Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Ермолов Р.С. Цифровые частотомеры

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

8.12 Mб

Скачать

☆

1 / 161 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

Р.С. Е Р М О Л О В

ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ

„З Н Е Р Г И Я" Ленинградское отделение 1 9 7 3

6П2.1.08
Е 7 4
УДК 621.317.761	J /.	'/Л	Г©с. пубяичмая
	J /.	'/Л	Г©с. пубяичмая
			ваучн» - теллич*
			библи»тв;<а '
			Э Н З Е . М П Л Я Г
Рецензент Е. М.		Душин	ЧИТАЛЬНОГО З А Л Л
Рецензент Е. М.		Душин


Е р м о л о в Р. С.
Е 74	Ц и ф р о в ы е		частотомеры . Л . «Энергия», 1973.
	152 с. с ил.
	К н и га п о с в я щ е н а ц и ф р о в ы м ч а с т о т о м е р а м и и з м е р и т е л я м в р е м е н н ы х и н т е р
в а л о в . И з л а г а ю т с я			п р и н ц и п ы построения		п р и б о р о в ,	а н а л и з и р у ю т с я		п о г р е ш н о с т и
и з м е р е н и я ,		и с с л е д у ю т с я		в о з м о ж н о с т и п о	точности,	п о м е х о у с т о й ч и в о с т и .			З н а ч и
т е л ь н о е м е с т о у д е л я е т с я в о п р о с а м с и н т е з а о т д е л ь н ы х у з л о в п р и б о р о в н а с о в р е
м е н н ы х п е р с п е к т и в н ы х э л е м е н т а х , а т а к ж е п р и н ц и п а м п о с т р о е н и я и з м е р и т е л ь
ного	т р а к т а	ч а с т о т н ы х		и н ф о р м а ц и о н н о - и з м е р и т е л ь н ы х систем .
	Книга	р а с с ч и т а н а		на ш и р о к и й к р у г	с п е ц и а л и с т о в ,		з а н и м а ю щ и х с я		р а з р а
боткой ч а с т о т н ы х			ц и ф р о в ы х и з м е р и т е л ь н ы х устройств .				К р о м е того,	м о ж е т б ы т ь

п о л е з н а с п е ц и а л и с т а м п о с м е ж н ы м о б л а с т я м ц и ф р о в о й и з м е р и т е л ь н о й т е х н и к и , а т а к ж е а с п и р а н т а м и с т у д е н т а м в ы с ш и х у ч е б н ы х з а в е д е н и й , с п е ц и а л и з и р у ю щ и м с я в о б л а с т и ц и ф р о в о й и з м е р и т е л ь н о й т е х н и к и .

6П2.1.08

3310-027 185-73 05Н0П - 73

(Є) Издательство «Э н е р г и я», 1973 г.

Р О С Т И С Л А В С Т Е П А Н О В И Ч Е Р М О Л О В

ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ

Р е д а к т о р ы : Б. И. Л Е О Н О В А , В. А. К И П Р У Ш Е В . Х у д о ж е с т в е н н ы й р е д а к т о р Г. А. Г У Д К О В ,

Т е х н и ч е с к и й р е д а к т о р 0. С. Ж И Т Н И К О В А, К о р р е к т о р А. Ф, К У З Н Е Ц О В А .

С д а н о в н а б о р	12/11	1973	г. П о д п и с а н о	к п е ч а т и	2 7 / I V		1973	г.	М-17882.	Ф о р м а т	60 x 9 0 ' / , « .
Б у м а г а т и п о г р а ф с к а я		№ 2.	П е ч . л . 9,5. У ч . - и з д . л .		10.6. Т и р а ж			10 000 э к з . З а к а з №			421. Ц е н а
				67 к о п .
Л е н и н г р а д с к о е	о т д е л е н и е		и з д а т е л ь с т в а	« Э н е р г и я » .		192041,		Л е н и н г р а д , М а р с о в о			п о л е , 1.
Л е н и н г р а д с к а я	т и п о г р а ф и я		№ 4 С о ю з п о л и г р а ф п р о м а			при	Г о с у д а р с т в е н н о м			к о м и т е т е С о в е т а
М и н и с т р о в С С С Р по		д е л а м	и з д а т е л ь с т в ,	п о л и г р а ф и и		и к н и ж н о й			т о р г о в л и ,	196126,	Л е н и н г р а д .
			С о ц и а л и с т и ч е с к а я ,		14.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Ц и ф р о в ы е частотомеры и измерители временных интервалов представляют, пожалуй, самую многочисленную группу среди циф

ровых измерительных приборов к а к в С С С Р ,					так и	за	рубежом .
Эти	приборы	являются	высокоточными,	многофункциональными
измерительными приборами и н а ш л и широкое					применение в са
мых различных отраслях техники.
В	то ж е	время с у щ е с т в у ю щ а я литература			по этим		приборам
в основном представлена			в виде статей и	авторских		свидетельств,

посвященных отдельным вопросам измерителей частоты и времен ных интервалов .

В настоящей книге сделана попытка обобщить и систематизи


ровать	к а к	у ж е		широко	известные		методы	измерений	частотно-
временных		сигналов, так			и	р а з р а б о т а н н ы е в		последнее	время и
поэтому м а л о известные широкому кругу читателей.
П е р в ы е две главы посвящены принципам построения измери
телей	частоты		и	временных		интервалов . Д л я		различных	методов
анализируются			источники		и	природа	погрешностей. Н а		примерах
структурных		схем, п р е д с т а в л я ю щ и х					собой варианты практической

реализации методов, оцениваются возможности по точности, бы

стродействию, д и а п а з о н у	измерения .
Успехи, достигнутые	в последние годы в области электроники,

обусловили широкое внедрение микроэлектроники в средства элек трических измерений.

	З а м е н а электронных		л а м п	транзисторами и особенно инте
гральными		микросхемами	стимулировала разработчиков			приборов
к	поискам	и внедрению	новых	методов,	р е а л и з а ц и я	которых
в	прошлые	годы была	немыслимой ввиду		большой	сложности,

аследовательно, низкой надежности приборов и высокой стои

мости. Это обстоятельство имеет особое значение	д л я цифровых
частотомеров и измерителей временных интервалов,	п о д а в л я ю щ а я

часть узлов которых выполняется на дискретных логических эле ментах.

В третьей главе даются основные	понятия	алгебры	логики
в объеме, достаточном д л я понимания	методов	синтеза и	принци

пов построения отдельных узлов частотомеров и измерителей вре менных интервалов . Значительное внимание уделено принципам построения отдельных узлов приборов к а к цифровых, т а к и фор-

м и р у ю щ и х	и в р е м я з а д а ю щ и х .		М а т е р и а л	третьей главы м о ж е т
представить	интерес	д л я широкого круга		специалистов, з а н и м а ю
щихся р а з р а б о т к о й		цифровых	измерительных средств.

В четвертой главе оцениваются с у м м а р н ы е погрешности часто

томеров и измерителей временных интервалов с учетом			законов
распределения	составляющих . Р а с с м а т р и в а ю т с я	вопросы	помехо
устойчивости	приборов, а т а к ж е проводится	сравнение	различ

ных видов частотных и временных сигналов по достижимой точ

ности

измерения,

целесообразным

д и а п а з о н а м ,

помехоустойчи

вости.

настоящее

время

опубликована

довольно

о б ш и р н а я

лите

р а т у р а

по

частотным

время - импульсным

п р е о б р а з о в а т е л я м

[1, 2]. Это обстоятельство

создает

хорошие

предпосылки

д л я

изло

ж е н и я

некоторых

вопросов

обработки

частотных

и временных

сиг

налов

в цифровых информационно - измерительных системах ( И И С ) .

П я т а я г л а в а посвящена

принципам

построения

измерительного

т р а к т а

частотных

измерительных

систем. З д е с ь

р а с с м а т р и в а ю т с я

структурные

схемы т а к и х

систем,

вопросы

к о м м у т а ц и и

частотных

и временных

сигналов, л и н е а р и з а ц и я

выходных характеристик

пер

вичных измерительных

преобразователей,

м а с ш т а б и р о в а н и я

ре

зультатов измерения .

Книга а д р е с о в а н а широкому кругу инженерно - технических ра

ботников, специализирующихся в области ц и ф р о в ы х

электрических

измерений и, в частности, в области измерения частотных и вре менных сигналов .


Автор глубоко		признателен		рецензенту Е. М . Д у ш и н у ,		а т а к ж е
Р . В. М а р к е л о в у ,		д а в ш и м	р я д	весьма полезных з а м е ч а н и й		и сове
тов при окончательной подготовке рукописи.
О т з ы в ы	и п о ж е л а н и я		просьба н а п р а в л я т ь		по адресу:	192041,
Л е н и н г р а д ,	М а р с о в о поле, 1,			Л е н и н г р а д с к о е	отделение издатель

ства «Энергия».

			ГЛАВА ПЕРВАЯ
	ПРИНЦИПЫ		ПОСТРОЕНИЯ	ЧАСТОТОМЕРОВ
	1-1. Классификация частотомеров
По	принципу	работы	цифровые частотомеры		м о ж н о разделить
на четыре группы:
1.	Частотомеры	средних значений		о б р а з у ю т	наиболее много

численную группу и получили наибольшее применение. Т а к и е при боры позволяют измерять среднее значение частоты за некоторый

интервал	времени	То. Д и а п а з о н и з м е р я е м ы х		частот весьма		ши
р о к — от	десятков	герц до сотен	мегагерц,	а со	специальными
преобразователями — переносчиками			частоты -— этот		диапазон	мо

ж е т быть расширен до тысяч мегагерц. В данной книге перенос чики частоты, по принципу действия не относящиеся к цифровым приборам, не р а с с м а т р и в а ю т с я .


2.	Частотомеры		мгновенных,		значений	позволяют	измерять		ча
стоту в более узком диапазоне,					причем частотомеры, и з м е р я ю щ и е
период, наибольшее				применение	получают для измерения низких
и инфранизких		частот.
3.	Следящие	частотомеры наиболее эффективны					при	измерении
средних частот		(десятки килогерц — единицы м е г а г е р ц ) .
4.	Частотомеры		номинальных		значений	и процентные		предназна
чены	д л я измерения			изменений	частоты	в узком	д и а п а з о н е		ча

стот. Причем первые позволяют получать отсчет в абсолютных

единицах, а вторые — в		относительных.		Д и а п а з о н				частот,		охваты
ваемый т а к и м и приборами, относится				к	области			низких частот
(не более десятков к и л о г е р ц ) .
	1-2. Частотомеры средних				значений
Принцип	действия частотомера		средних значений						з а к л ю ч а е т с я
в подсчете	числа периодов Тх неизвестной				частоты			fx	за	образцо
вый промежуток времени То, в ы р а б а т ы в а е м ы й						в	самом			приборе.
Р е з у л ь т а т измерения		определяется числом
		N = T0/Tx=T0fx.								(1-1)
П р о с т е й ш а я структурная схема частотомера							представлена на
рис. 1-1, а.	И з м е р я е м а я	частота fx	подводится			ко	входу			формиро -


в а т е ля Ф. П о		к о м а н д е	«Запуск», подаваемой на	вход Зп		либо		опе
ратором, либо от устройства автоматического пуска,					схема		приво
дится в	исходное состояние. Ч е р е з определенное			время		тов,	необ
ходимое	д л я	подготовки к измерениям, на выходе			одновибратора
ОВ появится		сигнал,	п е р е к л ю ч а ю щ и й триггер	Тг.	П р и	этом		на

единичном выходе последнего появится сигнал «1», о т к р ы в а ю щ и й

схему совпадения		Сп	и з а п у с к а ю щ и й генератор образцового		ин
тервала времени		ГОИВ.	Через схему Сп импульсы измеряемой		ча
сі)				6)
Вх	Сп		Сч	Вых. Вх.
ф	Сп		Сч

UL1

Тг

ГОИВ

Зп

ов

Зп>-

ОВ J

Сброс

гоив

','

Тг

т»

Тз

-ч

-1

Сп

— Г

Г —

At,

Рис. 1-1. Простейшая структурная схема

Сч

N-1 н

(а) и

временная

диаграмма

(б)

работы

частотомера без синхронизации

момента

начала

измерения

стоты сформированные ф о р м и р о в а т е л е м Ф, поступают на вход

счетчика Сч. Счетчик считает импульсы до			тех пор, пока через
время Г 0 импульс ГОИВ		не вернет триггер Тг в исходное состоя
ние; после чего процесс измерения заканчивается, а число, н а б р а н
ное счетчиком Сч, будет соответствовать измеренной частоте.
Временная	д и а г р а м м а	работы описанной схемы (рис.		1-1,6) по
казывает, что	отсутствие	синхронизации н а ч а л а и конца		образцо
вого п р о м е ж у т к а времени		Т0 с импульсами fx	приводит	к появле

нию погрешности измерения, абсолютная величина которой опре

деляется значениями	Ati	и	Atz.	Нетрудно видеть, что	фактически
время измерения
T' =	NTx	=	N/fx	= T0 + A t - A t 2 ,	(1-2)
поэтому
	N =	TJK	+	{btt-btb)ITx	(1-3)

И н т е р в а л ы At і		и	At2 могут изменяться независимо друг		от
друга,	принимая	с	равной	вероятностью значения от 0 до	Тх.
Тогда	м а к с и м а л ь н а я		относительная погрешность, обусловленная
отсутствием синхронизации,				будет
			Т д =	1/^=1/(7 - 0^) .	(1-4)

Погрешность уд называется погрешностью дискретности. Другой составляющей погрешности является погрешность, обу

словленная

увеличением

времени

Го

до

величины

То",

определяе-

о)

Вых.

Вх.

—

Сп2

Сч

Вх

| ЧУ,

V ,

гоив

Тг2

1 1 В

Зп

Сп1

ОВ| I1 1

Тг/

Тг)

1 .

Зп

ов

ГОИВ

• Сброс

Тг2

it.

Сч

И ІГ!

Рис.

1-2.

Схема

(а)

временная

То

диаграмма

(б)

работы схемы

час

ttf0,5t

Сч

тотомера с

синхронизацией

момента

начала

измерения

То

мым

з а д е р ж к о й

т 3

с р а б а т ы в а н и я

элементов

схемы,

расположен

ных

между

ГОИВ

счетчиком

Сч

(в данном

случае

триггер

Тг

и схема

совпадения

Сп).

В ы р а ж е н и е

этой погрешности

имеет

вид:

Уз =

lJT0

1JJ(T0

fx) = УдТз/*.

(1 -5)

Практически эта

с о с т а в л я ю щ а я

погрешности

определяется

не

сколько

иначе.

Момент н а ч а л а измерения можно синхронизировать с измеряе


мой	частотой. Момент			ж е окончания	измерения			синхронизировать
нельзя.		Н а рис.	1-2, а	представлена	схема,	а	на	рис.	1-2,6 — вре
менная		д и а г р а м м а работы частотомера,				в	котором		момент на
чала	измерения		синхронизирован с		измеряемой			частотой		fx.
В	этой схеме		введен дополнительный триггер					Тг2.	Он	переклю

чится в состояние «1» импульсом измеряемой частоты, поступаю

щим	от	формирователя	Ф через схему совпадения Cnl после того,
как	на	другой вход ее	поступит сигнал «1» с триггера Tel.

П о г р е ш н о с ть дискретности д л я этой	схемы м о ж е т	быть опреде
лена из в ы р а ж е н и я (1-3), если принять	Л^і = 0. Тогда	погрешность
дискретности
7 д = - 1 / ( 7 У , ) .		(1-6)

Величина уд м о ж е т быть уменьшена, если импульсы на входе схемы совпадения Сп2 принудительно сдвинуть на полпериода от

носительно импульсов,		п о д а в а е м ы х		д л я	синхронизации	ГОИВ
(нижний г р а ф и к	д и а г р а м м ы ) . В		этом	случае Ati = Tx/2, а		погреш
ность дискретности		у д = +	1/(27Ух ).			(1-7)

Вх.	ф Ы cm			Сч	•Вых.

ГОИВ I	гоч	Сп2		ДЧ

^02 t Tot

A Cn5

Тг

L .

ОВ

сб

Сброс

Ш предел

Ппредел / предел

o m u v

	Рис. 1-3. Структурная				схема	частотомера с переключением
					поддиапазонов
Очевидно, что при расчете величины образцового										интервала	вре
мени по ф о р м у л е (1-4)				его м а к с и м а л ь н о е					значение	будет опреде
ляться	нижней	частотой		f^min д и а п а з о н а				измерения .
П р и	м а л ы х	fx mm	величина			Т0	м о ж е т		о к а з а т ь с я недопустимо
большой., Н а п р и м е р ,			при		/ x m i n = 0 , l		гц	и	уя=0,0Ь%	имеем	Г 0 =
= 2-104	сек. Поэтому д л я измерения						низких частот применять метод
счета периодов		нецелесообразно .

В целях сокращения времени измерения и емкости счетчика, ко

торая определяется отношением fimai//imta, общий					диапазон		изме
рения	р а з б и в а ю т	на поддиапазоны . Д л я к а ж д о г о			из	поддиапазо
нов принимается свой интервал Го.
Структурная схема частотомера с переключением трех под
диапазонов представлена на			рис. 1-3. Ф о р м и р о в а н и е			в ней	о б р а з
цовых	интервалов	времени	обеспечивается,	к а к	правило,		с	по
мощью	делителей	частоты ДЧ.	И м п у л ь с ы с ДЧ	поступают на				один

из входов схем совпадения СпЗ, Сп4 или Сп5. В зависимости от


выбранного поддиапазона на второй вход соответствующей						схемы
совпадения	от устройства выбора		пределов	подается р а з р е ш а ю щ и й
сигнал. Выходы схем совпадения			СпЗ—Сп5		объединяются	соби
рательной	схемой Сб,	сигнал с	которой	в о з в р а щ а е т триггер Тг
в исходное	состояние,	п р е к р а щ а я	тем самым процесс измерения .
Кроме рассмотренных ранее составляющих					погрешности уд и у3>
для схемы	свойственно	появление	двух других		составляющих . Пер

вая с о с т а в л я ю щ а я -у/0 возникает при отсутствии синхронизации между моментом переключения триггера Тг и импульсами гене

ратора образцовой	частоты. М а к с и м а л ь н о е	ее	значение
	Y f . = - l / ( 7 7 o ) .			< Ь 8 >
где f0 — о б р а з ц о в а я	частота. Уменьшение	yfo	связано	с необхо
димостью увеличения частоты fo, что, в свою			очередь,	приводит

к росту числа элементов делителей частоты. Эта погрешность ха

рактерна д л я частотомеров

со схемами

совпадения

на входе

счет

чика и делителя частоты, открываемых от

у п р а в л я ю щ е г о

триг

гера.

удел

В т о р а я с о с т а в л я ю щ а я

обусловлена

з а д е р ж к о й

импульса

Тдел в делителе

частоты:

Т д е л ^ Т д е л ^ О -

(1-9)

П е р в а я с о с т а в л я ю щ а я

погрешности

yfo

отсутствует

схеме,

представленной

на рис. 1-4.

этой

схеме генератор образцовой

частоты ГОЧ непосредственно подключен к делителю частоты

ДЧ.

По к о м а н д е «Запуск», подаваемой на вход Зп

устройства

у п р а в л е

ния У, последнее открывает схему совпадения

Сп на время,

р а в н о е

периоду следования импульсов с выхода делителя частоты

ДЧ.

Недостаток

этой

схемы

по

сравнению

рассмотренными

выше — увеличенное

время

измерения,

что вызвано

несовпадением

моментов подачи к о м а н д ы

«Запуск»

и появления первого

импульса

на выходе делителя частоты ДЧ. Этот недостаток особенно про


является при измерении низких частот, когда период									следования
импульсов на выходе ДЧ составляет единицы							и десятки		секунд.
Д л я	автономных цифровых				частотомеров,		д л я которых				опреде
л я ю щ и м	является		требование		высокой	точности,		этот		недостаток
оказывается		приемлемым . О д н а к о д л я частотомеров или цифровых
преобразователей			частоты, предназначенных				д л я работы			в	составе
информационно - измерительных систем, очень							часто в качестве оп
ределяющего		выступает требование повышенного						быстродействия.
В этих случаях выгоднее использовать схемы							(рис. 1-1 —1-3)				с кла
панами на входах делителя частоты и счетчика,								у п р а в л я е м ы м и
одним триггером, з а д а ю щ и м				образцовый* интервал .
В схеме		(рй,с.	1-4);, к а к	и	в схеме	рис. 1-3,		момент			н а ч а л а
измерения не синхронизирован					с импульсами		измеряемой частоты,
в результате		чего	погрешность		дискретности		составляет			величину

уу = ±\/(TQfx)• Н а рис. 1-5 представлена схема частотомера с син

хронизацией н а ч а л а измерения . В этой схеме после з а п у с к а

1 / 161 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ

#
29.10.20238.7 Mб7Ерин Б.Г. Контроль качества мостостроительных работ.pdf
#
30.10.202321.35 Mб12Ермолаев Н.Н. Механика грунтов. Основания и фундаменты.pdf
#
30.10.202323.7 Mб20Ермолаев Н.Н. Проектирование оснований и фундаментов справочное пособие.pdf
#
23.10.20236.67 Mб3Ермолаева Э.Н. Элементы численного анализа учеб. пособие.pdf
#
24.10.20239.48 Mб20Ермолин Н.П. Расчет коллекторных машин малой мощности.pdf
#
23.10.20238.12 Mб20Ермолов Р.С. Цифровые частотомеры.pdf
#
20.10.20238.24 Mб34Ермолов, Л. С. Основы надежности сельскохозяйственной техники учебное пособие.pdf
#
19.10.20232.64 Mб7Ерофеева, И. А. Импульсные устройства на однопереходных транзисторах.pdf
#
22.10.202311.43 Mб8Ерусалимский, Б. Л. Процессы ионной полимеризации-1.pdf
#
19.10.202314.28 Mб9Ерусалимский, Б. Л. Процессы ионной полимеризации.pdf
#
29.10.20234.26 Mб21Ершов А.В. Газосварщик.pdf