RU2659466C1 - Преобразователь частоты следования импульсов в код - Google Patents
Преобразователь частоты следования импульсов в код Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659466C1 RU2659466C1 RU2017124285A RU2017124285A RU2659466C1 RU 2659466 C1 RU2659466 C1 RU 2659466C1 RU 2017124285 A RU2017124285 A RU 2017124285A RU 2017124285 A RU2017124285 A RU 2017124285A RU 2659466 C1 RU2659466 C1 RU 2659466C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- counter
- inputs
- pulse
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в системах обработки данных, формируемых импульсными датчиками. Технический результат заключается в увеличении точности обработки данных, формируемых импульсными датчиками. Преобразователь частоты следования импульсов в код содержит образцовый генератор, соединенный выходом со счетным входом первого счетчика, второй счетчик, формирователь входных импульсов, два буферных регистра, входы которых соединены с выходами счетчиков, элемент НЕ, два элемента И. Дополнительно введены вычислительное устройство и арифметическое пороговое устройство, вход которого подключен к выходу первого счетчика, а выход соединен с первым входом первого элемента И непосредственно и с первым входом второго элемента И через элемент НЕ. Вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к выходу формирователя входных импульсов. Выход первого элемента И подключен к объединенным управляющим входам первого и второго счетчиков и первого и второго буферных регистров, а выход второго элемента И подключен к счетному входу второго счетчика. Выходы первого и второго буферных регистров подключены к входам вычислительного устройства. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в системах обработки данных, формируемых импульсными датчиками.
Известны преобразователи частоты следования импульсов в код, содержащие образцовый генератор, соединенный выходом со счетным входом первого счетчика, выход которого подключен через буферный регистр к первому входу вычислительного устройства, формирователь входных импульсов, выход которого подключен к управляющему входу счетчика (патент РФ №2173857, МПК G01R 23/00, 2001 г.; патент РФ №2300112, МПК G01R 23/10, 2007 г.; Орнадский П.П. Автоматические измерения и приборы. – Киев: Вища школа, 1973, с. 404-405; Шляндин В.М. Цифровые измерительные устройства. - М.: Высшая школа, 1981, с. 156-160).
Принцип действия известных устройств основан на измерении периода Т следования импульсов путем подсчета с помощью счетчика количества импульсов N образцового генератора в течение периода следования импульсов измеряемой частоты и вычислении частоты путем обратного преобразования числа подсчитанных за период T следования импульсов.
Недостатком известных устройств является низкая точность в широком диапазоне измеряемых частот. Приближенно погрешность измерения частоты обратно пропорциональна числу импульсов образцовой частоты, подсчитанному за период, т.е.
где ƒ0 - частота следования импульсов генератора опорной частоты.
Это означает, что при изменении входной частоты в 100 раз, погрешность преобразования также изменяется в 100 раз.
Таким образом, недостаток известных устройств - низкая и переменная точность в широком диапазоне изменения входной частоты.
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является преобразователь частоты следования импульсов в код, содержащий образцовый генератор, соединенный выходом со счетным входом первого счетчика, второй счетчик, формирователь входных импульсов, два буферных регистра, входы которых соединены с выходами счетчиков, элемент НЕ, два элемента И, блок управления, ПЗУ, формирователь сигнала «Готовность», причем вход устройства соединен через формирователь импульсов с первым входом блока управления, третий вход которого подключен к первому выходу образцового генератора, управляющий вход первого счетчика подключен к первому выходу блока управления, выход формирователя сигнала «Готовность» соединен с одноименным выходом устройства (патент РФ №2402025, МПК G01R 23/02, 2008 г.).
Принцип действия известного устройства основан на измерении периода Т следования импульсов путем подсчета с помощью счетчика количества импульсов N образцового генератора в течение периода и вычислении частоты путем обратного преобразования числа подсчитанных за период измерения импульсов. Приближенно погрешность измерения частоты обратно пропорциональна числу импульсов образцовой частоты, подсчитанному за период, т.е. 
где ƒ0 - частота следования импульсов генератоpa опорной частоты. Это означает, что при изменении входной частоты в 100 раз, погрешность преобразования также изменяется в 100 раз.
Таким образом, недостаток известного устройства - низкая и переменная точность в широком диапазоне изменения входной частоты.
Цель предлагаемого изобретения - повышение точности преобразования частоты следования импульсов в код в широком диапазоне изменения входной частоты.
Поставленная цель достигается тем, что в известный преобразователь частоты следования импульсов в код, содержащий образцовый генератор, соединенный выходом со счетным входом первого счетчика, второй счетчик, формирователь входных импульсов, два буферных регистра, входы которых соединены с выходами счетчиков, элемент НЕ и два элемента И, дополнительно введены вычислительное устройство и арифметическое пороговое устройство, вход которого подключен к выходу первого счетчика, а выход соединен с первым входом первого элемента И непосредственно и с первым входом второго элемента И через элемент НЕ, вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к выходу формирователя входных импульсов, выход первого элемента И подключен к объединенным управляющим входам первого и второго счетчиков и первого и второго буферных регистров, а выход второго элемента И подключен к счетному входу второго счетчика, выходы первого и второго счетчиков через первый и второй буферные регистры подключены к входам вычислительного устройства.
По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемый преобразователь частоты следования импульсов в код имеет следующие отличительные признаки:
- вычислительное устройство;
- арифметическое пороговое устройство.
Следовательно, заявляемый преобразователь частоты следования импульсов в код соответствует требованию «новизна».
По каждому отличительному существенному признаку проведен поиск известных технических решений в области измерительной техники.
Известны вычислительные устройства в преобразователях частоты следования импульсов в код (патент РФ №2380716, МПК G01R 23/02, 2010 г.). В предлагаемом устройстве и известных технических решениях вычислительные устройства выполняют аналогичные функции: вычисление частоты путем обратного преобразования числа, пропорционального периоду.
Арифметические пороговые устройства в известных технических решениях аналогичного назначения не обнаружены.
Следовательно, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».
Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем. Входные импульсы измеряемой частоты с выхода формирователя импульсов поступают на счетный вход первого счетчика. Арифметическое пороговое устройство выполняет сравнение двоичного кода на выходе первого счетчика с пороговым значением - числом N0. Второй счетчик выполняет суммирование (счет) входных импульсов в течение интервала времени, в течение которого число, записанное в первом счетчике, меньше N0. После превышения числом, записанным в первом счетчике, порогового значения N0 счет импульсов образцового генератора продолжается до момента поступления импульса преобразуемой частоты. В этот момент происходит запоминание числа, записанного в первом счетчике, и числа, записанного во втором счетчике, которое равно числу целых периодов импульсов входной частоты. Вычислительное устройство выполняет вычисление частоты импульсов в зависимости от запомненных значений первого и второго счетчиков. Так как число подсчитанных первым счетчиком импульсов всегда больше N0, то погрешность преобразования в соответствии с выражением (1) не превышает значения 
при любой входной частоте следования входных импульсов.
В результате обеспечивается высокая точность преобразования частоты следования импульсов в широком диапазоне изменения входной частоты.
Следовательно, предлагаемое изобретение соответствует требованию «положительный эффект».
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена функциональная схема, а на фиг. 2 приведены временные диаграммы работы преобразователя частоты следования импульсов в код, поясняющие сущность изобретения. На фиг. 1 обозначено: 1 - образцовый генератор; 2 - формирователь входных импульсов; 3 и 6 - первый и второй счетчики; 4 и 5 - первый и второй элементы И; 7 - арифметическое пороговое устройство; 8 и 10 - первый и второй буферный регистры; 9 -элемент НЕ; 11 - вычислительное устройство. На фиг. 2 символом и с соответствующими индексами обозначены выходные сигналы элементов устройства, символами N3 и N6 - числа, записываемые соответственно в первом и втором счетчиках 3 и 6. При этом число N3, формируемое путем счета импульсов высокой частоты, упрощенно представлено линией.
В преобразователе частоты следования импульсов в код образцовый генератор 1 соединен выходом со счетным входом первого счетчика 3, выход которого подключен через первый буферный регистр 8 к первому входу вычислительного устройства 11, формирователь входных импульсов 2 выходом подключен к объединенным вторым входам первого и второго элементов И, счетный вход второго счетчика 6 подключен к выходу второго элемента И 5, а выход подключен через второй буферный регистр 10 к второму входу вычислительного устройства 11, вход арифметического порогового устройства 7 подключен к выходу первого счетчика 3, а выход соединен с первым входом первого элемента И 4 непосредственно и с первым входом второго элемента И 5 через элемент НЕ 9, выход первого элемента И 4 подключен к объединенным управляющим входам первого и второго счетчиков 3 и 6 и первого и второго буферных регистров 8 и 10.
Преобразователь частоты следования импульсов в код работает следующим образом. Входные импульсы измеряемой частоты ƒ с выхода формирователя импульсов 2 поступают одновременно на вторые входы первого и второго элементов И 4 и 5. Выходные импульсы образцового генератора 1, следующие с частотой ƒ0, ƒ0>>ƒ, поступают на счетный вход первого счетчика 3. Первый счетчик 3 имеет разрядность n. При этом разрядность первого счетчика 3 выбирается из соотношения
где ƒмин - минимальное значение частоты следования импульсов.
Арифметическое пороговое устройство 7 выполняет сравнение двоичного кода на выходе первого счетчика 3 с пороговым значением - числом N0, которое выбирается из условия
Если записанное в первом счетчике 3 число N<N0, то на выходе арифметического порогового устройства 7 действует сигнал логического нуля, а на выходе элемента НЕ 9 - сигнал логической единицы. Сигнал логической единицы с выхода элемента НЕ 9 действует на первом входе второго элемента И 5 и, следовательно, разрешает счет числа входных импульсов вторым счетчиком 6. Сигнал логического нуля с выхода арифметического порогового устройства 7, действующий на входе первого элемента И, запрещает сброс первого и второго счетчиков 3 и 6 и запись данных в буферные регистры 8 и 10.
Входные импульсы измеряемой частоты с выхода формирователя импульсов 2 поступают через элемент И 5 на счетный вход второго счетчика 6. При этом в нем происходит суммирование импульсов и формирование на выходе двоичного числа М, соответствующего этой сумме.
В процессе счета импульсов опорного генератора 1 число в первом счетчике 6 достигает порогового уровня N0 (моменты времени t1 и t3 на фиг. 2). При N≥N0 на выходе арифметического порогового устройства 7 формируется сигнал логической единицы, а на выходе элемента НЕ 9 - сигнал логического нуля. В этом режиме сигнал логической единицы с выхода арифметического порогового устройства 7, действующий на первом входе элемента И 4, формирует разрешение сброса первого и второго счетчиков 3 и 6 и записи содержимого этих счетчиков в буферные регистры 8 и 10. Сигнал логического нуля, действующий с выхода элемента НЕ 9 на первом входе второго элемента И 5, запрещает счет входных импульсов вторым счетчиком 6. В результате этого первый импульс, поступивший с выхода формирователя импульсов 2, при выполнении условия N≥N0 передним фронтом производит запись содержимого первого и второго счетчиков 3 и 6 в буферные регистры соответственно 8 и 10 и сброс задним фронтом первого и второго счетчиков 3 и 6 (моменты времени t2 и t4 на фиг. 2). В результате этого в первом буферном регистре 8 сохраняется число N импульсов, просуммированных за целое число М+1 периодов следования входных импульсов, а во втором буферном регистре сохраняется число М. Далее процесс повторяется.
Коды с выходов первого и второго буферных регистров 8 и 10 поступают на входы вычислительного устройства 11. В вычислительном устройстве 11 вычисляется частота следования импульсов по формуле
где τ - интервал измерения, равный М+1 периодам следования импульсов измеряемой частоты.
Погрешность преобразования частоты следования импульсов в код определяется по формуле (1). Эта погрешность обратно пропорциональна числу импульсов образцового генератора, накопленных за интервал измерения τ. При n-разрядном счетчике и выборе порогового значения арифметического порогового устройства 7 из условия N0≈2n-1 число, накапливаемое в первом сумматоре 3, принадлежит диапазону N0<N<2N0. Следовательно, погрешность преобразования частоты следования импульсов в код находится в диапазоне
Время измерения зависит от периода следования импульсов измеряемой частоты и числа N, записываемого в первом счетчике в конце интервала счета, и равно
Так как число импульсов, записываемое в первом счетчике в конце интервала счета, принадлежит диапазону N0<N<2N0, то, следовательно, время измерения определяется по формуле
Минимальная измеряемая частота следования импульсов определяется разрядностью первого счетчика 3 в соответствии с выражением (2) по формуле
Максимальная частота следования входных импульсов определяется разрядностью второго счетчика 6. При равной разрядности первого и второго счетчиков 3 и 6 максимальная частота следования входных импульсов равна
Для известных счетчиков (аналогов и прототипа) минимальная частота входных импульсов также определяется разрядностью счетчика в соответствии с выражением (3). Максимальная частота определяется допустимой погрешностью преобразования. В соответствии с выражением (1) она равна
Если принять δƒ=0,01, то 
т.е. в 200 раз меньше, чем в предлагаемом устройстве. При этом погрешность преобразования увеличивается пропорционально измеряемой частоте следования импульсов.
Таким образом, использование в преобразователе частоты следования импульсов в код, содержащем образцовый генератор, соединенный выходом со счетным входом первого счетчика, второй счетчик, формирователь входных импульсов, два буферных регистра, входы которых соединены с выходами счетчиков, элемент НЕ, два элемента И, дополнительно вычислительного устройства и арифметического порогового устройства, вход которого подключен к выходу первого счетчика, а выход соединен с первым входом первого элемента И непосредственно и с первым входом второго элемента И через элемент НЕ, при этом вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к выходу формирователя входных импульсов, выход первого элемента И подключен к объединенным управляющим входам первого и второго счетчиков и первого и второго буферных регистров, а выход второго элемента И подключен к счетному входу второго счетчика, выходы первого и второго буферных регистров подключены к входам вычислительного устройства, обеспечивает повышение точности преобразования частоты следования импульсов в код в широком диапазоне изменения входной частоты.
Использование предлагаемого технического устройства в измерительных системах, работающих с импульсными датчиками физических величин, позволит повысить точность обработки данных и качество систем измерительной техники и автоматики.
Claims (1)
- Преобразователь частоты следования импульсов в код, содержащий образцовый генератор, соединенный выходом со счетным входом первого счетчика, второй счетчик, формирователь входных импульсов, два буферных регистра, входы которых соединены с выходами счетчиков, элемент НЕ, два элемента И, отличающийся тем, что дополнительно введены вычислительное устройство и арифметическое пороговое устройство, вход которого подключен к выходу первого счетчика, а выход соединен с первым входом первого элемента И непосредственно и с первым входом второго элемента И через элемент НЕ, вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к выходу формирователя входных импульсов, выход первого элемента И подключен к объединенным управляющим входам первого и второго счетчиков и первого и второго буферных регистров, а выход второго элемента И подключен к счетному входу второго счетчика, выходы первого и второго буферных регистров подключены к входам вычислительного устройства.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124285A RU2659466C1 (ru) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Преобразователь частоты следования импульсов в код |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124285A RU2659466C1 (ru) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Преобразователь частоты следования импульсов в код |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659466C1 true RU2659466C1 (ru) | 2018-07-02 |
Family
ID=62815803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017124285A RU2659466C1 (ru) | 2017-07-07 | 2017-07-07 | Преобразователь частоты следования импульсов в код |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659466C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5099243A (en) * | 1991-03-06 | 1992-03-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Digital frequency measurement receiver with bandwidth improvement through multiple sampling of complex signals |
| US5235287A (en) * | 1991-07-05 | 1993-08-10 | Sanderson Richard B | Frequency measurement receiver with bandwidth improvement through phase shifted sampling of real signals using sampling rate selection |
| RU2173857C1 (ru) * | 2000-08-09 | 2001-09-20 | ООО "Научно-производственное предприятие "Мера" | Способ измерения частоты импульсов |
| RU2178908C1 (ru) * | 2000-05-06 | 2002-01-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Преобразователь периода в код |
| RU2240565C1 (ru) * | 2003-03-12 | 2004-11-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Устройство для контроля частоты вращения |
| RU2402025C2 (ru) * | 2008-12-15 | 2010-10-20 | Николай Анатольевич Мурашко | Способ измерения частоты (варианты) и устройство для его осуществления (варианты) |
-
2017
- 2017-07-07 RU RU2017124285A patent/RU2659466C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5099243A (en) * | 1991-03-06 | 1992-03-24 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Digital frequency measurement receiver with bandwidth improvement through multiple sampling of complex signals |
| US5235287A (en) * | 1991-07-05 | 1993-08-10 | Sanderson Richard B | Frequency measurement receiver with bandwidth improvement through phase shifted sampling of real signals using sampling rate selection |
| RU2178908C1 (ru) * | 2000-05-06 | 2002-01-27 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Преобразователь периода в код |
| RU2173857C1 (ru) * | 2000-08-09 | 2001-09-20 | ООО "Научно-производственное предприятие "Мера" | Способ измерения частоты импульсов |
| RU2240565C1 (ru) * | 2003-03-12 | 2004-11-20 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Устройство для контроля частоты вращения |
| RU2402025C2 (ru) * | 2008-12-15 | 2010-10-20 | Николай Анатольевич Мурашко | Способ измерения частоты (варианты) и устройство для его осуществления (варианты) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SE519631C2 (sv) | Synkron CDMA-ackvisitionskrets | |
| US9568889B1 (en) | Time to digital converter with high resolution | |
| JP6792602B2 (ja) | 高分解能の時間−ディジタル変換器 | |
| DK166695B1 (da) | Gennemstroemningsvolumenmaaler til flydende medier | |
| CN114623890A (zh) | 一种气体超波声流量计及其跳波识别校正方法 | |
| JP2007529724A (ja) | 多重にゼロクロスが検出される超音波フローセンサにおける伝搬時間差の決定 | |
| RU2659466C1 (ru) | Преобразователь частоты следования импульсов в код | |
| JP6725819B2 (ja) | 位置の正確な測定のための、方法、システム、トランスポンダ、及び位置検出装置 | |
| CN111721966A (zh) | 基于时差法的流速测量方法、装置、设备及可读存储介质 | |
| US4685075A (en) | Apparatus for measuring propagation time of ultrasonic waves | |
| EP3447505B1 (en) | Phase measurement device and instrument in which phase measurement device is applied | |
| RU2657368C1 (ru) | Способ преобразования частоты следования импульсов в код | |
| JP2572249B2 (ja) | レーザドップラ速度計 | |
| JP4199589B2 (ja) | 距離測定装置 | |
| RU2751020C1 (ru) | Цифровой измеритель сдвига фаз гармонических сигналов | |
| RU2312315C1 (ru) | Цифровой термометр | |
| JP2661048B2 (ja) | 速度検出装置 | |
| JPH0692987B2 (ja) | 周期測定器 | |
| RU2614203C1 (ru) | Измеритель скорости счета статистически распределенных во времени импульсов | |
| RU2731168C1 (ru) | Прецизионный аналогово-цифровой преобразователь с промежуточным преобразованием в частоту и способ преобразования напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием в частоту | |
| RU182760U1 (ru) | Корреляционный измеритель скорости | |
| RU180028U1 (ru) | Корреляционный измеритель скорости | |
| RU2352072C1 (ru) | Устройство для контроля канала связи | |
| RU164241U1 (ru) | Устройство управления коэффициентом усиления передающего устройства рлс на основе восстановления параметров усиливаемого сигнала | |
| RU1840975C (ru) | Устройство для измерения девиации частоты |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190708 |