SU980012A1 - Устройство измерени приращени частоты электрических сигналов - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПРИРАЩЕНИЯ ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Изобретение относитс  к области кон рольно-измерительной техники и может быгь использовано, в частности в изме- рительных системах с частотными датчи ками, в устройствах стабилизации частоты . Известно устройство дл  измерени  приращени  частоты, содержащее формирователь , элемент совпадени , перюключа тель, счетный блок начального значени  частоты, схему перезаписи, генератор ка либрованной частоты, делитель частоты, блок управлени  и счетный блок значени приращени  частоты. Работа устройства основана на подсчете числа импульсов измер емых частот в заданном интерваЛе времени Cl 1 Однако это устройство имеет больщую погрешность измерени  из-за несовпадени  границ заданного временного интервала . Кроме того, диапазон частот, приращение которых измер етс , ограничен быстродействием счетных схем. Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  устройство дл  измерени  приращени  частоты электрических сигналов, содержащее формирователь мерных интервалов, генератор эталонной последовательности, формирователь импульсов, элемент совпадений, основной и дополнительный вентили, основной и дополнительный счетчики, вычислитель . В нем регистрируютс  совпадени  импульсов эталонной последовательности и последовательности импульсов неизвесрной частоты и формируетс  временной интервал между импульсами совпадений. Йод-:считываетс  число Ngпериодов эталонной последовательности и число п совпадений , попавщих в сформированный инте| вал между Совпадени ми. По подсчитанным значени м N3 н п дл  номинальной f) и неизвестной f 2 частот определ ют искомую разность д f. Указанное устройство позвол ет расширить диапазон частот, приращение которых измер етс 

за счет того, что обеспечивает воэможность выбора достаточно большого временного интервала между совпадени ми при произвольном сочетании частот

иН.,Ш.

Однако рыбор совпадений в известном устройстве не  вл етс  оптимальным ,изза чего возможна потер  точности измерений при больших расстройках.

Целью изобретени   вл етс  повыше- ние точности.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройство измерени  приращени  частоты электрических сигналов, содержащее последовательно соединенные генератор эталонной последовательности, первый вентиль, первый счетчик и вычислитель, последовательно соединенные формирователь мерных интервалов, второй вентиль второй счетчик, а также формирователь импульсов и элемент сравнени , два входа которого соединены соответственно с выходами формировател  импульсов и генератора эталонной последовательности, при этом второй выход первого счетчика подключен к первому входу формировател  мерных интервалов, выход которого соединен с вторым входом первого вентил , выход второго счетчика подключен к второму входу вычислител , введены первый и второй элементы ИЛИ и М каналов , каждый из которых содержит последовательно соединенные счетчик канала, элемент сравнени  кодов и первый дополнительный вентиль, а также последова- тельно соединенные регистр, дешифратор и второ дополнительный вентиль, причем в каждом канале выход счетчика канала соединен с кодовым входом регистра, выход которого подключен к второму входу элемента сравнени  кодов, управл ющие входы счетчика канала, регистра и вторые входы первого и второго дополнитель ных вентилей соединены вместе и подключены в первом канале к выходу элемента сравнени , во всех каналах, начина  со второго, управл ющие входы счетчика , регистра и вторые входы первого и второго дополнительных вентилей соеди нены с выходом первого дополнительного вентил  предыдущего канала,импульсные входы счетчиков Каждого канала соедине ны с выходом генератора эталонной последовательности , выходы вторых дополнительных вентилей каждого канала и первого дополнительного вентил  последнего канала соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, вы ход которого подключен ко второму входу формировател  мерных интервалов, выходы первого и второго дополнительных вентилей первого канала соединены соот .ветственно с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу второго вентил .

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 - временна  диаграмма, по сн юща  работу устройства .

Устройство содержит генератор 1 эталонной последовательности, формирователь 2 импульсов, элемент 3 сравнени , формирователь 4 мерных интервалов, первый .вентиль 5, первый счетчик 6, вычислитель 7, второй вентиль 8, второй счетчик 9, второй элемент ИЛИ10, первый элемент ИЛИ 11, М-каналов, в каждый из которых входит счетчик 12 канала, регистр 13, элемент 14 сравнени  кодов, дещифратор 15, первый дополнительный вентиль 16 и второй дополнительный вентиль 17.

Устройство работает следующим образом .

В каждом канале счетчики 12 канала подсчитывают поступающие на их импульсные входы импульсы с генератора 1 эталонной последовательности между моментами прихода импульсов на управл ющие входы счетчиков 12, регистров 13 и вторые входы вентилей 16 и 17. В момент прихода импульса на управл ющий вход счетчика 12, его состо ние фиксируетс . Элемент 14 сравнени  кодов сравнивает код счетчика 12 и код регистра 13. Если в этот момент код счетчика 12 больше (или меньше) кода регистра 13, то элемент 14 открывает вентиль 16 и пропускает импульс, поступающий в это врем  на его первый вход. Одновременно дешифратор 15 анализирует код регистра 13, и, если он больше заданного значени  NjjTO дешифратор 15 открывает вентиль 17 и пропускает импульс, поступающий на первый вход этого вентил . По окончании действи  импульсов (например , по их заднему фронту), поступающих на управл ющие входы счетчика 12 и регистра 13, содержимое счетчика 12 переписываетс  в регистр 13, а сам счетчик обнул етс . После этого процесс повтор етс . Таким образом, в каждом канале вход ща  последовательность импульсов, поступающа  в него на управл ющие входы счетчика 12 и регистра 13, а также на вторые входы вентилей 16 и 17, преобразуетс . На выходе вентил  16 формируетс  нова  последовательность, составленна  из тех импульсов вход щей последовательности , которые образуют начальные (или конечные) границы таких интервалов между ближайшими импульсами , этой последовательности, длительность которых больше (или меньше) длительности предшествующих им аналогичных интервалов. Нова  последовательность вы бранных импульсов поступает в следующий канал. При этом дл  первого канала вход щей  вл етс  последовательность импульсов совпадений, сформированных элементом 3 из совпадающих импульсов

эталонной частоты j и неизвестной частоты f у , поступающих на его первый и второй входы, соответственно, с выходом генератора 1 и формировател  2.

В свою очередь, последовательность импульсов, выбранных в первом канале, через его вентиль 16 поступает во второй канал и уже дл  него  вл етс  вход щей и т. д. Очевидно, что временной.интервал ме ду импульсами каждой новой последовательности больще, чем интервал между импульсами вход щей последовательности , из которой формируетс  нова . Поэтому, в части каналов, начина  с того, дл  которого временные интервалы между импульсами вход щ.ей последовательности достаточно велики, коды на входах де- щифраторов 15 превышают заданное аначение Ыз-В этих каналах помимо преобразовани  вход щие последовательности пропускаютс  через вентили 17 на соответствующие входы элемента ИЛИ 11, а через него на импульсный вход формировател  4 мерных интервалов. Если ни В ОДНОМ из каналов вентили 17 не откры ты, то на элемент ИЛИ 11 и через него на формирователь 4 мерных инервалов поступают импульсы с выхода вентил  16 последнего канала. На «эл емент ИЛИ 10 поступают импульсы с выходов вентилей 16 и 17 первого канала, а через него передаютс  на вход вентил  8. Формирователь 4 мерных интервалов по первому прищедшему на него импульсу открывает, а по tr закрывает вентили 5и 8. При этом счетчик 6 подсчитывает число N э импульсов, прошедших через вентиль 5. Когда содержимое счетчика 6превысит наперед задаваемое число NO с него на формирователь мерных интервалов 4 подаетс  сигнал, разрешающий по одному из последующих импульсов , поступающих на импульсный вход.

л т N N Э Э

где 1 - номер канаЗта, с которого снимаетс  последовательность выбранных импульсов , Т э - период эталонной последовательности .

Работа устройства по сн етс  с позакрыть вентили 5 и 8. В это врем  счетчик 9 подсчитвает число п импульсов , прошедших через вентиль 8. В первом цикле преобразовани , соответствуюшего значению f исследуемой частоты подсчитанные счетчиками 6 и 9 числа, соответственно -1-, «в момент закрывани  вентилей 5 и 8 запоминаютс  вычислителем 7. При подаче частоты f;; все операции повтор ютс , и новые коды 6 к п счетчика 9, соответствующие частоте х 2 момент закрыти  вентилей 5 и 8, поступают на вычислитель 7, который определ ет приts ращение частоты д о формуле мошью диаграммы, представленной на фиг, 2. На диаграмме последовательности разбиты на участки. Импульсы эталонной , назовем ее первой, последовательности с периодом Tj l/f изображены на участках а, г, ж. Дл  удобства определени  импульсы эталонной последовательности пронумерованы. Аналогичным образом на участках б, д, з представлены импульсы второй последовательности периодом Тд - 1/fx Совпадени  импульсов первой и второй последовательностей образуют последовательность импульсов совпадений. Импульсы совпадений группируютс  в паке ьг . Временные интервалы между импульсами , вход щими в пакеты, ршвны Т т.е. величине периода первой последовательности . Между пакетами образуютс  интервалы, имеющие длительность, превышающую величину 2X3. Это позвол ет в первом канале из исходной последовательности совпадений выделить либо первые, либо последние импульсы пакетов импульсов совпадений, так как эти импульсы образуют границы интервалов, длительность которых отличаетс  от длительнос к соседних с ними интервалов. В частности на диаграмме (фиг. 2в,и) это импульсы с номерами О, 4, 8, 11, 15, 18 и 22. В произвольном случае совпадени  реализуютс  не при одинаковом взаимном распапожении совпадающих импульсов первой и второй последовательностей. Если прин ть за начальное состо ние взаимное положение импульсов первой и iBTOppft последовательностей некоторого произвс ьного совпадени , то в следующих совпадени х наблюдаетс  смешение совпадаклцих импульсов по сравнению с начальным состо нием. Например, если на диаграмме (фиг. 2) прин ть за начальное досто ние совпадение, реализуемо имцуйьсом (3 первой последовательности , то импульс 4, реализующий перво п 1 совпадение за начальным, имеет смещение с/Т ,импульс 8, реализук ций второе п 2 совпадение имеет смещение Т (2)2 /r1j т. д. Очевидно, что дл  первого совпадени или Рлп. ближайших совпадений, имеет место равенство . (2) где N и Nj - число периодов, соответ ственно, первой и второй последовательностей между ближайшими совпадени ми, а сЛт J погрещность задани  интервала меж-д ду совпадени ми. Учитыва , что. дл  ближайших совпадений имеет место равенство N Ь N i - 1 можно записать послеподстановки (3 ) i и (2), . i.hl т,-т. Дл  произвольного совпадени  И име ет место следующее соотношение , .. . n( (n) N;.n .--: э х Э1.а «I а I V Следовательно число )определ ет и номер импульса первой последовательности , на котором реализовалась п-е совпадение. В первом канале выдел етс  последовательность импульсов совпадений, имею щих номера N Ни). Эта последовательност поступает во второй канала. Как уже отмечалось, дл  каждого сов падени  Нд1п),следующего за начальным, с увеличением номера п возрастает и величина смещени  (n) В св зи с тем, что смещение сУЧ(п) увеличивает с , интервал, между тем импульсом первой последовательности, котбрый имеет номер Г J (n-fJH предшествует импульсу совладени , и ближайшим к нему импульом второй последова1ельности, уменьшаетс  на такую же величину. Очевидно, что существует такое число, п: при котором выполн етс  неравенство е(Уч;7,Тэ-Тх,(6) из которого следует Неравенство Тх есУч; 7,Тэ -(7) Но это означает, что импульс первой последовательности, имеющий номер , также совпадает с импульсом второй последователь ности. При этом временной интервал между Р - м совпадением, реализованном на импульсе первой последовательности р номером N -1, а не с номером N О и (-)-м совпадением, реализованном на N (11-1)-м имп;ульсе fc-4 первой-последовательности, равен .гТ,1 ЛЛ f у а не N Та .как это имеет место дл  I/ у остальных интервалов между совпадени ми , т.е. имеет место интервалы между совпадени ми, длительность которого от личаетс  от длительности соседних аналогичных интервалов. номером N 6 - -1 Если совпадение с прин ть за начальное и вновь продолжить аналогичный анализ, то можно получить очередной интервал между совпадени ми, длительность которого отличаетс  от соседних , таким образом, получаетс  последовательность указанных интервалов, имеющих длительности, отличные от длительностей аналогичных соседних с ними интервалов. Совпадение п 1, реализуемое 4-м импульсом, имеет смещение сЛТ, , совпадение имеет смещение оно реализовано на 8-м импульсе. Однако совпадение п 3 реализовано не на 12-м импульсе, как этого следовало ожидать, а на 11-м. При этом реализуетс  интервал между совпадени ми, равный , а не Т 4Т ,как это имеет место дл  предшествующих совпадений. Во втором канале из последовательности импульсов, вход щих в него, выдел ютс  те, которые образуют начальные (или конечные) границы интервалов jt Т между совпадени ми, длительность которых отличаетс  от длительности соседних интервалов. Временной интервал между импульсами , выдел емыми вторым каналом, определ етс  следующим образом. На основа9 НИИ неравенства (6) можно vi откуда с учетом равенства (2) имеем э- ;(Тэ-ГлНх Тогда число N периодов т между совпадени ми, выбираемыми вторым каналом , определ етс  следующим соотношением -1 . ОО) )-т, Аналогичным образом дл  произвольного i-ro канала получае1 :  следующа  зависимость -N;-, (11) Ni- где М J - число периодов эталонной последовательности между импульсами, вы деленными в I-M канале,d T - VTblLBe личины смещений совпадений, соответствующие последовательност м, выдел емы в (1-1 )-м и (i-2)-M каналах. Дл  совпадений, выдел емых i -м ка налом, имеют место соотношени  T li XiNxV- c . олт; или приближенные равенства x.. T,N;,C.T, Х2 . Дл  этих совпадений справедливы с отношени  Nv. N l iJx7- 92- 2. где n 2 - числа интервалов между с падени ми, выдел емыми в первом кан ле и содержащиес  в мерном интервал между импульсами, выделенными в iканале . а ве пи получить, чтоУчитыва , что прирашение периода из9S001210 мер емой частоты определ етс  формулой (8) ,(18) также подставл   (16) и (17), соот тственно, в (14) и (15), можно засать (ai-,-) Х1 V Э1 T,NL T,. (Н )ДTN Х1 Разделив левые и правые части уравнени  (2О) на левые и правые части уравнени  (19), можно получить одно уравнение TX-,(NS,+ ,) N;, ,- i) После йреобразований получаетс  расчетное соотношение (1). Сравным погрешность квантовани , возникакщую при использовании последо„ ,. вательностей, формируемых первым и вторым каналами. Дл  первого канала на основании соотношени  (5) крутизна преобразовани  € определ етс  следующим равенством i X , Лт;р17Г(1 :ТТ-- ( Тэ-Txf dTx dTx Погрешность квантовани  определ етс  как величина изменени  Т при изменении N 1 на единицу и может быть прин та как значение dTy при . После подстановки в равенство (22), полу- чаетс  ( сЗЫз 1 Аналогичным образом погрешность квантовани  дл  второго канала определи, етс  по зависимости (Ю) и равна ., / -iVIxil.J. VdN-f- ет, е При ES п первые интервалы как дл  последовательностей, сформированных в первом канале, так и дл  последовательностей , сформированных во втором канале ,  вл ютс  одинаковыми. Однако погрешность квантовани  в случае использовани  второго канала меньше, чем погрешность квантовани  первого канала. С увеличением числа каналов погрешность уменьшаетс .

Таким образом, посредством выделени  импульсов совпадени  последовательной цепочкой каналов достигаетс  уменьшение погрешности квантовани . За счет этого предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности измерени  по сравнению с известным.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР

№ 530260, кл. Q 01 R 23/10, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР № 765741, кл. Q 01 R 23/1О, 18.09.78.

N

-I I