SU690403A1 - Частотометр - Google Patents

Description

(54) ЧАСТОТОМЕР

1

Изобретение относитс  к области радиотехники и может быть использовано в измерительных радиотехнических устройствах особенно при измерении частоты коротких (широкополосных ) сигналов.

Известны счетчики частоты, содержащие формирователь, опорный генератор , делитель частоты, триггер, ключ и дес тичный (или двоичный) счетчик. С помощью делител  частоты и триггера из стабильного напр жени  опорного генератора вырабаты ,Баютс  мерные импульсы, длительност которых строго калибрована. Эти импульсы открывгиот ключ, в результате чего исследуемый сигнал поступает на дес тичный (или двоичный) счет-, чик в течение калиброванного интервала времени 1Ь

Показани  счетчика пропорционалны или равны частоте измер емого сигнала. Однако высока  точность измерени  в таких счетчиках не може быть получена в случае исследовани  краткрвреМенных процессов.

Известно также устройство измерени  частоты сигналов, которое содержит счетчик частоты, состо щий

из опорного генератора, делител  частоты, триггера, ключа, формировател  и грубого счетчика, делител  частоты с переменным коэффициентом делени , дополнительного ключа, прецизионного счетчика и дополнительного триггера, которого подк.лючен к выходу ключа счетчика , другой вход - к выходу триггера счетчика, а выход - к одному из входов делител  частоты, причем один из входов прецизионного счет- . чика соединен с выходом формировател , а второй - с выходом дополнительного ключа 2.

Устройство позвол ет синхронизировать начало мерного интервала с первым сигнальным импульсом таким образом, что в мерный интервал попадает целое число периодов и неполна  часть периода сигнала, причем эта часть благодар  синхронизации оказываетс  в конце мерного интерВсша .

Целое число периодов измер етс  с помощью счетчика частоты, а часть периода с помощью опорного генератора , делител  с переменным коэффициентом делени , дополнительного

ключа и прецизионного счетчика.

Коэффициент делени  делител  с еременным коэффициентом деЛейн  ыбираетс  таким образом, чтобы частота опорного напр жени  на входе прецизионного счетчика в IDS раз (при дес тичном счете) превьлааьлачастоту сигнала.

Число 103 характеризует степень повышени  точности отсчета ( 5 - число декад в прецизионном счетчике).

Недостатком известного устройства  вл етс  ограниченное быстродействие , определ емое быстродействием рецизионного счетчика, частота счета которого в IDS раз должна быть ыше частоты сигнала. Вследствие этого невозможно получить требуемую насто щее врем  точность измерени  астоты за врем  пор дка 0,1-10 мкс и проводить измерени  на высоких частотах.

Другим недостатком  вл етс  налиие зависимости погрешности измерени  от частоты сигнала. Измерени  производ тс  без ошибки лишь при условии, что частота опорного напр жени  на входе прецизионного счетчика в 10 S раз больше частоты сигнала. Если это соотношение не выполн етс , измерение выполн етс  с ошибкой.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и уменьшение погрешности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство измерени  частоты сигналов, содержащее делитель астоты, опорный генератор, триггер, формирователь, ключ и счетчик целого числа периодов о введены блок квадатурной обработки, N компарато-. ов, 2 N аттенюаторов и сумматор, причем вход сумматора соединен с выходом счетчика целого числа периодов сигнала, вход формировател  соединен со входом квадратурной обработки, первый выход котО рого соединен со входами К первых аттенюаторов, выходы которых соответственно соединены с первыми входами компараторов, выходы которых соединены с сумматором, а второй выход блока квадратурной обработки соединен с выходами N вторых аттенюаторов , выходы которых соответственно соединены со вторыми входами компараторов, третьи входы которых соединены с выходом делител  частоты..

Сущность предлага:емого изобретени  сострит в квантований набега фазы входного сигнала с разными дискретами , одной - равной периоду сигнала 2JC, и другой - равной части периода в диапазоне 0-f2«, и последующем подсчете полного набега фазы в заданном интервале времени.

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства, на фиг. 2 изображены эпюры, по сн ющие его работу. .

Частотомер, содержит шину входного сигнала 1, опорный генератор 2, делитель частоты 3, триггер 4, ключ 5, формирователь 6 импульсов, счетчик 7 целого числа периодов сигна ,лов, сумматор 8, блок квадратурной обработки 9, N компараторов 10,N первых аттенюаторов 11,N вторых аттенюаторов 12. ,

Коэффициенты передали К первых аттенюаторов 11 равныKjj co«.n , а.

N вторых аттенюаторов 12 равны . гог

.

где п - номер компаратора, с которым соединены данные аттенюаторы, п 1, 2, . . . ,N .

Устройство работает следующим образом.

С помощью опорного генератора 2 и делител  частоты 3 формируютс  короткие импульсы начала в мо- мент 1ц и конца в момент t,, мерного интервала времени Т, на котором производитс  измерение (фиг.2)

Счетчик частоты 7 производит подсчет целого числа периодов входного сигнала на интервале Т, а неполные части периодов входного сигнала в начале и в конце мерно-го интервала Т определ ютс  в моменты 1ц и t с помощью блока квадратурной обработки 9,. 2N аттенюаторов и N компараторов. Затем в сумматоре 8 производитс  суммирование неполных частей периода начала и конца м(ерного интервала Т с целым числом периодов 2 входного сигнала на интервале Т. Величина суммы пропорциональна частоте сигнала на этом интервале.

Подсчет целого числа периодов е осуществл етс  следующим образом. В формирователе 6 входной сигнал преобразуетс  в последовательность коротких импульсов. Эти импульсы в открытом состо нии ключа 5 подаютс  на вход-счетчика 7 и регистрируютс  им. Ключ 5 открываетс  на мерный интервал времени Т, формируемый с помощью триггера 4 из коротких импульсов 1ц и t,, , поступающих с делител  частоты 3,

Определение неполной части пери ода в начале и конце мерного интервала осутдествл етс .следующим образом . Входной сигнал, преобразуемый в блоке квадратурной обработки в два сигналаи(1)-и-ы-п{()(Ои u4{t)U-coft p(t) где tf - ги плитуда входного сигна-г

ла, а tpft) - фаза входного сигнала поступает на входы аттенюаторов.

Учитыва  коэффициенты передачи аттенюаторов, сигналы на входах компараторов равны

vlaiU fO- к;() )

П / П rf

)«lAt)-K|,( cos«p(t) . n

в момент поступлени  коротких импульсов все компараторы одновременно производ т сравнение сигналов, поступающих на их входы. Номер компаратора Пв , сигналы на входах которого наиболее близки друг другу, с учетом знака сигнала однозначно определ ет неполную часть периода в пределах . Пусть в момент 1„ сигналы на входах компаратора п„(1„} равны друг другу, то есть

U;Sin4(t). ) :

, и.собЧ)(г„).,(1„)- ,

откудаб1п с(г„)-га:п„а„)о

и

осчЗ- г.оа).

или с учетом дискретности о,пределени  неполной части периода

f(t,)r,,(l)tf

Аналогично определ етс  неполна  часть периода f(i) в конце мерного интервала: .

fft,b-fn(t,)if

и частота сигнгша, определ ема  в сумматоре, пропорциональна

23(г-ч(1„)-asce + H-ftK)

суммарному набегу фазы на интервале Т.

Ж

4(N-1)

В области

или 4Чк4 «-)

погрешность определени  частоты посто нна и не зависит от фазы.

В области ) ; (N-1)4..

7 fi

или ( (N-i)q)

возможен пропуск счетчиком цело1х периода измер емой частоты. Веро тность Р по влени  этого пропуска определ етс  величиной трчиой дискреты определени  фазы и разн етс , при условии равномерного распределени  фазы,

.

К Средн   квадратична  погрешность

определени  частоты дГ(,р на интервале Т вызванна  пропусками равн етс 

2бГ

4f..

ер NT

Эта погрешность не превышает погрешности определени  частоты, вызванной величиной точной дискреo ты. Необходимо отметить, что TO Iность измерени  частоты не зависит от амплитуды входного сигнала; Данный частотомер позвол ет проводить измерени  в широком частотном

5 диапазоне и на высоких частотах. Частотомер особенно эффективен при измерении частоты коротки х (широкополосных) импульсных сигналов , а также при измерении законов изменени  частоты.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Частотомер, содержащий последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты, тригг;ер и ключ, вход которого через формирователь импульсов соединен с шиной входного сигнала, а выход ключа соединен со входом счетчика целого

   0 числа периодов сигнала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и уменьшени  погрешности измерений, введены блок квадратурной обработки , tf компара5 topoB, первых и вторых аттенюаторов и сумматор, причём первый вход сумматора соедийен с выходомсчетчика целого числа периодов сигнала,, вход формировател  импульсов соединен

   со входом блока квадратурной обработки , первый выход которого соединен со входами К первых аттенюаторов, выходы которых соответственно соединены с первыми входами компараторов,

   f выходы которых соединены с сумматором, а второй выход блока квадратурной обработки соединен со входами N вторых аттенюаторов, выходы которых соответственно соединены со вторыми

   входами компараторюв, третьи входы торых соединены с выходом делител  частоты.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. А.П.Горшков. Аппаратура дл  частотных и временных измерений, изд-во Советское радио , М., 1971.
2. 2.. Авторское свидетельство СССР № 482692, кл. G 01 1 23/02,11.05.1973, (прототип).

   0