RU2173857C1

RU2173857C1 - Method for measuring impulse succession frequency

Info

Publication number: RU2173857C1
Application number: RU2000120742/09A
Authority: RU
Inventors: А.И. Попенов; Д.А. Злобин; Б.П. Турченев
Original assignee: ООО "Научно-производственное предприятие "Мера"
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2001-09-20

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: method involves defining reference time labels with period of To and sampling time intervals of Ts as well as the number of periods M for measuring frequency in sampling time interval with current frequency calculated from formula Fc=M/Ts. The sampling time interval boundaries are set in correspondence to the moments of arrival of the impulses to be measured. The boundary positions are determined from the number of reference time labels from the beginning of limit interval selected to be greater than or equal to the lowest measured frequency period, to the beginning (Nb) and the end (Ne), of the sampling interval, the sampling interval duration is determined as Ts = To(Ne-Nb). EFFECT: wide range of frequencies measurable without switching; lower errors. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании приборов и систем для измерения частоты следования импульсов с широким диапазоном. The invention relates to measuring equipment and can be used to create instruments and systems for measuring the pulse repetition rate with a wide range.

Известны различные способы измерения частоты. Так, в "Цифровом способе измерения частоты" согласно а. с. 864162, СССР, МКИ G 01 R 23/00, 1981 г. используется вычитание в течение периода измеряемой частоты из записанного ранее числа, соответствующего максимуму диапазона измерения, некоторого количества импульсов, частота которых уменьшается через равные интервалы времени обратно пропорционально разности квадрата и 1-й степени номера текущего интервала. Остаток в конце периода характеризует текущую измеряемую частоту. Способ используется, главным образом, для измерения низких частот. Его недостатками являются малый диапазон измерения и невысокая точность. Various methods for measuring frequency are known. So, in the "Digital method of measuring frequency" according to a. from. 864162, USSR, MKI G 01 R 23/00, 1981. Subtraction is used during the period of the measured frequency from the previously recorded number corresponding to the maximum of the measuring range, a certain number of pulses, the frequency of which decreases at regular intervals in inverse proportion to the difference between the square and 1- 1st degree of the number of the current interval. The remainder at the end of the period characterizes the current measured frequency. The method is mainly used for measuring low frequencies. Its disadvantages are a small measuring range and low accuracy.

Другой известный "Способ измерения частоты следования импульсов", а.с. 714302, СССР, МКИ G 01 R 23/02, 1980 г., основан на подсчете числа целых периодов и определении дробных частей периодов измеряемой частоты, попавших в нормированный интервал измерения. Целые и дробные части периодов учитываются при подсчете частоты, что увеличивает точность. За счет дополнительного измерения длительности последнего целого периода в каждом интервале достигается повышение динамичности контроля изменяющейся частоты. К недостаткам этого способа относятся ограниченность диапазона измерения, определяемая требованием, чтобы период измеряемой частоты был много меньше интервала измерения, а также сложность технической реализации. Another well-known "Method of measuring the pulse repetition rate", and.with. 714302, USSR, MKI G 01 R 23/02, 1980, is based on the calculation of the number of whole periods and the determination of the fractional parts of the periods of the measured frequency that fall within the normalized measurement interval. The whole and fractional parts of periods are taken into account when calculating the frequency, which increases accuracy. Due to the additional measurement of the duration of the last whole period in each interval, an increase in the dynamism of control of the changing frequency is achieved. The disadvantages of this method include the limited measurement range, determined by the requirement that the period of the measured frequency is much less than the measurement interval, as well as the complexity of the technical implementation.

Известен также "Способ измерения частоты вращения частей машин" согласно пат. 148163, ПНР, МКИ G 01 P, 3/489, 1989 г. В этом способе на каждый измерительный импульс формируется ряд дополнительных импульсов в интервале времени, зависящем от измеряемой частоты и меньшем интервала между двумя последовательными измерительными импульсами. Число дополнительных импульсов подсчитывается и служит оценкой измеряемой частоты. Способ обеспечивает высокое быстродействие, но в ограниченном диапазоне частот. К его недостаткам относится также невысокая точность из-за неучета дробных частей периодов дополнительных импульсов в интервале измерения. Also known "Method for measuring the frequency of rotation of machine parts" according to US Pat. 148163, Poland, MKI G 01 P, 3/489, 1989. In this method, for each measuring pulse, a series of additional pulses is generated in a time interval that depends on the measured frequency and is shorter than the interval between two consecutive measuring pulses. The number of additional pulses is counted and serves as an estimate of the measured frequency. The method provides high performance, but in a limited frequency range. Its disadvantages also include low accuracy due to the neglect of fractional parts of the periods of additional pulses in the measurement interval.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является "Способ измерения частоты С.А.Самарина" согласно а.с. 885913, СССР, МКИ 5 G 01 R 23/00, 1981 г. Способ включает квантование образцового интервала времени импульсами измеряемой частоты и подсчет числа последних, формирование непрерывной шкалы эталонных меток времени, период следования которых равен образцовому интервалу времени T_о, фиксирование числа N_i импульсов измеряемой частоты на предшествующем текущему образцовом интервале времени, измерение интервала времени τ от момента появления последней метки времени до текущего момента времени и подсчет числа импульсов N(τ) измеряемой частоты на интервале τ. Текущий результат определяют по формуле:

Последние два члена формулы дают поправку на изменение частоты на текущий момент времени по сравнению с предшествующим образцовым интервалом, что снижает динамическую погрешность измерения. Недостаток этого известного способа определяется самим выбранным принципом, т.е. квантованием образцового интервала времени импульсами измеряемой частоты и подсчетом числа последних. Для получения необходимой точности при этом должно выполняться требование, чтобы на образцовом интервале времени (и в T_о, и в τ ) размещалось достаточно большое число импульсов измеряемой частоты - около 100, 200 и т. п. Следовательно, способ не позволяет осуществлять измерения частот, импульсы которых следуют через интервалы времени, сравнимые или значительно большие образцового интервала времени, т.е. условно, средних и низких частот. Очевидное, казалось бы, решение этого вопроса путем увеличения образцового интервала времени и пределов счета импульсов (разрядности счетчика), чтобы охватить низкие, средние и высокие частоты, приводит к соответствующему увеличению интервалов между отсчетами результатов измерений. Это опасно, например, из-за возможной потери информации о быстроразвивающейся аварийной ситуации на высоких частотах. Особую остроту это приобретает, когда измеритель частоты включен в контур автоматического управления объектом. Противоречие таким образом определяется особенностью измерения и использования частоты в широком диапазоне, когда низкие частоты требуют большого времени обработки, а высокие частоты - малого времени между отсчетами результатов. Между тем потребность в способе, позволяющем автоматически, без вмешательства оператора осуществлять измерения в широком диапазоне частот и отслеживать большие и быстрые изменения частоты вовремя одного эксперимента, существует. Примерами могут служить эксперименты по доводке и испытаниям, а также мониторингу турбин авиадвигателей или объектов энергетики, когда частоты вращения могут изменяться от нескольких десятков и даже сотен оборотов в секунду при нормальной работе до 1-2 и менее оборотов в минуту при останове, т. е. на 4 порядка. Этот известный способ имеет также недостаточную точность, т.к. не учитывает дробных частей периодов измеряемой частоты на образцовом интервале времени T_о и дополнительном интервале τ . Это особенно проявляется в нижней части контролируемого диапазона частот.Closest to the technical nature of the present invention is the "Method of measuring the frequency of S. A. Samarin" according to A.S. 885913, USSR, MKI 5 G 01 R 23/00, 1981, the Method includes the quantization of the model time interval by pulses of the measured frequency and counting the number of the latter, the formation of a continuous scale of reference time stamps, the repetition period of which is equal to the model time interval T _о , fixing the number N _i pulses of the measured frequency on the previous current model time interval, measuring the time interval τ from the moment the last timestamp appears to the current time and counting the number of pulses N (τ) of the measured frequency per interval e τ. The current result is determined by the formula:

The last two members of the formula correct for the change in frequency at the current time in comparison with the previous sample interval, which reduces the dynamic measurement error. The disadvantage of this known method is determined by the chosen principle, i.e. quantization of the model time interval by pulses of the measured frequency and counting the number of the latter. To obtain the necessary accuracy, the requirement must be met that a sufficiently large number of pulses of the measured frequency — about 100, 200, etc., should be placed on the model time interval (both in T _o and τ). Therefore, the method does not allow frequency measurements whose pulses follow at intervals of time comparable or significantly larger than the reference time interval, i.e. relatively medium and low frequencies. An obvious, it would seem, solution of this problem by increasing the model time interval and the limits of pulse counting (counter bitness) in order to cover low, medium, and high frequencies leads to a corresponding increase in the intervals between the readings of the measurement results. This is dangerous, for example, because of the possible loss of information about a rapidly developing emergency at high frequencies. This becomes especially acute when the frequency meter is included in the automatic control circuit of an object. The contradiction is thus determined by the peculiarity of measuring and using frequency in a wide range, when low frequencies require a large processing time, and high frequencies require a short time between samples of results. Meanwhile, the need for a method that allows automatically, without operator intervention to take measurements in a wide range of frequencies and track large and fast frequency changes during one experiment, exists. Examples are fine-tuning and testing experiments, as well as monitoring turbines of aircraft engines or energy facilities, when the rotation speeds can vary from several tens or even hundreds of revolutions per second during normal operation to 1-2 or less revolutions per minute during shutdown, i.e. . 4 orders. This known method also has insufficient accuracy, because does not take into account the fractional parts of the periods of the measured frequency in the model time interval T _o and the additional interval τ. This is especially evident in the lower part of the controlled frequency range.

Задача таким образом состоит в расширении возможностей по диапазону измеряемых частот и контролю их изменений во времени, при одновременном повышении точности. The objective in this way is to expand the capabilities of the range of measured frequencies and control their changes over time, while improving accuracy.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способ измерения частоты импульсов, в котором формируют непрерывную последовательность эталонных меток времени с периодом следования T_о и образцовые интервалы T_об времени путем счета эталонных меток времени, подсчитывают количество M периодов измеряемой частоты в пределах образцовых интервалов времени, а текущий результат определяют по формуле F = M/T_об, введены новые операции, а именно путем счета эталонных меток времени формируют минимальные T_м, отсчетные T_от и предельные T_п интервалы времени, устанавливают границы образцовых интервалов времени с дискретностью T_о по моменту прихода последнего импульса измеряемой частоты в последнем целом минимальном интервале перед началом отсчетного интервала, так что начало текущего образцового интервала совпадает с концом предшествующего образцового интервала, отсчитывают числа N_н и N_к эталонных меток времени от начала предельного интервала до соответственно начала и конца образцового интервала, вычисляют длительность последнего по формулам:
T_об = T_о(N_к-N_н), если N_к > N_н,
или
T_об = T_о(N_к-N_н)+T_п, если N_к ≅ N_н,
подсчитывают числа M_j импульсов измеряемой частоты в минимальных интервалах и вычисляют количество периодов M измеряемой частоты путем суммирования чисел M_j в пределах образцового интервала, исключая первый импульс в начале этого интервала, при этом минимальный интервал T_м выбирают большим периода меток времени T_о, предельный интервал T_п выбирают равным или большим периода низшей измеряемой частоты, длительность отсчетного интервала T_от программным способом устанавливают в границах от минимального до предельного интервала, в зависимости от использования измеряемых данных, а обновление выходных результатов производят в каждом отсчетном интервале, если период измеряемой частоты не превосходит отсчетного интервала, и в каждом периоде измеряемой частоты - в противном случае.The essence of the present invention lies in the fact that in the method of measuring the frequency of pulses, in which a continuous sequence of reference time stamps with a repetition period T _o and sample intervals T _about time is formed by counting the reference time stamps, the number M of periods of the measured frequency is calculated within the reference time intervals and the current output is determined by the formula F = m / T _for new operations introduced, namely, by counting the reference timestamps form the minimum T _m, T _from the reference and the limit T time intervals set boundaries exemplary time intervals with readability of T _on for the time of arrival of the last pulse frequency to be measured in the final overall minimum interval before measuring indicator slot, so that the start of the current model range coincides with the end of the prior model interval counted numbers N _H and N _{to the} reference time labels from the beginning of the limit interval to the beginning and end of the model interval, respectively, calculate the duration of the latter by the formulas:
T _about = T _about (N _to -N _n ), if N _to > N _n ,
or
T _about = T _about (N _to -N _n ) + T _p if N _to ≅ N _n ,
count the numbers M _{j of} pulses of the measured frequency in the minimum intervals and calculate the number of periods M of the measured frequency by summing the numbers M _j within the reference interval, excluding the first pulse at the beginning of this interval, the minimum interval T _{m being} chosen as a large time stamp period T _o , the limit interval T _n is selected equal to or greater period of lower measurement frequency, the duration of the interval T _by measuring indicator is set by software in the range from minimum to limit interval in dependence awns from the use of measured data, and update output results produced in each of the reference interval, if the period of the measured frequency measuring indicator does not exceed the range, and in each period of the measured frequency - otherwise.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от известного тем, что в нем:
- путем счета эталонных меток времени формируют минимальные T_м, отсчетные T_от и предельные T_п интервалы времени,
- устанавливают границы образцовых интервалов времени с дискретностью T_о по моменту прихода последнего импульса измеряемой частоты в последнем целом минимальном интервале перед началом отсчетного интервала, так что начало текущего интервала совпадает с концом предшествующего образцового интервала,
- отсчитывают числа N_н и N_к эталонных меток времени от начала предельного интервала до соответственно начала и конца образцового интервала,
- вычисляют длительность образцового интервала по формулам:
T_об = T_о(N_к-N_н), если N_к > N_н,
или
T_об = T_п+T_о(N_к-N_н), если N_к ≅ N_н,
- подсчитывают числа импульсов M_j измеряемой частоты в минимальных интервалах,
- вычисляют количество периодов M измеряемой частоты путем суммирования чисел M_j в пределах образцового интервала, исключая первый импульс в начале этого интервала, при этом:
- минимальный интервал T_м выбирают большим периода верхней измеряемой частоты и периода времени T_о,
- предельный интервал T_п выбирают равным или большим периода низшей измеряемой частоты,
- длительность отсчетного интервала T_от программным способом устанавливают в границах от минимального до предельного интервала, в зависимости от использования измеряемых данных,
- обновление выходных результатов измерений производят в каждом отсчетном интервале, если период измеряемой частоты не превосходит отсчетного интервала, и в каждом периоде измеряемой частоты - в противном случае.A comparative analysis of the claimed technical solution with the prototype shows that it differs from the known one in that it:
- by counting the reference time stamps form the minimum T _m , the reference T _from and the limit T _p time intervals,
- set the boundaries of the sample time intervals with discreteness T _about at the time of the arrival of the last pulse of the measured frequency in the last whole minimum interval before the start of the reference interval, so that the beginning of the current interval coincides with the end of the previous model interval,
- count the numbers N _n and N _{to the} reference time stamps from the beginning of the limit interval to, respectively, the beginning and end of the model interval,
- calculate the duration of the model interval according to the formulas:
T _about = T _about (N _to -N _n ), if N _to > N _n ,
or
T _about = T _p + T _about (N _to -N _n ), if N _to ≅ N _n ,
- count the number of pulses M _{j of the} measured frequency in the minimum intervals,
- calculate the number of periods M of the measured frequency by summing the numbers M _j within the reference interval, excluding the first pulse at the beginning of this interval, while:
- the minimum interval T _m choose large period of the upper measured frequency and the time period T _about ,
- the limit interval T _p choose equal to or greater than the period of the lowest measured frequency,
- the duration of the reference interval T _{from the} software method is set in the range from the minimum to the limit interval, depending on the use of the measured data,
- the output measurement results are updated in each reference interval, if the period of the measured frequency does not exceed the reference interval, and in each period of the measured frequency, otherwise.

Перечисленные отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна". Признаки, по совокупности отличающие заявленное тех. решение от прототипа, не выявлены в других тех.решениях при изучении данной и смежных областей техники. Они позволяют получить новое качество при измерениях частоты импульсов: способность без переключений измерять частоты в широком диапазоне и оперативно отслеживать изменения высоких, средних и низких частот во времени. Кроме того, за счет привязки границ образцового интервала с высокой точностью к импульсам измеряемой частоты исключаются дробные части периодов измеряемой частоты в образцовом интервале, что повышает точность измерений. Это доказывает соответствие заявленного тех.решения критерию "существенные отличия". These differences allow us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "novelty." Signs that collectively distinguish those declared those. the solution from the prototype is not identified in other technical solutions when studying this and related areas of technology. They allow you to get a new quality when measuring the frequency of pulses: the ability to switch frequencies without switching to measure frequencies in a wide range and to quickly monitor changes in high, medium and low frequencies over time. In addition, by linking the boundaries of the sample interval with high accuracy to the pulses of the measured frequency, fractional parts of the periods of the measured frequency in the sample interval are eliminated, which increases the accuracy of the measurements. This proves the compliance of the claimed technical solution with the criterion of "significant differences".

В иллюстрациях приведены следующие графические изображения:
- фиг. 1 - укрупненная структурная схема 1-го варианта реализации способа;
- фиг. 2 - укрупненная структурная схема 2-го варианта реализации способа;
- фиг. 3 - эпюры напряжений.The following graphics are shown in the illustrations:
- FIG. 1 is an enlarged structural diagram of a 1st embodiment of a method;
- FIG. 2 - an enlarged structural diagram of the 2nd embodiment of the method;
- FIG. 3 - stress diagrams.

Схема для 1-го варианта реализации способа (см. фиг. 1) содержит кварцованный генератор 1 меток времени, выход которого соединен со счетным входом 1-го счетчика 2 и с 1-м входом таймера 3, второй вход которого соединен с выходом старшего разряда 1-го счетчика 2, подключенного также к счетному входу 2-го счетчика 4, выходом старшего разряда соединенного с 3-м входом таймера 3, а кодовыми выходами связанного с входами старших разрядов 3-го регистра 5, чьи входы младших разрядов через 5-й регистр 6 соединены с выходами 1-го регистра 7, своими кодовыми входами подключенного к выходам 1-го счетчика 2. Третий регистр 5 своими выходами параллельно подсоединен к кодовым входам 4-го регистра 8 и к третьей группе кодовых входов 6-го регистра 9, своей второй группой кодовых входов связанного с выходом 4-го регистра 8, первой группой кодовых входов - с выходами накапливающего сумматора 10 через 7-й регистр 15, а первой, второй и третьей группами выходов - с входами персональной ЭВМ 11 через шину 12. Накапливающий сумматор 10 своим информационным входом через 8-й регистр 17 подсоединен к выходу 3-го счетчика 13, который этим же выходом подключен к 4-му входу блока управления 14, чьи 1-, 2- и 3-й входы соединены с соответствующими 1-, 2- и 3-м выходами таймера 3, пятый вход параллельно со счетным входом 3-го счетчика 13 подключен к выходу источника импульсов измеряемой частоты 16, а управляющие и обнуляющие выходы подсоединены к соответствующим управляющим и обнуляющим входам счетчиков 2, 4, 13, регистров 5, 6, 7, 8, 9, 15, 17, сумматора 10 и таймера 3. The scheme for the 1st embodiment of the method (see Fig. 1) contains a quartz generator 1 time stamps, the output of which is connected to the counting input of the 1st counter 2 and to the 1st input of the timer 3, the second input of which is connected to the output of the highest order 1st counter 2, also connected to the counting input of the 2nd counter 4, by the output of the senior bit connected to the 3rd input of the timer 3, and by the code outputs connected to the inputs of the senior bits of the 3rd register 5, whose inputs of the least significant bits through 5- register 6 are connected to the outputs of the 1st register 7, their code inputs connected to the outputs of the 1st counter 2. The third register 5 with its outputs is connected in parallel to the code inputs of the 4th register 8 and to the third group of code inputs of the 6th register 9, its second group of code inputs associated with the output of the 4th register 8, the first group of code inputs - with the outputs of the accumulating adder 10 through the 7th register 15, and the first, second and third groups of outputs - with the inputs of the personal computer 11 through the bus 12. The accumulating adder 10 with its information input through the 8th register 17 is connected to the output 3rd counter 13 which e the same output is connected to the 4th input of control unit 14, whose 1st, 2nd and 3rd inputs are connected to the corresponding 1st, 2nd and 3rd outputs of timer 3, the fifth input is in parallel with the counting input of the 3rd counter 13 is connected to the output of the pulse source of the measured frequency 16, and the control and zeroing outputs are connected to the corresponding control and zeroing inputs of the counters 2, 4, 13, registers 5, 6, 7, 8, 9, 15, 17, adder 10 and timer 3.

Схема работает следующим образом. После включения питания блок управления 14 обнуляет подсоединенные к нему счетчики, регистры, сумматор 10 и таймер 3. Кварцованный генератор 1 вырабатывает метки времени с периодом следования T_о (см. фиг. 3а), которые поступают на таймер 3 и на 1-й счетчик 2 и через него на 2-й счетчик 4. Счетчики 2 и 4 работают циклически. Таймер 3 на основе сигнала старшего разряда счетчика 2 и меток времени T_о вырабатывает минимальные интервалы времени T_м (1-й выход), границы которого показаны импульсами на фиг. 3б, а на основе сигнала старшего разряда счетчика 4 - предельные интервалы T_п (3-й выход, см. фиг. 3г). В соответствии с заложенной в него программой таймер 3 вырабатывает также отсчетные интервалы T_от (2-й выход, см. фиг. 3в), периодичность которых определяется решаемыми при использовании измеряемых данных задачами. Если, например, важнее всего отследить быстрые изменения высокой частоты, пренебрегая излишней загрузкой текущими данными ПЭВМ, то интервал T_от выбирается близким к минимальному интервалу T_м. Если же характер работы контролируемого механизма таков, что быстрые изменения измеряемой частоты невозможны и требуется лишь неспешный мониторинг, то интервал T_от выбирается близким к предельному интервалу T_п, который сам выбирается несколько большим или равным периоду низшей измеряемой частоты. Чаще всего выбирается компромисс. Минимальный интервал T_м выбирается большим периода верхней измеряемой частоты и периода меток времени T_о и определяется частотой генератора 1 и разрядностью счетчика 2. Период T_о выбирается как можно меньше, с учетом быстродействия элементов и разумной разрядности счетчиков 1 и 2. Выходные сигналы таймера 3, соответствующие границам интервалов T_м, T_от, T_п, поступают на блок управления 14, который вырабатывает управляющие сигналы для всей схемы, используя также импульсы измеряемой частоты от источника 16 и выходные сигналы разрядов 3-го счетчика 13. Дальнейшую работу схемы удобно рассматривать отдельно для высоких, средних и низких измеряемых частот.The scheme works as follows. After turning on the power, the control unit 14 resets the counters, registers, adder 10 and timer 3 connected to it. The quartz oscillator 1 generates time stamps with a repetition period T _о (see Fig. 3a), which are received on timer 3 and on the 1st counter 2 and through it to the 2nd counter 4. Counters 2 and 4 operate cyclically. Timer 3, based on the signal of the _high order of counter 2 and timestamps T _о, generates minimum time intervals T _m (1st output), the boundaries of which are shown by pulses in FIG. 3b, and based on the signal of the highest order of the counter 4, the limit intervals T _p (3rd output, see Fig. 3d). In accordance with the program laid down in it, timer 3 also generates reference intervals T _from (2nd output, see Fig. 3c), the frequency of which is determined by the tasks to be solved using the data being measured. If, for example, it is most important to track fast changes in high frequency, neglecting excessive loading of current PC data, then the interval T _from is chosen close to the minimum interval T _m . If the nature of the controlled mechanism is such that rapid changes in the measured frequency are impossible and only leisurely monitoring is required, then the interval T _from is chosen close to the limit interval T _p , which itself is chosen somewhat larger or equal to the period of the lowest measured frequency. Most often, a compromise is chosen. The minimum interval T _m is chosen to be larger than the period of the upper measured frequency and the period of time stamps T _o and is determined by the frequency of the generator 1 and the capacity of the counter 2. The period T _o is selected as small as possible, taking into account the speed of the elements and the reasonable capacity of the counters 1 and 2. Output signals of the timer 3 corresponding to the boundaries of the intervals T _m , T _from , T _p , go to the control unit 14, which generates control signals for the entire circuit, using also the pulses of the measured frequency from the source 16 and the output signals of the digits of the 3rd count Chika 13. It is convenient to consider the further operation of the circuit separately for high, medium, and low measured frequencies.

На фиг. 3д показаны импульсы достаточно высокой измеряемой частоты, период следования которых T_ив меньше T_м и значительно меньше отсчетного интервала T_от. Третий счетчик 13 подсчитывает количество этих импульсов в каждом минимальном интервале, обнуляясь в конце этого интервала своим импульсом обнуления от блока управления 14. По каждому измеряемому импульсу блок управления 14 вырабатывает управляющий сигнал, по которому подсчитанное на этот момент счетчиком 2 число меток времени записывается в 1-й регистр 7, замещая в нем ранее записанное число. По приходу очередного импульса минимального интервала, заканчивающего этот интервал, блок управления 14, удостоверившись, что в этом интервале счетчиком 13 зафиксирован хотя бы один импульс измеряемой частоты (хотя бы в одном разряде - "единица"), дает команду 5-му регистру 6 на перезапись в него из первого регистра 7 числа меток, соответствующего последнему измеряемому импульсу на данном минимальном интервале. Одновременно блок управления 14 дает команду на перезапись в старшие разряды 3-го регистра 5 числа минимальных интервалов, подсчитанных 2-м счетчиком 4 на момент прохождения последнего измеряемого импульса. Так происходит в каждом целом минимальном интервале, причем подсчитанные в этих циклах счетчиком 13 количества импульсов измеряемой частоты M_j и зафиксированные 8-м регистром 17 суммируются сумматором 10 и заносятся в 7-й регистр 15. Первый же пришедший после включения питания импульс отсчетного интервала (фиг. 3в) определит начало 1-го образцового интервала времени по моменту прихода последнего импульса измеряемой частоты в последнем целом минимальном интервале, предшествующем отсчетному импульсу (см. фиг. 3е), и одновременно конца нулевого интервала. Записанные в 3-м регистре 5 на момент начала 1-го образцового интервала число меток времени от 1-го счетчика 2 и число минимальных циклов от 2-го счетчика 4, совместно образующие общее число меток времени N_н1 до начала первого образцового интервала от начала предельного интервала, по команде от блока 14 переписывается в 4-й регистр 8. Накопленное сумматором 10 и хранящееся в 7-м регистре 15 число измерительных импульсов, соответствующее нулевому "образцовому" интервалу, переписывается в регистр 9, а сумматор 10 обнуляется. Результаты нулевого интервала (сразу после включения) не используются, т.к. его начало не привязано к измерительным импульсам, а это может привести к ошибкам. В первом образцовом интервале времени (см. фиг. 3) схема работает, как и ранее. К моменту появления 2-го импульса отсчетного интервала (фиг. 3в) в 3-м регистре 5 хранится число меток времени N_к1 от начала предельного интервала до момента последнего импульса измеряемой частоты в последнем целом минимальном интервале, соответствующего концу 1-го образцового интервала (см. фиг. 3е). Число M₁ импульсов измеряемой частоты, подсчитанное 3-м счетчиком 13 и накопленное сумматором 10, относится к 1-му образцовому интервалу и хранится в 7-м регистре 15. По приходу 2-го отсчетного импульса блок управления вырабатывает команды, по которым число M₁ из 7-го регистра 15 переписывается в 1-ю группу адресов 6-го регистра 9 (сумматор 10 обнуляется), число N_к1 - в 3-ю группу адресов 6-го регистра 9, а число N_н1 - во 2-ю группу адресов 6-го регистра 9. Одновременно в 4-й регистр 8 заносится число N_к1 из 3-го регистра 5, которое во 2-м образцовом интервале будет соответствовать его началу (N_к1 = N_н2). Числа N_н1, N_к1 и M₁, соответствующие 1-му образцовому интервалу, из 6-го регистра 9 через шину 12 поступают в персональную ЭВМ 11, в процессоре которой вычисляется разность N_к1-N_г1, с учетом знака, пропорциональная продолжительности 1-го образцового интервала, и определяется текущая измеряемая частота F₁ = M₁/T_об1 = M₁/T_о(N_к1-N_н1). Величина T_о хранится в памяти процессора. Результаты измерений могут быть отображены в цифровом виде или в виде графика на мониторе ПЭВМ, отпечатаны на принтере или через локальную вычислительную сеть переданы в ЭВМ более высокого уровня для использования, например, в АСУТП. В принципе вместо ПЭВМ могут быть использованы более простые специализированные устройства (сумматор, умножитель, цифровой индикатор и т.п.), но при этом возможности ограничены.In FIG. 3d shows pulses of a sufficiently high measured frequency, the repetition period of which T _and less than T _m and significantly less than the reference interval T _from . The third counter 13 counts the number of these pulses in each minimum interval, zeroing at the end of this interval with its zeroing pulse from the control unit 14. For each measured pulse, the control unit 14 generates a control signal, according to which the number of time marks counted at that moment by counter 2 is recorded in 1 7th register, replacing the previously written number in it. Upon the arrival of the next pulse of the minimum interval ending this interval, the control unit 14, making sure that at least one pulse of the measured frequency is recorded in this interval by the counter 13 (at least in one category - “one”), gives the command to the 5th register 6 on overwriting into it from the first register 7 the number of marks corresponding to the last measured pulse at a given minimum interval. At the same time, the control unit 14 gives a command to overwrite in the senior bits of the 3rd register 5 the number of minimum intervals counted by the 2nd counter 4 at the time of passage of the last measured pulse. This happens in each whole minimum interval, and the number of pulses of the measured frequency M _j counted in these cycles by counter 13 and recorded by the 8th register 17 are summed by the adder 10 and entered in the 7th register 15. The first pulse of the counting interval that came after power-up ( Fig. 3c) will determine the beginning of the 1st model time interval from the moment of the arrival of the last pulse of the measured frequency in the last whole minimum interval preceding the reference pulse (see Fig. 3e), and at the same time the end of the zero interrupted. Recorded in the 3rd register 5 at the time of the beginning of the 1st model interval, the number of time stamps from the 1st counter 2 and the number of minimum cycles from the 2nd counter 4, together forming the total number of time _stamps N _н1 to the beginning of the first model interval from the beginning limit interval, at the command of block 14, is copied to the 4th register 8. The number of measuring pulses accumulated by the adder 10 and stored in the 7th register 15, corresponding to the zero “exemplary” interval, is copied to register 9, and the adder 10 is reset. The results of the zero interval (immediately after switching on) are not used, because its beginning is not tied to measuring pulses, and this can lead to errors. In the first exemplary time interval (see Fig. 3), the circuit operates as before. By the time the 2nd pulse of the reference interval (Fig. 3c) appears, the 3rd register 5 stores the number of time _stamps N _k1 from the beginning of the limit interval to the moment of the last pulse of the measured frequency in the last whole minimum interval corresponding to the end of the 1st model interval ( see Fig. 3e). The number M _{1 of} pulses of the measured frequency, counted by the 3rd counter 13 and accumulated by the adder 10, refers to the 1st model interval and is stored in the 7th register 15. Upon arrival of the 2nd counting pulse, the control unit generates commands for which the number M ₁ from the 7th register 15 is rewritten to the 1st group of addresses of the 6th register 9 (the adder 10 is reset to zero), the number N _к1 - to the 3rd group of addresses of the 6th register 9, and the number N _н1 - to the 2nd group addresses 6th register 9. Simultaneously, the 4th register 8 is stored the number of N _k1 third register 5, which in the 2nd exemplary range is from tvetstvovat its top (N _H2 _k1 = N). The numbers N _н1 , N _к1 and M ₁ , corresponding to the 1st model interval, from the 6th register 9 through the bus 12 enter the personal computer 11, in the processor of which the difference N _k1 -N _g1 is calculated, taking into account the sign proportional to the duration 1 -th model interval, and the current measured frequency F ₁ = M ₁ / T _r1 = M ₁ / T _o (N _k1 -N _n1 ) is _determined . The value of T _about is stored in the processor memory. The measurement results can be displayed in digital form or in the form of a graph on a PC monitor, printed on a printer or transmitted via a local area network to a higher-level computer for use, for example, in an automatic process control system. In principle, instead of a PC, simpler specialized devices (adder, multiplier, digital indicator, etc.) can be used, but the possibilities are limited.

В последующих образцовых интервалах схема работает аналогично, за исключением зоны перехода от одного предельного интервала к другому предельному интервалу, когда может оказаться, что N_к ≅ N_н. Это будет рассмотрено позднее, применительно к низким частотам.In the following model intervals, the scheme works similarly, with the exception of the transition zone from one limit interval to another limit interval, when it may turn out that N _to ≅ N _n . This will be considered later in relation to low frequencies.

Отсчеты обновляются через каждый отсчетный интервал (на фиг. 3ж это условно показано заштрихованными столбиками). Благодаря этому оперативно отслеживается даже кратковременное изменение измеряемой высокой частоты. Samples are updated at each counting interval (in Fig. 3g this is conditionally shown by shaded bars). Thanks to this, even a short-term change in the measured high frequency is quickly monitored.

При измерениях средних частот (см. фиг. 3и), когда период измеряемой частоты близок к отсчетному интервалу, в работе схемы имеется одна особенность, связанная с тем, что не в каждый минимальный интервал попадает измерительный импульс (в отличие от высоких частот). В таких интервалах 3-й счетчик 13 во всех разрядах показывает "нули", и блок управления 14 не вырабатывает команду на изменение содержимого регистров 6 и 5, пока не придет импульс измеряемой частоты. Образцовые интервалы могут заметно отличаться по продолжительности, если период T_ис лишь немного меньше T_от, но это не отражается на точности, т.к. их продолжительность известна точно, с дискретностью до T_о и погрешностью ~ 10^-5, определяемой кварцем, а число периодов измеряемой частоты всегда точно укладывается в образцовый интервал. Обновление данных в отсчетах, следующих через интервал T_от, может осуществляться как через каждый отсчетный интервал, при T_ис ≅ T_от, так и через каждый период измеряемой частоты Тис, если он превосходит отсчетный интервал T_от (см. фиг. 3л).When measuring the middle frequencies (see Fig. 3i), when the period of the measured frequency is close to the reference interval, the circuit has one feature related to the fact that not every minimum interval gets a measuring impulse (in contrast to high frequencies). In such intervals, the 3rd counter 13 in all digits shows “zeros”, and the control unit 14 does not generate a command to change the contents of registers 6 and 5 until a pulse of the measured frequency arrives. Sample intervals can vary markedly in duration if the period T _is only slightly less than T _from , but this does not affect accuracy, because their duration is known exactly, with discreteness up to T _о and an error of ~ 10 ^-5 determined by quartz, and the number of periods of the measured frequency always exactly fits into the model interval. Updating of data in counts, following an interval T _on, can be performed through each of the reference interval, with T _uc ≅ T _on and through each period, the measured frequency Tees, if it exceeds the reference interval T _on (see. FIG. 3L).

При измерении низких частот, когда их период T_ин значительно превосходит не только минимальный интервал T_м, но и отсчетный интервал T_от, схема работает, в принципе, так же, как и при измерении высоких и средних частот. Особенность заключается в том, что в подавляющую часть минимальных интервалов не попадают измерительные импульсы, соответственно 3-й счетчик 13 показывает "нули", и перезапись данных в регистры 6, 5, 4 и 9 происходит редко, только после прохождения импульса измеряемой частоты. Здесь возможны два варианта. В первом из них оба импульса некоторого периода измеряемой частоты располагаются внутри предельного интервала T_п (см. фиг. 3м), образцовый интервал полностью находится в границах одного предельного интервала, так что N_к > N_н и разность (N_к - N_н) > 0. При этом длительность образцового интервала равна T_об = T_о(N_к-N_н), а текущая частота подсчитывается ПЭВМ по формуле:
F_тек = M/T_об = M/T_о(N_к-N_н).When measuring low frequencies, when their period T _in significantly exceeds not only the minimum interval T _m , but also the reference interval T _from , the circuit works, in principle, in the same way as when measuring high and medium frequencies. The peculiarity lies in the fact that the measuring pulses do not fall into the overwhelming majority of the minimum intervals, respectively, the 3rd counter 13 shows “zeros”, and rewriting data to registers 6, 5, 4 and 9 rarely happens, only after the pulse of the measured frequency passes. Two options are possible here. In the first of them, both pulses of a certain period of the measured frequency are located inside the limit interval T _p (see Fig. 3m), the reference interval is completely within the limits of one limit interval, so that N _k > N _n and the difference (N _k - N _n ) > 0. In this case, the duration of the model interval is equal to T _about = T _about (N _to -N _n ), and the current frequency is calculated by the PC by the formula:
F _tech = M / T _about = M / T _about (N _to -N _n ).

Заметим, что число периодов M = 1 и обновление отсчетных данных происходит в каждом периоде измеряемой частоты (см. фиг. 3н, п). Note that the number of periods M = 1 and the update of the reference data occurs in each period of the measured frequency (see Fig. 3n, p).

Во втором варианте вследствие несинхронности измеряемых импульсов и меток времени, начало и конец некоторого периода измеряемой частоты T''_ин и образцового интервала T''_обн могут оказаться в соседних предельных интервалах (см. фиг. 3р, с). При этом N_к ≅ N_н и разность (N_к - N_н) ≅ 0, длительность образцового периода равна T_об = T_п + (N_к - N_н)•T_о, а текущая частота подсчитывается ПЭВМ по формуле:

Обновление данных происходит в каждом периоде измеряемой частоты (см. фиг. 3т).In the second embodiment, due to the non-synchronism of the measured pulses and timestamps, the beginning and end of a certain period of the measured frequency _T``in and the reference interval T '' _obn may appear in neighboring limit intervals (see Fig. 3p, c). Moreover, N _{k к} N _n and the difference (N _k - N _n ) ≅ 0, the duration of the model period is T _rev = T _p + (N _k - N _n ) • T _о , and the current frequency is calculated by the PC by the formula:

Data is updated in each period of the measured frequency (see Fig. 3t).

Заметим, что с учетом знака разности (N_к - N_н) ≅ 0 всегда T_об ≅ T_п. Это определяется условием, что максимальный период измеряемой частоты не должен превосходить предельного интервала.Note that, taking into account the sign of the difference (N _k - N _n ) ≅ 0, always T _ob ≅ T _p . This is determined by the condition that the maximum period of the measured frequency should not exceed the limit interval.

На современной элементной базе и с использованием развитого программного обеспечения способ может быть реализован также по схеме, представленной на фиг. 2. Схема по 2-му варианту реализации содержит последовательно соединенные кварцованный генератор меток времени 1, программную логическую матрицу (ПЛМ) 20, вторую шину 21, микропроцессор 22, первую шину 12 и персональную ЭВМ 11, при этом ко 2-му входу программируемой матрицы 20 подсоединен выход источника сигналов измеряемой частоты 16. Схема по второму варианту работает аналогично схеме по первому варианту, при этом 1-я шина 12 и ПЭВМ 11 решают те же задачи, что и в схеме на фиг. 1, программируемая логическая матрица 20 выполняет функции 1-го счетчика 2, 1-го регистра 7, 5-го регистра 6, 3-го счетчика 13 и частично блока управления 14 из схемы на фиг. 1, 2-я шина служит для связи матрицы 20 и микропроцессора 22, а микропроцессор 22 выполняет функции остальных элементов схемы на фиг. 1. Программное обеспечение ПЛМ 20, микропроцессора 22 и ПЭВМ 11 может быть при необходимости представлено. On a modern elemental base and using developed software, the method can also be implemented according to the scheme shown in FIG. 2. The circuit according to the 2nd embodiment includes a sequentially connected quartz time stamp generator 1, a program logic matrix (PLM) 20, a second bus 21, a microprocessor 22, a first bus 12 and a personal computer 11, while to the 2nd input of the programmable matrix 20, the output of the signal source of the measured frequency 16 is connected. The circuit according to the second embodiment works similarly to the circuit according to the first embodiment, while the first bus 12 and the PC 11 solve the same problems as in the circuit in FIG. 1, the programmable logic matrix 20 performs the functions of the 1st counter 2, 1st register 7, 5th register 6, 3rd counter 13 and partially control unit 14 from the circuit of FIG. 1, the 2nd bus serves to connect the matrix 20 and the microprocessor 22, and the microprocessor 22 performs the functions of the remaining elements of the circuit in FIG. 1. The software of the PLM 20, the microprocessor 22 and the PC 11 can be presented if necessary.

Элементы схем на фиг. 1 и 2 реализуются на основе серийных микросхем и других технических средств широко известными методами, в частности в качестве ПЛМ 20 может использоваться ПЛМ серии FLEX8000 фирмы "ALTERA", в качестве микропроцессора - RISC- процессор типа ADSP2181, в качестве ПЭВМ - PC ЭВМ типа "Pentium" или др. Блок управления 14 из схемы на фиг. 1 также может быть реализован на основе ПЛМ той же серии. Персональная ЭВМ, кроме подсчета частот, может решать и другие задачи, исходные данные по которым поступают через другие порты. The circuit elements in FIG. 1 and 2 are implemented on the basis of serial microcircuits and other technical means by well-known methods, in particular, PLTER 20 of the FLEX8000 series by ALTERA can be used, as a microprocessor - a RISC processor type ADSP2181, and as a PC - PC computer type " Pentium "or other control unit 14 of the circuit of FIG. 1 can also be implemented based on the PLM of the same series. A personal computer, in addition to counting frequencies, can solve other problems, the initial data for which are received through other ports.

Заявленный способ был реализован по схеме на фиг. 2, при этом специальная часть, без шины 12 и ПЭВМ 11, размещена на плате (модуле) с габаритами 100х130х15 мм. The claimed method was implemented according to the circuit of FIG. 2, while the special part, without bus 12 and PC 11, is placed on a board (module) with dimensions of 100x130x15 mm.

При частоте кварцевого генератора 8 МГц (T_о = 0,125 мкс) и общем числе разрядов 1-го и 2-го счетчиков, равном 64, реализованы интервалы T_м ~ 30 мкс, T_п~ 8 мин и T_от = 2 мс.With a crystal oscillator frequency of 8 MHz (T _o = 0.125 μs) and a total number of bits of the 1st and 2nd counters equal to 64, the intervals T _m ~ 30 μs, T _p ~ 8 min, and T _from = 2 ms are realized.

При этом обеспечиваются, с одной стороны, измерения частот, без переключений, в диапазоне от 0,002 Гц до 400 кГц (более 8 порядков), с другой стороны, отслеживание изменений высокой частоты через интервал 2 мс (может программно изменяться), а средних и низких частот - через каждый их период; и погрешность измерения частоты менее 0,01%. This provides, on the one hand, frequency measurements, without switching, in the range from 0.002 Hz to 400 kHz (more than 8 orders of magnitude), on the other hand, tracking changes in the high frequency over an interval of 2 ms (can be programmatically changed), and medium and low frequencies - through each of their periods; and frequency measurement error of less than 0.01%.

Заявленный способ обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом:
- значительное расширение диапазона измеряемых, без переключений, частот (на несколько порядков);
- повышение динамичности отслеживания больших и быстрых изменений высоких частот с периодичностью контроля в несколько миллисекунд и чаще, или реже, а средних и низких частот - через каждый их период;
- повышение точности измерений путем адаптации образцового интервала к периодам измеряемой частоты и высокоточного отсчета его продолжительности и тем самым исключения влияния дробных частей периода измеряемой частоты в пределах образцового интервала.The claimed method has the following advantages compared with the prototype:
- a significant expansion of the range of measured, without switching, frequencies (by several orders of magnitude);
- increasing the dynamism of tracking large and fast changes in high frequencies with a frequency of control of several milliseconds and more often, or less often, and medium and low frequencies - after each of their periods;
- improving the accuracy of measurements by adapting the reference interval to the periods of the measured frequency and high-precision reading of its duration and thereby eliminating the influence of fractional parts of the period of the measured frequency within the reference interval.

Экономический эффект в настоящее время не может быть оценен, но при широком распространении способа он может быть значительным. The economic effect at the present time cannot be estimated, but with the widespread use of the method, it can be significant.

Claims

A method of measuring the frequency of pulses, in which a continuous sequence of reference time stamps with a repetition period of T _o and sample intervals T _about time is formed by counting the reference time stamps, the number of M periods of the measured frequency is calculated within the reference time intervals, and the current result is determined by the formula F = m / T _on, characterized in that by counting the reference timestamps form the minimum T _m, T _from the reference and limit T _n time intervals, the intervals set boundaries exemplary bp Meni with readability of T _on for the time of arrival of the last pulse frequency to be measured in the final overall minimum interval before measuring indicator slot, so that the start of the current model range coincides with the end of the prior model interval counted numbers N _H and N _{to the} reference marks time from the start of the limit interval to respectively, the beginning and end of the model interval, calculate the duration of the latter by the formulas
T _about = T _about (N _to - N _n ), if N _to > N _n ,
or T _about = T _p + T _about (N _to - N _n ), if N _to ≅ N _n , count the number of pulses Mj of the measured frequency in the minimum intervals and calculate the number of periods M of the measured frequency by summing the numbers Mj within the reference interval, excluding first pulse at the beginning of this interval, the minimum interval T _m is selected greater period upper measurement frequency and the period T _{of the} timing marks, the limiting interval T _n is selected equal to or greater period of lower measurement frequency, the duration of the interval T _by measuring indicator is set in the face ah from minimum to limit interval, depending on the use of measured data, and update the output of measurement results is carried out in each of the reference interval, if the period of the measured frequency measuring indicator does not exceed the range, and in each period of the measured frequency - otherwise.