SU771563A1 - Цифровой измеритель периода - Google Patents

Description

Изобретение относится к области радиоизмерительной техники. Устройство предназначено для измерения периода гармонических сигналов и может быть применено при создании преци- 5 зионных частотно-измерительных устройств.

Известен цифровой измеритель средней частоты, содержащий схемы И, предварительный счетчик, счетчик времени измерения с переключателем предустановки, блок памяти, блок коммутации, триггер и схему И-НЕ £11 .

Недостатком этого устройства является недостаточная помехозащищен- 15 ность, так как единственным способом уменьшения ошибки, обусловленной наличием аддитивных шумов во входном исследуемом сигнале, является увеличение числа усредняемых 20 периодов, что приводит к увеличению времени измерения, при котором может существенно измениться сама измеряемая величина.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, содержащее формирующее устройство, делитель частоты, многоканальный формирователь времени из- 30 мерения, генератор образцовой частоты, линию задержки, электронные ключи, схему ИЛИ, счетчик импульсов и индикатор [2].

Недостатком этого устройства является относительно высокая ошибка дискретности, которая определяется периодом образцового генератора. Увеличение частоты образцового генератора f_or ограничено максимальной рабочей частотой Гр^йх^используемой элементной базы. Учитывая, что в данном устройстве схема ИЛИ и счетчик импульсов работают на частоте m * где m - число независимых каналов усреднения, максимальная частота опорного генератора f - Романс (1) ^гагмЗк π.

Целью изобретения является повышение точности измерения периода.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее формирователь импульсов, выходом подключенный к входу делителя частоты, выходы которого соединены с входами формирователя времени измерения, генератор образцовой частоты, счетчик, выходы которого подключены к первой группе входов индикатора, введены реверсивный счетчик, сумматор и регистр памяти. Причем суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к первому выходу формирователя времени измерения, второй выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выходами соединенного с первыми входами сумматора, вторые входы которого подключены к второй группе входов индикатора и выходам регистра памяти, входы регистра памяти сое~> динены с выходами сумматора, выход переноса которого подключен к счетному входу счетчика, выход генератора образцовой частоты подключен к входам синхронизации формирователя времени измерения и регистра памяти.

Введение дополнительных элементов и связей между ними позволяет осуществлять запоминание числа одновременно усредняемых в данный момент временных JQ интервалов и производить увеличение содержимого регистра памяти на это число при поступлении каждого последующего импульса от генератора опорной частоты. ' 2S

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 изображены эпюры, поясняющие принцип его работы.

Устройство включает в себя формирователь 1 импульсов, делитель частоты 2, многоканальный формирователь вре- ™ мени измерения 3, генератор образцовой частоты 4, реверсивный счетчик 5, сумматор 6, регистр памяти 7, индикатор 8 и счетчик 9.

Формирователь импульсов,делитель частоты 2, многоканальный формирователь времени измерения 3 и реверсивный счетчик 5 соединены последовательно. Выходы реверсивного счетчика соединены с первыми входами сумматора б. 4Q Выходы сумматора соединены с входами регистра памяти 7. Выходы регистра памяти соединены с вторыми входами сумма·· тора и с входами индикатора 8. Выход генератора образцовой частоты 4 соеди-днен с входами синхронизации многоканального формирователя времени измерения и регистра памяти.

Устройство работает следующим образом. SO

Перед началом измерения реверсивный³⁰ счетчик 5> регистр памяти 7 и.счетчик 9 установлены в нулевое состояние. Поэтому по импульсу генератора образцовой частоты 4 в сумматоре 6 происходит суммирование нулей, реверсивного счетчика и регистра памяти, и устройство продолжает находиться, в исходном состоянии.

Сигнал, период которого надо измерять, поступает на формирователь Г, 60 на его выходе образуется поток импульсов , соответствующих моментам перехода смеси сигнала и шума на входе устройства через нулевой уровень (фиг. 2 а); Через делитель частоты 2 45 импульсы поступают на многоканальный формирователь времени измерения 3, который формирует m временных интервалов , сдвинутых один относительно другого на время ΐ* (фиг. 2 б и г), 5 где - время корреляции случайного процесса. На суммирующий вход реверсивного счетчика 5 с выхода формирователя 3 поступают импульсы, соответствующие передним фронтам временных интервалов, а на вычитающий вход импульсы, соответствующие задним фронтам (фиг. 2 е и ж).

В многоканальном формирователе 3 происходит привязка фронтов временных интервалов к импульсам гене15 ратора 4, в результате которой на входы реверсивного счетчика поступают не импульсы фронтов интервалов, а следующие во времени непосредственно за ними импульсы генератора образцовой частоты (фиг. 2 е й ж) . Эта привязка позволяет синхронизировать процессы суммирования и переписи информации в регистр памяти.

Импульс, соответствующий переднему фронту первого временного интервала, пройдя, на суммирующий вход реверсивного счетчика 5, устанавливает на его выходе двоичный код 1, который суммируется с кодом регистра памяти 7. Результат суммирования по каждому импульсу генератора 4 переносится с выхода сумматора 6 в регистр памяти.. Поэтому с каждым импульсом содержимое регистра памяти увеличивается на единицу.

После прихода на суммирующий вход реверсивного счетчика импульса, соответствующего переднему фронту второго временного интервала, на выходе, реверсивного счетчика устанавливается двоичный код 2, и теперь по каждому импульсу генератора 4 содержимое регистра 7 увеличивается на два и т.д., т.е. после прихода переднего фронта iti -го временного интервала содержимое регистра памяти увеличивается на jD.no каждому импульсу образцовой частоты генератора 4.

Импульсы, соответствующие задним фронтам временных интервалов, уменьшают состояние реверсивного счетчика 5 на единицу каждый. Поэтому после появления заднего фронта первого Временного интервала каждый импульс генератора 4 увеличивает содержимое регистра 7 на m-1, а после заднего 55 фронта m-го временного интервала на.выходе реверсивного счетчика устанавливается код О и изменение сос£®жния регистра прекращается. При этом в.регистре фиксируется число, пропорциональное среднему периоду Измеряемого сигнала, которое определяется с помощью индикатора 8.

Регистр 7 имеет количество разрядов (к), равное разрядности сумматора, которое равно числу разрядов реверсивного счетчика й выбирается из соотношения 2%т 4 2^К. Счетчик 9 имеет количество разрядов е = с.-Х, где с - число разрядов^ необходимое для измерения максимального значения измеряемой величины с учетом одновременного усреднения m интервалов. На вход счетчика 9 подается сигнал с выхода переноса сумматора 6. Сумматор осуществляет суммирование содержимого реверсивного счетчика 5 и содержимого регистра 7 по модулю К·, а число сигналов переноса подсчитывается счетчиком 9. При этом младшие разряды числа, пропорционального среднему периоду измеряемого сигнала, фиксируются в регистре 7, а старшие разряда - в счетчике 9.

В данном многоканальном измерителе периода как бы параллельно работают m независимых каналов, измеряющих средний из и периодов исследуемого сигнала. Расстояние между началом I и I +1-го окна формируется делителем 2 и многоканальным формирователем времени измерения 3 и определяется временем корреляции случайного процесса.

Очевидно, что ошибка дискретности при применении предлагаемого устройства определяется периодом образцового генератора, рабочая частота которого с целью получения минимальной ошибки дискретности может быть выбрана максимальной для данной элементной базы, т.е.

£_ог -ίονιακΟ ’ ’ в то время как в известном устройстве 2 рабочая частота в m раз меньше максимальной.

Из сравнения соотношения (1) и (2) видно, что применение данного^устройства позволяет уменьшить ошибку дискретности, а следовательно, повысить точность измерения в m раз. Кроме того, увеличение m не ведет к заметному увеличению объема оборудования, так как число разрядов реверсивного йчетчика с ростом числа каналов растет не пропорционально τη , а пропор ционально iog 2^Γπ , а число разрядов сумматора 6 и регистра 7 не зависит от m и определяется максимальным значением измеряемой величины с учетом одновременного усреднения m интервалов.

Применение устройства позволяет снизить.· не только ошибку, обусловленную шумами, без заметного увеличения времени измерения, но и ошибку дискретности, т.е. обеспечить измерение периода с более высокой точностью.

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к области радиоизмерительной техники. Устройство предназначено дл  измерени  пе ода гармонических сигналов и может быть применено при создании прецизнойных частотно-измерительных устройств . Известен цифровой измеритель сре ней частоты, содержащий схемы И, предварительный счетчик, счетчик времени измерени  с переключателем предустановки, блок пам ти, блок коммутации, триггер и схему И-НЕ I Недостатком этого устройства  вл етс  недостаточна  помехозащищенность , так как единственным способом уменьшени  ошибки, обусловленной наличием аддитивных шумов во входном исследуемом сигнале,  вл етс  увеличение числа усредн емых периодов, что приводит к увеличению времени измерени , при котором может существенно изменитьс  сама измер ема  величина. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство, содержащее формирующее устройство, делитель частоты, много канальный формирователь времени измерени , генератор образцовой частоты, линию задержки, электронные ключи, схему ИЛИ, счетчик импульсов и индикатор 2. Недостатком этого устройства  вл етс  относительно высока  ошибка дискретности, котора  определ етс  периодом образцового генератора. Увеличение частоты образцового генератора ограничено максимальной рабочей частотой используемой элементной базы. Учитыва , что в данном устройстве схема ИЛИ и счетчик импульсов работают на частоте m « fd.fj где m - число независимых каналов усреднени , максимальна  частота опорного генератора WH§«-f Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  периода. Цель достигаетс  тем, что в устройство, содержащее фо1 ирователь импульсов, БЫХОДС подключенный к входу делител  частоты, выходы которого соединены с входги к формировател  времени измерени , генератор образцовой частоты, счетчик , выходы которого подключены к первой группе входов индикатора. вбедены реверсивный счетчик, сумматор и регистр п 1м ти. Причем суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к первому вьвсоду формировател  времени измерени , второй выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выходами соединенного с первыми . входами сумматора, вторьте входы которого подключены к второй группе ;входов индикатора и выходам регистра пам ти, входы регистра пам ти соединены с выходами сумматора, выход переноса которого подключен « счетному входу счетчика, выход генератора образцовой частоты подключен к входам синхронизации формировател  времени измерени  и регистра пам ти. Введение дополнительнш элементов и св зей между ними позвол ет осуществл ть запо14инание числа одновременн усредн емых в данный момент временных интервалов и производить увеличение содержимого регистра пам ти на это число при поступлении каждого последу щего импульса от генератора опорной частоты. На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 изображен эпюры, по сн ющие принцип его работы, Устройство включает в себ  формиро ватель 1 импульсов, делитель частоты 2, многот анальный формирователь времени измерени  3, генератор образцовой частоты 4, реверсивный счетчик 5, сумматор б, регистр пам ти 7, индикатор 8 и счетчик 9. формирователь импульсов,делитель частоты 2, многоканальный формирователь времени измерени  3 и реверсивный счетчик 5 соединены последователь но. Выходы реверсивного счетчика соединены с первыми входами сумматора б. Выходы сумматора соединены с входами регистра пам ти 7. Выходы регистра па м ти соединены с вторыми входами сумма тора и с входами индикатора 8. Выход генератора образцовой частоты 4 соеди нен с входами синхронизации многоканального формировател  времени измере ни  и регистра пам ти. Устройство работает следующим об разом. Перед началом измерени  реверсивны счетчик 5 регистр пам ти 7 и,счетчик 9 установлены в нулевое состо ние. По этому по импульсу генератора образцовой частоты 4 в сумматоре б происходит суммирование нулей - реверсивного счетчика и регистра пам ти, и устройство пр1одолжает находитьс , в  сходиом состо нии. Сигнал, период которого надо измер ть , поступает на формирователь 1 на его выходе образуетс  потоке импуль сов , соответствующих моментам перехода смеси сигнала и шума на входе устройства через нулевой уровень (dfcHr. 2 а); Через делитель частоты 2 импульсы поступают на многоканальный формирователь времени измерени  3, который формирует m временных интервалов , сдвинутых один относительно другого на врем  t (фиг. 2 б и г), где ty, врем  коррел ции случайного процесса. На суммирующий вход реверсивного счетчика 5 с выхода формировател  3 поступают импульсы, соответствующие передним фронтам временных интервалов, а на вычитаниций вход импульсы , соответствующие задним фронтам (фиг. 2 е и ж). В многоканальном формирователе 3 происходит прив зка фронтов временных интервалов к импульсам генератора 4, в результате которой на входы реверсивного счетчика поступают не импульсы фронтов интервалов, а следующие во времени непосредственно за ними импульсы генератора образцовой частоты фИ1. 2 ей ж). Эта прив зка позвол ет синхронизировать процессы суммировани  и переписи информации в регистр пам ти. Импульс, соответствующий переднему фронту первого временного интервала , пройд , на суммиругощий вход реверсивного счетчика 5, устанавливает на его выходе двоичный код 1, который суммируетс  с кодом регистра пам ти 7. Результат суммировани  по каждому импульсу генератора 4 переноситс  с выхода сумматора б в регистр пам ти.. Поэтому с каждым импульсом содержимое регистра пам ти увеличиваетс  на единицу. После прихода на суммирук ций вход реверсивного счетчика импульса, соответствующего переднему фронту второго временного интервала, на выходе, реверсивного счетчика устанавливаетс  двоичный код 2, и теперь по каждому импульсу генератора 4 содержимое регистра 7 увеличиваетс  на два и т.д., т.е. после прихода переднего фронта п -го временного интервала содержимое регистра пам ти увеличиваетс  на т по каждому импульсу образцовой частоты генератора 4. Импульсы, соответствующие задним фронтам временных интервалов, уменьшают состо ние реверсивного счетчика 5 на единицу каждый. Поэтому после по влени  заднего фронта первого временного интервала каждый импульс генератора 4 увеличивает содержимое регистра 7 на m-1, а после заднего фронта m-го временного интервала на.выходе реверсивного счетчика устанавливаетс  код О и изменение сосёел ни  регистра прекращаетс . При этом в,регистре фиксируетс  число, пропорциональное среднему периоду измер емого сигнала, которое определ етс  с помсмцью индикатора 8. Регистр 7 имеет количество ра р дов (к), равное разр дности сумматора , KOTOjioe равно числу разр дов реверсивного счетчика и выбираетс  из соотношени  4 2. Счетчик 9 имеет количество разр дов е с., где с - число разр дов необходимое дл  измерени  максимального значени  измер емой величины с учетом одновременного усреднени  m интервалов На вход счетчика 9 подаетс  сигнал с выхода переноса сумматора 6. Сумматор осуществл ет суммирование содержимого реверсивного счетчика 5 и содержимого регистра 7 по модулю к., а число сигналов переноса подсчитываетс  сч етчйком 9. При этом младшие разр ды числа, пропорционального среднему периоду измер емого сигнала фиксируютс  в реглстре 7, а старшие разр ды - в счетчике 9. В данном многоканальном измерител периода как бы параллельно работают m независимых каналов, измер ющих средний из п периодов исследуемого сигнала. Рассто ние между началом I и I +1-ГО окна формируетс  делителем 2 и многоканальным формирователем времени измерени  3 и определ етс  временем коррел ции случайного процесса. Очевидно, что ошибка дискретности при применении предлагаемого устройства определ етс  периодом образцового генератора, рабоча  частота которого с целью получени  минимальной ошибки дискретности может быть выбрана максимальной дл  данной элементной базы, т.е. fo.r .нокс 1 . w, U. : В ТО врем  как в известном устройстве 2 рабоча  частота в m раз меньш максимальной, Из сравнени  соотношени  (1) и (2 видно, что применение данного устрой ства позвол ет уменьшитьошибку диск ретности, а следовательно, повысить точность измерени  в m раз. Кроме того, увеличение m не ведет к заметному увеличению объема оборудовани . так как число разр дов реверсивного Ъчетчика с ростом числа каналов рас гет не пропорционально гп , а пропорционально fog 2 , а число разр дов сумматора6 и регистра 7 не зависит от m и определ етс  максимальным значением измер емой величины с учетом одновременного усреднени  m интервалов . Применение устройства позвол ет снизить не только ошибку, обусловленную шумами, без заметного увеличени  времени измерени , но и ошибку дискретности, т.е. обеспечить измерение периода с более высокой точностью. Формула изобретени  Цифровой измеритель периода, содержащий формирователь импульсов, выход которого подключен к входу делител  частоты, выходы которого соединены с входами формировател  времени измерени , генератор образцовой частоты, счетчик, выходы которого подключены к первой группе входов индикатора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, в него введены реверсивный счетчик, сумматор и регистр пам ти, причем суммирующий вход реверсивного счетчика подключен к первому выходу формировател  времени измерени , второй выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, выходы которого соединены с первыми входами сумматора, вторые входы которого подключены к второй группе индикатора и выходам регистра пам ти , входы которого соединены с выходами сумматора, выход переноса которого подключен к счетному входу счетчика, выход генератора образцовой частоты подключен к входам синхронизации формировател  времени измерени  и регистра пам ти. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 468176, кл. G 01 R 23/02, 1975.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № 611158, кл. G 04 F. 10/04; 1978.

   M

   i/i./