DE2502873A1

DE2502873A1 - Anordnung zur frequenzmessung

Info

Publication number: DE2502873A1
Application number: DE19752502873
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Dr Valis
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1974-02-07
Filing date: 1975-01-24
Publication date: 1975-08-14
Also published as: GB1489491A; US3930199A; SE379862B; DE2502873C2; SE7401611L; JPS50110671A; JPS5748744B2

Description

Patentanwälte

Dipl.-lng. Helmut Missling 63 Giessen 1 ¹J. 1 .1975 Dipl.-Ing. Richard Schlee Bismarckstrasse 43

Dr,Ing. Joachim Boecker Telefon= CO641) 71019

2502873 Boe/MK 12.333

Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget Västeras/Schweden

Anordnung zur Frequenzmessung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Frequenzmessung.

Zur digitalen Drehzahlmessung sind Verfahren bekannt, bei denen eine Impulsfolge erzeugt wird, deren Frequenz der Drehzahl proportional ist. Dies erreicht man beispielsweise durch einen Impulsgeber, der mit der Welle, deren Drehzahl zu messen ist, gekuppelt ist und eine bestimmte Anzahl von Impulsen pro Umdrehung erzeugt. Die Frequenz wird durch Auszählen der Impulse mittels eines Zählers bestimmt. Der im vorwärtszählenden Zähler auflaufende Wert ist ein direktes Maß für die Drehzahl.

Ein solches Verfahren ergibt aufgrund einer kristallgesteuerten Zeitbasis eine hohe Auflösung, Meßgenauigkeit, sowie hohe Zeit- und Temperaturstabilität.

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Um mittels eins solchen Verfahrens eine Auflösung von z.B. 0,1 %o zu erhalten, müssen 10 000 Meßimpulse bei voller Drehzahl gezählt werden. Wenn der Impulsgeber bei dieser Drehzahl 10 kHz gibt, so beträgt die Zählzeit 1 sek.

Für Regelzwecke ist diese Meßgeschwindigkeit ungenügend, da eine Änderung der Meßfrequenz im ungünstigsten Falle erst nach zwei Meßperioden, d.h. nach 2 sek. erfaßt wird. Für Regelungen ist es oft wünschenswert, mit einer Zählzeit von nur etwa 20 Millisekunden auszukommen. Eine Drehzahlmessung der eingangs beschriebenen Art muß in diesem Fall durch einen analog arbeitenden Tachogenerator ergänzt werden, wodurch die Messung kompliziert und kostspielig wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Frequenzmessung zu entwickeln, die in ihrem Aufbau einfach ist, insbesondere keinen zusätzlich analog arbeitenden Tachogenerator benötigt, die aber trotz geringer Meßwertverzögerung (geringe Zählzeit) ein hohes Auflösungsvermögen hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung zur Frequenzmessung vorgeschlagen, welche die im kennzeichnenden Teil des An-

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Spruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Anordnung nach der Erfindung können Drehzahlmeßwerte bei gewünschter hoher Auflösung sehr schnell gewonnen werden, und zum Aufbau der Anordnung sind lediglich übliche Standardelemente der Datenverarbeitung erforderlich.

Anhand der Figuren soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 das Prinzip der Meßanordnung gemäß der
Erfindung,

Fig. 2 die Zeitdiagramme einer Anzahl in der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Signale.

Die Anordnung besteht aus einem Zähler PDC, der rückwärts zählen kann und voreinstellbar ist, einem Register RL, zwei digital arbeitenden Frequenzmultiplikatoren DFM1 und DFM2, die beide mit einem Faktor ^ arbeiten, einem Impulsgenerator GLC,

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einem Impulsumsetzer TP, sowie einem Frequenzdividierer D,

der mit einem Divisor N arbeitet.

Der Impulsgenerator CLC erzeugt eine Impulsfolge FC konstanter Frequenz f , die dem ersten Frequenzmultiplikator DFM1 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal, eine Impulsfolge F1 mit der Frequenz f., dem zweiten Frequenzmultiplikator DFM2 zugeführt wird. Das Ausgangs signal von DFM2 besteht aus einer Impulsfolge F2 mit der Frequenz f~, die dem Frequenzdividierer D zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Frequenzdividierers D besteht aus einer Impulsfolge F3 mit der Frequenz f_.

Der Inhalt F des Zählers PDC besteht aus einer binären Zahl oder einer im Binärcode für Dezimalziffern verschlüsselten Zahl (BCD-Zahl) in paralleler Form. Mit jedem Impuls der Impulsfolge F3 nimmt der Inhalt F des Zählers PDC um eine Einheit ab (Rückwärtszählung).

Der Inhalt F des Zählers PDC wird ebenfalls den beiden Frequenzmultiplikatoren DFM1 und DFM2 über einen den Multiplikationsfaktor bestimmenden Eingang sowie dem Register RL zugeführt. Dies bedeutet, daß der Inhalt F des Zählers PDC umgekehrt proportional mit der Zeit abnimmt, wenn es gilt, daß

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^f 1 - I ' ^fc (D

ir = ¹^r * ^f

Der Inhalt F des Zählers PDC wird daher um f, Einheiten pro Zeiteinheit verringert, was wie folgt ausgedrückt werden kann;

F . η ( I \

Diese Differentialgleichung kann wie folgt umgeschrieben werden :

-6 -

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Als Lösung der Differentialgleichung ergibt sich:

Wird als Randbedingung

NM² .1

^F(V = -_C -.

gewählt, so erhält man ν NM² . 1

(6)

wobei t = ψ- ist. f ist die Frequenz der unbekannten Impulsfolge FX, die dem Impulsumsetzer TP zugeführt wird.

Die Frequenz f wird nun dadurch bestimmt, daß, wie aus Fig. hervorgeht,

a) Der Impulsumsetzer TP zu Beginn eines jeden Impulses der Impulsfolge FX einen Impuls "LATCH" an das Register RL liefert, wobei der Inhalt F des Zählers PDC in das Register RL

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übergeführt wird,

b) wenn der Impuls"LATCH"beendet ist, der Impulsumsetzer TP einen Impuls "PRESET" an den Zähler PDC liefert, der den Zähler PDC auf den Wert

F = P _f
max f xmax

voreinstellt,

wobei f„___ die höchste Frequenz der Impulsfolge FX ist.

Der Inhalt F des Zählers PDC wird danach während eines

Zeitintervalls t

'^min " W

blockiert, gerechnet vom Anfang des jeweiligen Impulses der Impulsfolge FX.

Danach beginnt die Rückwärtszählung des Inhalts F des Zählers

PDC, und zu Beginn des nächsten Impulses der Impulsfolge FX,

der nach der Zeit t = 1— eintriff

^{x 1}X
ter a) und b) beschriebene Vorgang.

der nach der Zeit t = 1— eintrifft, wiederholt sich der un-

^{x 1}

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Der Inhalt F_L des Registers RL wird dann unmittelbar nach jedem Vorgang a) gemäß Gleichung (6)

π _ NM² . 1 _ NM² . _ψ

d.h. proportional der unbekannten Frequenz f der Impulsfolge FX.

Auf den Frequenzdividierer D kann verzichtet werden, da dieser lediglich eine Multiplikation mit einem Faktor *? vornimmt, um die Impulsfolge Fp dem Zähler PDC anzupassen.

Wie aus dem Vorhergesagten hervorgeht, erreicht man mittels der Anordnung nach der Erfindung die theoretische untere Zeitgrenze zur Frequenzmessung, welche Grenze von der Periodendauer t der zu messenden Frequenz f bestimmt wird, χ χ

In vielen Zusammenhängen, beispielsweise bei physikalisch-medizinischen Frequenzmessungen, bei der Regelung niedriger Drehzahlen, der Geschwindigkeitsmessung nach dem Doppler-Prinzip usw., ist es wichtig, die Frequenz mit dieser Geschwindigkeit messen zu können.

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Claims

Patentansprüche!

1.; Anordnung zur Frequenzmessung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zähler (PDC) vorhanden ist, daß ein erster und ein zweiter Frequenzmultiplikator (DFM1, DFM2) vorhanden sind, die in Reihe geschaltet sind, daß ein jeden Impuls der Impulsfolge (FX), deren Frequenz (f ) gemessen werden soll, abtastender Impulsumsetzer (TP) vorhanden ist, daß die Frequenzmultiplikatoren (DFM1, DFM2) zusammen eine zweite Impulsfolge (F2) erzeugen, deren Frequenz proportional dem Quadrat des jeweiligen Inhalts (F) des Zählers (PDC) ist, daß der Zähler (PDC) mit jedem Impuls der zweiten Impulsfolge (F2) ·seinen Inhalt (F) um eine bekannte Zahl vermindert (Rückwärtszählung), daß der Impulsumsetzer (TP) an den Zähler (PDC) eine der ersten Impulsfolge (FX) entsprechende dritte Impulsfolge (PRESET) liefert und daß der Zähler (PDC) bei jedem Impuls der dritten Impulsfolge (PRESET) seinen Inhalt (F) auf eine bekannte maximale Zahl (F_mo) voreinstellt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Impulsgenerator (CLC) enthält, der eine vierte. Impulsfolge (FC) mit bekannter, konstanter Frequenz (f ) erzeugt.

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3i Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f₂) der genannten zweiten Impulsfolge (F2) proportional der Frequenz (f„) der genannten vierten Impulsfolge (FC)

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Freqyiuenzmultiplikator (DFM1) eine fünfte Impulsfolge (F1) in Abhängigkeit vom Inhalt (F) des Zählers (PDC) und der vierten Impulsfolge (FC) erzeugt, deren Frequenz (f^) proportional der Frequenz (f ) der vierten Impulsfolge (FC) ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Frequenzmultiplikator (DFM2) eine sechste Impulsfolge (F2) in Abhängigkeit vom Inhalt (F) des Zählers (PDC) und von der fünften Impulsfolge (F1) erzeugt, deren Frequenz (f^) proportional der Frequenz (f ) der vierten Impulsfolge (FC) ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Impulsfolge (F2) gleich der sechsten Impulsfolge (F2) ist.

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7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein RückwärtszählVorgang im Zähler (PDC)

-1

um die Zeit t . = 3 verzögert gegenüber der Anfangsflan-

xmax
ke des Impulses der ersten Impulsfolge (FX) beginnt, wobei

f die höchste meßbare Frequenz der ersten Impulsfolge

(FX) ist.

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