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5026492 RU2101714C1 (en) 1992-02-07 1992-02-07 Device which measures frequency of low- frequency signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2101714C1 true RU2101714C1 (en) 1998-01-10

Family

ID=21596474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5026492 RU2101714C1 (en) 1992-02-07 1992-02-07 Device which measures frequency of low- frequency signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2101714C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения. Учебное пособие для ВУЗов, -М.: Радио и связь, 1985, с.181 - 186. 2. *
4. Шахов Э.К., Михотин В.Д. Интегрирующие развертывающие преобразователи напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с.30 - 31. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3678505A (en) Simultaneous logarithmic conversion and digital display apparatus
RU2101714C1 (en) Device which measures frequency of low- frequency signals
US4598375A (en) Time measuring circuit
EP0122984B1 (en) Time measuring circuit
SU450112A1 (en) Method for digital measurement of instantaneous frequency of slowly varying processes
SU769424A1 (en) Device for measuring electrode potentials under non-standard conditions of electrolysis
JPS62264717A (en) Pseudo photon pulse generator
SU1256170A1 (en) Generator of sine signal
SU1023251A1 (en) Two-terminal network parameter meter
SU819568A1 (en) Device for measuring mechanical values
SU834594A1 (en) Method of measuring signal phase
SU1182433A1 (en) Pulse parameter meter
SU620905A1 (en) Power meter
RU2028628C1 (en) Method of and device for measuring frequency of low-frequency oscillations
SU1008753A1 (en) Device for determination of signal ratio logarithm
SU729519A1 (en) Pulse parameter measuring device
SU656018A1 (en) Arrangement for measuring pulse duration with random recurrence period
RU2020745C1 (en) Nonelectric-quantity-to-digital-code converter
SU953590A1 (en) Phase shift to voltage converter
SU1188665A1 (en) Method of measuring peak power
SU1487860A1 (en) Device for measuring parameters of pulse wave of blood flow
SU1029091A1 (en) Voltage effective value stochastic converter
SU1177750A1 (en) Stroboscopic transducer of broad-band stroboscopic oscilloscope
SU1121644A1 (en) Time interval meter
SU760181A1 (en) Tape recorder parameter measuring device