Способ измерения отношения частот

Авторы патента:

G01R23/10 - путем преобразования частоты в последовательность импульсов и их подсчета

Владельцы патента RU 2589351:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения отношения частот периодических сигналов. Способ заключается в том, что формируют из целого числа периодов частоты первого сигнала первый измерительный интервал времени, получая первый код, в течение которого подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая третий код, одновременно с этим формируют из целого числа периодов частоты второго сигнала измерительный интервал времени, получая второй код, в течение которого подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая четвертый код, при этом отношение частот первого и второго сигналов получают путем умножения первого кода на четвертый код, второго кода на третий код и делением первого произведения кодов на второе произведение кодов. Технический результат заключается в уменьшении максимальной относительной методической погрешности дискретизации при измерении отношения частот. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения отношения частот периодических сигналов.

Известен способ измерения отношения частот двух сигналов, имеющих синусоидальную форму [Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. - М.: Высшая школа, 1989. - 383 с. с ил.]. Способ заключается в том, что сигналы преобразуются в фигуры Лиссажу, которые отображаются на экране осциллографа, путем подключения первого сигнала к горизонтальным отклоняющим пластинам ЭЛТ, а второго сигнала к вертикальным отклоняющим пластинам ЭЛТ. Изображение на экране осциллографа стабилизируется, если отношение частот первого и второго сигналов может быть выражено в целых числах.

Недостатком способа является узкая область его применения, т.к. фигуры Лиссажу появляются только, если отношение частот первого и второго сигналов может быть выражено в целых числах. Кроме того, возникают трудности определения значений целых чисел на экране осциллографа, когда целые числа велики, например при значениях больше 100.

Известен способ измерения отношения частот двух сигналов, являющийся прототипом предлагаемого изобретения [Орнатский, П.П. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые). - К.: Вища шк., 1986. - 504 с.]. Способ заключается в том, что подсчитывают целое число периодов частоты первого сигнала, получая первый код, уложившихся в целом числе периодов частоты второго сигнала, получая второй код, а отношение определяют путем деления первого кода на второй код.

Однако этот способ характеризуется большой максимальной относительной методической погрешностью дискретизации особенно на низких частотах. Абсолютное значение погрешности дискретизации при подсчете периодов одной частоты в течение измерительного интервала времени, который формируется из целого числа периодов второго сигнала, лежит в диапазоне (-Т₁…+Т₁), где T₁ - период первой частоты. Таким образом, максимальная относительная погрешность дискретизации способа-прототипа будет равна $\frac{1}{m \cdot Т_{2}}$ , где m - целое число периодов второй частоты, из которых сформирован измерительный интервал времени. Например, если F₁ (первая частота) близка к 1000 Гц, a F₂ (вторая частота) близка к 100 Гц, то за время измерения 1 с максимальная относительная методическая погрешность дискретизации будет равна 0,1%. Для уменьшения ее значения в 100 раз потребуется увеличить время измерения до 100 с.

Задачей (технический результат) предлагаемого изобретения является уменьшение максимальной относительной методической погрешности дискретизации при измерении отношения частот.

Поставленная задача решается следующим образом. Формируют из целого числа периодов частоты первого сигнала первый измерительный интервал времени, получая первый код, в течение которого подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая третий код, одновременно с этим формируют из целого числа периодов частоты второго сигнала измерительный интервал времени, получая второй код, в течение которого подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая четвертый код, при этом отношение частот первого и второго сигналов получают путем умножения первого кода на четвертый код, второго кода на третий код и делением первого произведения кодов на второе произведение кодов.

На фигуре 1 приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит:

Формирователи импульсов (Ф) 1, 2;

Ключи (К) 3, 4, 5, 6;

Счетчики импульсов (Сч) 7, 8, 9, 10;

Устройство управления (УУ) 11;

Генератор импульсов (ГИ) 12;

Отсчетное устройство (ОУ) 13.

Выходы формирователей импульсов 1 и 2 соединены с информационными входами ключей 3 и 4 соответственно, а также с импульсными входами Uимп.вх1 и Uимп.вх2 устройства управления 11 соответственно. Выходы ключей 3 и 4 присоединены к счетным входам счетчиков импульсов 7 и 8 соответственно. Выход генератора импульсов 12 присоединен к информационным входам ключей 5 и 6, а их выходы связаны со счетчиками импульсов 9 и 10 соответственно. Информационные выходы счетчиков 7, 8, 9, 10 связаны с информационными входами Uинф.вх1, Uинф.вх2, Uинф.вх3, Uинф.вх4 устройства управления 11 соответственно. Импульсные выходы устройства управления 11 Uимп.вых1, Uимп.вых2, Uимп.вых5, Uимп.вых6 соединены с входами сброса в ноль счетчиков импульсов 7, 8, 9, 10 соответственно. Входы управления ключами 3, 4, 5 и 6 связаны с импульсными выходами Uимп.вых3, Uимп.вых4, Uимп.вых7, Uимп.вых8 устройства управления 11 соответственно. Информационный выход микроконтроллера Uинф.вых1 устройства управления 11 присоединен к входу отсчетного устройства 13.

Формирователи импульсов 1, 2 могут быть выполнены на основе компаратора, например МАХ9692 (производства MAXIM). В качестве ключей 3, 4, 5 и 6 могут быть использованы микросхемы МАХ14778 (производства MAXIM). Счетчики импульсов 7, 8, 9 и 10 могут быть выполнены, например, по традиционной схеме на триггерах МАХ9381 (производства MAXIM) либо содержатся в микроконтроллере устройства управления 11. В качестве микроконтроллера устройства управления 11 может быть выбрана схема, например, АТ32АР7000 (производства Atmel). Генератор импульсов 12 может быть выполнен на основе кварцевого генератора, например, ГК137-ТС (производства МОРИОН). В качестве отсчетного устройства 13 может быть использован персональный компьютер с USB входом.

Способ осуществляется следующим образом. На вход формирователя импульсов 1 (см. фиг. 1) подается сигнал с частотой F₁, а на вход формирователя импульсов 2 сигнал с частотой F₂. В исходном состоянии устройство управления 11 через Uимп.вых1, Uимп.вых2, Uимп.вых5, Uимп.вых6 устанавливает счетчики импульсов 7, 8, 9 и 10 в нулевое состояние и через Uимп.вых3, Uимп.вых4, Uимп.вых7, Uимп.вых8 разрывает ключи 3, 4, 5 и 6.

На фигуре 2 представлена временная диаграмма работы устройства, реализующего предлагаемый способ.

Начиная с некоторого момента времени (на фигуре 2 обозначен линией с надписью «старт»), который задается устройством управления 11, устройство управления 11 сбрасывает показания счетчиков импульсов 7, 8, 9, 10 через импульсные выходы Uимп.вых1, Uимп.вых2, Uимп.вых5, Uимп.вых6 соответственно и ожидает прихода импульса на импульсный вход Uимп.вх1 и Uимп.вх2 с выхода формирователя импульсов 1 и формирователя импульсов 2 соответственно.

Пусть из ожидающих импульсов первым придет импульс с выхода формирователя импульсов 1 на импульсный вход Uимп.вх1 устройства управления 11, инициирует устройство управления 11, которое через импульсные выходы Uимп.вых3 и Uимп.вых7 замыкает ключи 3 и 5 соответственно. Счетчик 7 начинает счет импульсов, следующих с частотой F₁, которая задается входным сигналом, поступающим на вход формирователя импульсов 1. Счетчик импульсов 9 считает импульсы с частотой F_г, идущие от генератора импульсов 12.

В момент прихода ожидаемого импульса с выхода формирователя импульсов 2 на импульсный вход Uимп.вх2 устройства управления 11 устройство управления 11 через импульсные выходы Uимп.вых4 и Uимп.вых8 замыкает ключи 4 и 6 соответственно. При этом счетчик импульсов 8 начинает счет импульсов, следующих с частотой F₂, которая задается входным сигналом, поступающим на вход формирователя импульсов 2. Счетчик импульсов 10 начинает счет импульсов с частотой F_г, идущих с выхода генератора импульсов 12.

Такой режим работы устройства сохраняется в течение некоторого интервала времени, который задается устройством управления 11. После окончания этого интервала времени и прихода очередного импульса с выхода формирователя импульсов 1 на импульсный вход Uимп.вх1 устройства управления 11, которое через импульсные выходы Uимп.вых3 и Uимп.вых7 разрывает ключи 3 и 5, соответственно. И после прихода очередного импульса с выхода формирователя импульсов 2 на импульсный вход Uимп.вх2 устройства управления 11, которое через импульсные выходы Uимп.вых4 и Uимп.вых8 разрывает ключи 4 и 6, соответственно.

Далее в устройстве управления 11 вычисляется отношение частот F₁ и F₂ по формулам

где N₇, N₈, N₉, N₁₀ - коды счетчиков импульсов 7, 8, 9, 10 соответственно, в конце измерения, определяемого устройством управления 11. Тогда можно записать

Из сути предлагаемого способа измерения отношения частот следует, что максимальная относительная методическая погрешность дискретизации образуется при подсчете числа импульсов, следующих с частотой F_г, за целое число периодов, следующих с частотой F₁ (время счета, равное N₇·Т₁), и за целое число периодов, следующих с частотой F₂ (время счета, равное N₈·T₂), на счетчиках импульсов 9 и 10 соответственно. Учитывая этот факт, можно записать

Тогда максимальная относительная методическая погрешность дискретизации будет равна

А в прототипе она равна

В предлагаемом устройстве F_г выбирается исходя из возможности быстродействия логических элементов и счетчиков импульсов. В настоящее время F_г может быть выбрана от 100 МГц до 1 ГГц и более. Таким образом, выбирая время измерения, которое задается устройством управления 11, примерно равным 1 с, можно получить максимальную относительную методическую погрешность дискретизации, не превышающую 2·(10^-8-10^-9). Причем эта погрешность практически не зависит от значений F₁ и F₂ в диапазоне частот от единиц герц до сотен МГц. В то время как в прототипе максимальная относительная методическая погрешность дискретизации зависит от значений F₁ и F₂, например, F₂=10³ Гц, a N_m·T₁ близко к 1 с, тогда максимальная относительная методическая погрешность дискретизации равна 10^-3. При этом из формулы (3) следует, что результат отношения частот в предлагаемом способе не зависит от частоты F_г и ее стабильности, так как измерение частот F₁ и F₂ производится одновременно.

Таким образом, в предложенном способе может быть существенно снижена максимальная относительная методическая погрешность дискретизации по сравнению с прототипом.

Способ измерения отношения частот, заключающийся в том, что формируют из целого числа периодов частоты первого сигнала первый измерительный интервал времени, получая первый код, отличающийся тем, что в течение первого измерительного интервала подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая третий код, одновременно с этим формируют из целого числа периодов частоты второго сигнала измерительный интервал времени, получая второй код, в течение которого подсчитывают целое число периодов частоты третьего сигнала, получая четвертый код, при этом отношение частот первого и второго сигналов получают путем умножения первого кода на четвертый код, второго кода на третий код и делением первого произведения кодов на второе произведение кодов.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. Асинхронный панорамный радиоприемник содержит последовательно соединенные антенну, входную цепь, усилитель высокой частоты, первый асинхронный детектор, первый видеоусилитель, дифференцирующую цепь и вертикально-отклоняющие пластины первого осциллографа, горизонтально-отклоняющие пластины которого соединены с выходом блока формирования частотной развертки, последовательно подключенные к выходу гетеродина фазовращатель на 90°, второй асинхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, второй видеоусилитель и горизонтально-отклоняющие пластины второго осциллографа, последовательно подключенные к выходу дифференцирующей цепи формирователь импульса, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого видеоусилителя, и вертикально-отклоняющие пластины второго осциллографа, при этом управляющие входы входной цепи, усилителя высокой частоты, гетеродина и блока формирования частотной развертки соединены с соответствующими выходами блока управления.

Цифровой измеритель частоты // 2517783

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроения, предназначено для измерения частоты следования импульсных сигналов. Цифровой измеритель частоты включает блок логический, блок реверсивного счета, блок логический формирования временного интервала измерения, блок определения временного интервала, счетчик периодов интервала измерения, автомат управления точностью измерения частоты, буфер количества импульсов, буфер начальной установки блока реверсивного счета, буфер временного интервала, буфер минимального временного интервала, буфер нормирующего коэффициента, буфер периода дискретизации, шинный интерфейс, генератор импульсов эталонной частоты.

Устройство для измерения частоты сетевого напряжения при несинусоидальных помехах // 2517759

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит входное устройство, кварцевый генератор, формирующее устройство, делитель частоты, управляющее устройство, временной селектор, счетчик, дешифратор.

Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному излучению грозового разряда // 2514316

Изобретение относится к электрическим испытаниям электрооборудования на восприимчивость к электромагнитному воздействию. Способ испытаний микропроцессорной системы управления двигателем автотранспортного средства на восприимчивость к электромагнитному воздействию, в котором испытуемую систему управления в составе транспортного средства подвергают импульсному воздействию электромагнитного излучения с помощью генератора грозового разряда.

Панорамный асинхронный радиоприемник // 2380717

Изобретение относится к радиоизмерительной технике. .

Устройство для измерения частоты входного сигнала панорамного радиоприемника // 2344430

Измеритель частоты заполнения радиоимпульсов // 2308041

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения частоты заполнения радиоимпульсных сигналов, например в радиолокационных станциях или в измерителях физических величин на основе радиоимпульсных сигналов.

Способ измерения частоты и устройство для его осуществления // 2300112

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерения, регулирования и аварийной защиты, в которых исходная информация, подлежащая анализу, представлена в частотной форме.

Устройство для измерения частоты входного сигнала панорамного радиоприемника // 2279097

Устройство для измерения частоты электрических сигналов // 2231077

Изобретение относится к технике цифрового измерения частоты электрических сигналов в низкочастотном и инфрачастотном диапазонах. .

Способ измерения частоты // 2638972

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения частоты периодических сигналов. Способ измерения частоты заключается в том, что задают уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации. Формируют импульсы измеряемой и образцовой частот с заданной длительностью. Подсчитывают число импульсов измеряемой и образцовой частот за интервал времени между моментами совпадения импульсов измеряемой и образцовой частот. При этом первое измерение частоты выполняют с заданным значением длительности импульсов образцовой частоты, а последующие измерения частоты выполняют с длительностью импульсов образцовой частоты, которую задают в соответствии с выражением: где τ0 - длительность формируемых импульсов; γ - уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации; Тх - период измеряемой частоты, измеренный за предыдущее измерение; Р(n) - числовой коэффициент (принят 0,2). Технический результат заключается в уменьшении времени измерения частоты. 2 ил.

Способ испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к электромагнитному полю // 2640376

Изобретение относится к электрическим испытаниям транспортных средств. В способе испытаний электрооборудования автотранспортных средств на восприимчивость к внешнему электромагнитному полю испытываемое электрооборудование устанавливают в бортовую сеть транспортного средства и подвергают воздействию внешнего излучения с заданными параметрами. На каждой частоте воздействующего излучения транспортное средство позиционируется в горизонтальной плоскости по отношению к внешнему источнику электромагнитного поля в диапазоне определенных углов. Во время испытаний угловая скорость вращения транспортного средства относительно внешнего источника излучения не должна превышать 5 град/с. При этом минимальное расстояние между внешним источником излучения и транспортным средством выбирается исходя из максимального линейного размера транспортного средства в горизонтальной плоскости и угла главного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости внешнего источника излучения. Повышается полнота определения помехоустойчивости. 2 ил.

Способ измерения несущей частоты амплитудо-модулированного сигнала // 2647986

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения несущей частоты амплитудо-модулированного сигнала. Для измерения несущей частоты радиоимпульса формируются два временных интервала. Причем первый интервал формируется по переднему фронту нормированной последовательности прямоугольных импульсов разной длительности с неизвестной частотой, а второй - по заднему фронту этих импульсов. Подсчитывают и суммируют число импульсов эталонной частоты на полученных временных интервалах, а частота определяется как полусумма числа импульсов на полученных временных интервалах за секунду. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 4 ил.