RU2659466C1 - Преобразователь частоты следования импульсов в код - Google Patents

Преобразователь частоты следования импульсов в код Download PDF

Info

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
Application number
RU2017124285A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Иванович Малафеев
Владимир Игоревич Коняшин
Сергей Сергеевич Малафеев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью Компания "Объединенная Энергия"
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 Общество с ограниченной ответственностью Компания "Объединенная Энергия" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью Компания "Объединенная Энергия"
Priority to RU2017124285A priority Critical patent/RU2659466C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2659466C1 publication Critical patent/RU2659466C1/ru

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.
Figure 00000001
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.
Figure 00000002
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
Figure 00000003
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
Figure 00000004
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
Figure 00000005
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
Figure 00000006
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
Figure 00000007
или 2-n<δƒ<2-n+1.
Время измерения зависит от периода следования импульсов измеряемой частоты и числа N, записываемого в первом счетчике в конце интервала счета, и равно
Figure 00000008
Так как число импульсов, записываемое в первом счетчике в конце интервала счета, принадлежит диапазону N0<N<2N0, то, следовательно, время измерения определяется по формуле
Figure 00000009
или
Figure 00000010
Минимальная измеряемая частота следования импульсов определяется разрядностью первого счетчика 3 в соответствии с выражением (2) по формуле
Figure 00000011
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
Figure 00000012
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
Figure 00000013
Если принять δƒ=0,01, то
Figure 00000014
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)

  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.
RU2017124285A 2017-07-07 2017-07-07 Преобразователь частоты следования импульсов в код RU2659466C1 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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
RU47530U1 (ru) Корреляционный измеритель скорости

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190708