Студопедия

Главная страница Случайная лекция


Мы поможем в написании ваших работ!

Порталы:

БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика



Мы поможем в написании ваших работ!




Вопрос 4. Цифровой метод измерения интервалов времени

Читайте также:
  1. B. Искусственная вентиляция легких. Методики проведения искусственной вентиляции легких
  2. I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СМУТНОГО ВРЕМЕНИ
  3. IFRS 13 «Оценка по справедливой стоимости»: сфера применения стандарта, методы определения справедливой стоимости.
  4. II) Методы теоретического уровня научного познания
  5. II. Проблема источника и метода познания.
  6. II. РАЗРУШЕНИЕ РУССКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОСТИ В ПЕРИОД СМУТНОГО ВРЕМЕНИ
  7. III ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
  8. III. Борьба за разрешение восточного вопроса.
  9. III. Предмет, метод и функции философии.
  10. III. Развитие риторики в период Ренессанса и Нового времени

Принцип измерения периода гармонического сигнала цифровым ме­тодом с помощью цифрового частотомера поясняется рис. 8, где приве­дены структурная схема устройства в режиме измерения периода гармо­нического колебания и соответствующие его работе временные диа­граммы. Измерение интервала времени Тх цифровым методом основано на заполнении его импульсами, следующими с образцовым периодом Т0, и подсчете числа Мх этих импульсов.

Все элементы устройства и их действие были проанализированы в предыдущем разделе. Структурный состав генератора опорной частоты при измерении периода рассматривается ниже.

Гармонический сигнал, период Тх которого требуется измерить, по­сле прохождения входного устройства ВУ (u1 — выходной сигнал ВУ) и формирователя импульсов Ф2 преобразуется в последовательность ко­ротких импульсов u2 с аналогичным периодом. В устройстве фор­мирования и управления УФУ из них формируется строб-импульс u3 прямоугольной формы и длительностью Тx поступающий на один из входов временного селектора ВС. На второй вход этого селектора по­даются короткие импульсы u4 с образцовым периодом следования Т0, созданные формирователем Ф1 из колебаний генератора опорной частоты ГОЧ.

Временной селектор ВС пропускает на счетчик СЧ Мx счетных импуль­сов u4 в течение времени Tx, равном длительности строб-импульса u3.

Измеряемый период Тx,, как следует из рис. 8, б,

Tx = MxT0 + Δtд (7)

где Δtд = Δtн - Δtκ — общая погрешность дискретизации; Δtн и δtk — погрешности дискретизации начала и конца периода Тх.

Без учета в формуле (7) погрешности Δtд число импульсов, поступившее на счетчик, Мх= Tx/T0, а измеряемый период пропорционален Мх:

Tx = MxT0 (8)

Выходной код счетчика СЧ, выдаваемый на цифровое отсчетное уст­ройство ЦОУ, соответствует числу подсчитанных им счетных импульсов Мx , а показания ЦОУ— периоду Тх, поскольку период следования счет­ных импульсов u5 выбирается из соотношения T0 = 10-n, где n — целое число. Так, например, при n = 6 ЦОУ отображает число Мx , соот­ветствующее периоду Tx , выраженному в мкс.

Погрешность измерения периода Tx , как и при измерении частоты, имеет систематическую и случайную составляющие.

Систематическая составляющая зависит от стабильности δкв образ­цовой частоты ГОЧ (его кварцевого генератора), а случайная опреде­ляется в основном погрешностью дискретизации Δtд. Максимальное значение этой погрешности удобно учиты­вать через эквивалентное изменение числа счетных импульсов Мx на ±1. При этом максимальная абсолютная погрешность дискретизации может быть определена разностью двух значений периода Tx, получаемых по формуле (8) при Мx±1 и Мx , и равна ΔTx = ±Т0 . Соответствующая мак­симальная относительная погрешность δ = ±ΔTx /Tx= ±1/Mx = ±1/(Txf0), где f0 = 1/T0 — значение образцовой частоты генератора ГОЧ.

На погрешность измерения влияют также шумы в каналах форми­рования строб-импульса u3 и счетных импульсов u4 (рис. 8, а), вно­сящие в их положение временную модуляцию по случайному закону. Однако в реальных приборах с большим отношением сигнал/шум по­грешность измерения за счет влияния шума пренебрежимо мала по срав­нению с погрешностью дискретизации.

Суммарная относительная погрешность измерения периода опре­деляется в процентах по формуле

(9)

Из выражения (9) следует, что из-за погрешности дискретизации по­грешность измерения периода Тх резко увеличивается при его уменьшении Повышения точности измерений можно добиться за счет увеличения частоты f0 генератора ГОЧ (путем умножения частоты его кварцевого генератора в Ку раз), т.е. за счет увеличения числа счетных импульсов Мх. С этой же целью в схему после входного устройства вводят делитель частоты исследуемого сигнала с коэффициентом деления К (на рис. 8, а не показан). При этом выполняется измерение К периодов Tx и в К раз уменьшается относительная погрешность дискретизации.

Погрешность дискретизации можно уменьшить и способом из­мерений с многократными наблюдениями. Однако при этом зна­чительно увеличивается время измерений. В связи с этим разработаны методы, уменьшающие погрешность дискретизации с существенно меньшим увеличением времени измерения. К их числу относится нони-усный метод, а также метод интерполяции.

Метод интерполяции состоит в том, что помимо целого числа периодов счетных импульсов, заполняющих измеряемый интервал времени, учитываются и дробные части периода, заключенные между опорным и первым счетным импульсами, а также между последним счетным импульсом и интервальным.

Измерение временных интервалов методом интерполяции поясняет рис. 9. Пусть измеряется интервал времени Tx, начало и конец которого заданы двумя импульсами uн , и иk , соответственно (рис. 9, а). Предпола­гается, что начало измеряемого интервала не связано синхронно со счетными импульсами, приведенными на рис. 9, а, б.

Для уменьшения составляющих погрешности дискретизации (ΔtΗ и Δtκ) в начале и конце интервала Tx, соответствующие данным погрешно­стям, интервалы расширяют в К раз и каждый измеряют, заполняя счетными импульсами. Учитывая погрешности расширителей, на прак­тике расширяют интервалы большей длительности, например интервалы Δti = 2Т„ - ΔίΗ и τ2 = 2Т0 - Δ/κ (рис. 9, в). Расширители строят, используя обычно способ заряда и разряда конденсатора с разной скоростью.

Рис. 9. Измерение временного интервала методом интерполяции

а – измеряемый интервал, б – счетные импульсы, в – выходные импульсы расширителей,

г – группы счетных импульсов, отражающих расширенные интервалы

На рис. 9, в приведены выходные импульсы расширителей uk1 и uк2, определяющие конец расширенных интервалов, а собственно расширен­ные интервалы обозначены через κ1τ1 и κ2τ2..

Расширенные интервалы, а также интервал τ0 между концами им­пульсов τ1 и τ2 измеряют цифровым методом, используя каналы, содер­жащие временной селектор и счетчик. Счетные импульсы, поступившие на вход каждого счетчика при измерении расширенных интервалов, по­казаны на рис. 9, г. Измеряемые интервалы, как следует из рис.9, можно представить в виде

κ1τ1 = N1T0+ Δtk1 ; κ2τ2 = N2T0+ Δtk2 ; τ0 = N0T0 (10)

где k1 и k2 — коэффициенты расширения; Ν0 , Ν1 и Ν2 — числа счетных импульсов, заполнивших отмеченные интервалы, а Δtk1 и Δtκ2 — по­грешности дискретизации измерения расширенных интервалов.

Из рис. 9 также видно, что искомый интервал Тх = τ0+ τ1 - τ2. Под­ставляя в это выражение параметры τ0, τ1 и τ2, вычисляемые по (10), находим, что

(11)

При идентичности коэффициентов расширения (k1 = k2 = k), получим

(7.12)

Погрешности дискретизации Δtκ1 и Δtκ2 имеют равномерное распре­деление с пределами 0...T0, а их разность Δtκ1 - Δtκ2 распределена по тре­угольному закону с пределами ±T0. Поэтому максимальная погрешность дискретизации при измерении интервала T равна T0/k и уменьшается по мере роста коэффициента расширения k. Однако на практике данный коэф­фициент выбирают равным 128 или 256, так как при его дальнейшем уве­личении существенно возрастает погрешность расширителей интервалов.

В заключение отметим, что современные точные измерительные при­боры, построенные с использованием микропроцессоров, выполняют функции измерения интервалов времени и частоты на единой основе. Последнее связано с формированием и последующим измерением интер­вала времени, равного измеряемому интервалу (при измерении времени) или целому числу периодов измеряемого сигнала (при измерении перио­да и частоты). Сформированный подобным путем интервал измеряется цифровым методом с применением описанного выше метода с интерпо­ляцией для уменьшения погрешности дискретизации.

В таких приборах при измерении расширенных интервалов (k1τ1 и k2τ2) и интервала τ0 (рис. 9) соответствующие числа счетных импульсов (Ν1, Ν2 и n0), заполняющих эти интервалы, накапливаются в отдельных регистрах.

Длительность Тх одиночного интервала вычисляется микропроцессо­ром согласно формуле

, (13)

где ΔNср — поправочное число, учитывающее взаимное рассогласование расширителей и определяемое в процессе их автоматической калибровки с помощью микропроцессора.

При измерении повторяющихся интервалов (с усреднением) до­полнительно подсчитывается число NE усредненных за время измерения интервалов. В этом случае интервал времени вычисляется согласно вы­ражению

(14)

В случае измерения периода Т число NE является количеством усре­дняемых периодов. При этом период вычисляется по формуле

(15)

Заключение

В заключительной части лекции подводится итог занятия и делается вывод о достижении цели занятия.

ЗАДАНИЕ СТУДЕНТАМ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. Рассмотреть и законспектировать основные руководящие документы по метрологии в вопросах стандартизации частоты.

2. Самостоятельно рассмотреть эталоны и эталонные средства измерений частоты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Метрология, стандартизация и измерения в технике связи./под ред. Б.П. Хромого. –Москва: Радио и связь, 1986.

2. В.Д. Кукуш. Электрорадиоизмерения. –Москва: Радио и связь, 1985.

3. Метрологическое обеспечение и эксплуатация измерительной техники./под ред. В.А. Кузнецова. –Москва; Радио и связь, 1990.


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Вопрос 2. Цифровой метод измерения частоты | Учебники и учебные пособия. ЛОГИКА Учебная программа для специальности: 1- 02 03 08 «Иностранный язык»

Дата добавления: 2014-11-01; просмотров: 526; Нарушение авторских прав




Мы поможем в написании ваших работ!
lektsiopedia.org - Лекциопедия - 2013 год. | Страница сгенерирована за: 0.005 сек.