Способ измерения частоты

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2638972:

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

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; Т_х - период измеряемой частоты, измеренный за предыдущее измерение; Р(n) - числовой коэффициент (принят 0,2). Технический результат заключается в уменьшении времени измерения частоты. 2 ил.

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

Известен способ измерения частоты [Орнатский, П.П. Автоматические измерения и приборы (аналоговые и цифровые) [Текст] / П.П. Орнатский. - К.: Вища шк., 1986. - 504 с.], основанный на подсчете числа периодов образцовой частоты в течение заранее заданного целого числа периодов измеряемой частоты.

Однако этот способ измерения частоты характеризуется большим временем измерения частоты.

Кроме того, известен способ измерения частоты (прототип) [А.с. 482693 СССР, МКИ G01R 23/10, H03D 13/00. Способ сличения частот / Дюшняев В.В., Тырса В.Е. - 1882014. заявл. 29.01.1973, опубл. 30.08.1975, Бюл. №32. - 1 с.], заключающийся 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.

Недостатком прототипа является большое время измерения частоты.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является уменьшение времени измерения частоты.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе измерения частоты, заключающемся 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, первое измерение частоты выполняют с заданным значением длительности импульсов образцовой частоты, 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;

Т_х - период измеряемой частоты, измеренный за предыдущее измерение;

Р(n) - числовой коэффициент (принят 0,2).

На чертеже (фиг. 1) приведена функциональная схема реализации устройства, которая содержит следующие элементы:

Генератор образцовой частоты 1 (ГОЧ);

Формирователь импульсов 2 (Ф);

Схема «И» 3 (И);

Первый и второй счетчики импульсов (4 и 5 соответственно);

Микроконтроллер 6 (МК).

Генератор образцовой частоты 1 соединен с первым входом схемы «И» 3 и счетным входом первого счетчика импульсов 4, вход устройства соединен с формирователем импульсов 2, который соединен со вторым входом схемы «И» 3 и счетным входом счетчика импульсов 5. Информационные выходы счетчиков импульсов 4 и 5 соединены с соответствующими информационными входами микроконтроллера 6. Кроме того, выход схемы «И» 3 связан с импульсным входом микроконтроллера 6, первый и второй управляющие выходы которого связаны с управляющими входами счетчиков 4 и 5, а третий управляющий выход связан с управляющим входом генератора образцовой частоты 1.

Генератор образцовой частоты 1 может быть выполнен, например, на основе кварцевого генератора, например ГК137-ТС (производства МОРИОН), который генерирует единичные импульсы с периодом Т₀ и длительностью (τ₀), которую задает микроконтроллер 6. Формирователь импульсов 2 измеряемой частоты может быть выполнен на основе компаратора, например МАХ9692 (производства MAXIM), генерирующего короткие единичные импульсы каждый период измеряемой частоты. Счетчики импульсов 4 и 5 могут быть выполнены, например, по традиционной схеме на триггерах МАХ9381 (производства MAXIM) либо содержаться в микроконтроллере 6. В качестве микроконтроллера (МК) 6 может быть выбрана схема, например, PZ276-104 (производства КАСКОД-ЭЛЕКТРО).

Способ осуществляется следующим образом. Задают уровень относительной погрешности. Первое измерение выполняют с предустановленным значением длительности формируемых импульсов (например, с коэффициентом заполнения 0,5). Микроконтроллер 6 через третий управляющий выход задает длительность импульсов (τ₀), которые генерирует генератор образцовой частоты 1 с периодом Т₀. Импульсы с генератора образцовой частоты 1 поступают на счетный вход первого счетчика импульсов 4 и на первый вход схемы «И» 3. Формирователь импульсов 2 формируют импульсы с минимальной возможной длительностью определяемой типом логических микросхем, используемых в нем. Далее эти импульсы поступают на счетный вход второго счетчика импульсов 5 и на второй вход схемы «И» 3. После того как импульсы, поступившие на входы схемы «И» 3, совпадут, на выходе схемы «И» 3 сформируется импульс, который поступит на импульсный вход микроконтроллера 6, который с помощью первого и второго управляющих выходов подаст воздействие на управляющие входы счетчиков импульсов 4 и 5, обнуляя их и разрешая счет импульсов, которые поступают на счетные входы счетчиков импульсов 4 и 5, от генератора образцовой частоты 1 на вход первого счетчика импульсов 4 и от формирователя импульсов 2 на вход второго счетчика импульсов 5. С этого момента времени начинается подсчет образцовых и измеряемых периодов на счетчиках импульсов 4 и 5 соответственно. Далее после каждого последующего совпадения импульсов на входах схемы «И» 3 и прихода с ее выхода импульса на импульсный вход микроконтроллера 6 он считывает коды, накопленные в счетчиках 4 и 5. Микроконтроллер 6 вычисляет относительную методическую погрешность, которая определяется отношением длительности импульса τ₀, генерируемого генератором образцовой частоты 1, к интервалу времени, отсчитанному от момента первого совпадения импульсов на входе схемы «И» 3 до момента совпадения импульсов, при котором рассчитывается погрешность, если она не удовлетворяет заданному значению, то процесс измерения частоты продолжается до выполнения условия достижения заданного значения относительной методической погрешности, иначе выводится результат измерения частоты через устройство цифрового ввода-вывода 7 и запускается следующий цикл измерения частоты путем установления счетчиков 4 и 5 в ноль, при этом используя измеренное значение частоты, микроконтроллер 6 вычисляет требуемое значение длительности импульсов по формуле (2) и через третий управляющий выход задает длительность импульсов, которые генерирует генератор образцовой частоты 1 с периодом T₀.

В [Лаптев, Д.В. Измерение частоты следования импульсов электрических сигналов методом совпадения [Текст]: автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. тех. наук (05.16.16) / Лаптев Дмитрий Владимирович; НГТУ. - Новосибирск, 2015. - 20 с.] получено выражение для вычисления коэффициента заполнения импульса, обеспечивающего наименьшее время измерения частоты методом совпадения. Выражение имеет следующий вид

Из (1) можно получить выражение для вычисления длительности импульсов, обеспечивающей наименьшее время измерения частоты методом совпадения, которое принимает следующий вид

Приняты следующие обозначения: k - коэффициент заполнения образцовых импульсов (k=τ₀/Т₀); Р(n) - числовой коэффициент (равен 0,2); γ - заданный уровень относительной максимальной методической погрешности дискретизации.

На чертеже (фиг. 2) приведены графики времени измерения частоты методом совпадения при заданном уровне относительной максимальной методической погрешности дискретизации 0,001%. Время измерения частоты зависит от коэффициента заполнения импульса. Для обеспечения наименьшего времени измерения частоты в предлагаемом изобретении выполняется управление длительностью импульсов (коэффициентом заполнения). Например, на приведенном чертеже коэффициент заполнения 5% используется в диапазоне от 10⁴ до 10⁵, 1% - от 10⁵ до 10⁶, 0,5% - от 10⁶ до 10⁷, 0,1% - от 10⁷ до 10⁸. Отметим, что на чертеже приведены отдельные значения коэффициента заполнения, которые входят в общее множество возможных значений коэффициента заполнения, но не ограничивают его.

Таким образом, в предлагаемом изобретении по сравнению с прототипом уменьшается время измерения частоты.

Способ измерения частоты, заключающийся 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, отличающийся тем, что первое измерение частоты выполняют с заданным значением длительности импульсов образцовой частоты, 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;

Т_х - период измеряемой частоты, измеренный за предыдущее измерение;

P(n) - числовой коэффициент (принят 0,2).

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.

Асинхронный панорамный радиоприемник // 2521702

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

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.