21. Измерительные преобразователи отношения частот в цифровой код. Устройство и принцип действия, временные диаграмм. Основные метрологич. Хар-ки и оценка погрешности

Р ежим определения отношения частот двух сигналов является производным режимов измерения f_Х и T_Х. Сигнал большей частоты f₁ подается на U1, а сигнал меньшей частоты f₂  на вход U2 и далее U3. Таким образом, интервал T_И формируется из сигнала частоты f₂, а счету подвергаются импульсы, сформированные из сигнала частоты f₁.

,

Таким образом, счетчик фиксирует число импульсов N (диаграмма U4), связанное с TХ и TИ очевидным соотношением

Т_И = N T_Х,

Откуда f_Х = ,

Относительная погрешность преобразования Fx:

22. Измерительные преобразователи временных интервалов в цифро­вой код. Устройство и принцип действия, временные диаграммы работы пре­образователей. Основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразования.

При преобразовании Δt_Х необходимо сформировать опорный (старт) и интервальный (стоп) импульсы, которые фиксируют интервал времени измерения. Эти импульсы формируются с помощью ФУ3 и ФУ4, включенных на входах 3 и 4 цифрового преобразователя. Счету подвергаются импульсы, сформированные по аналогии с режимом измерения T_Х. Преобразование периода исследуемых сигналов

П ри измерении T_Х сигнал подается на вход Ux. В этом случае интервал времени измерения определяется величиной T_Х, а счетными являются импульсы, сформированные из напряжения U₂. Для уменьшения шага квантования частота f₀ может быть умножена в требуемое число раз. Таким образом, для этого режима работы , где 10ⁿ (n = 0, 1, 2, ...) определяется коэффициентом умножения f₀.

При достаточно больших значениях T_Х (в диапазоне низких и инфранизких частот) и n требуемый интервал времени измерения может быть равен T_Х. Отсюда видна возможность измерения f_Х за один период сигнала - неинтегрирующий преобразователь. В практических схемах преобразователей предусматривается возможность преобразования не только одного, но и нескольких периодов T_Х с последующим усреднением результатов преобразования.

Относительная погрешность измерения Тх:

Где – относительная погрешность кварцевого генератора;

N и m – степень, которая определяется делителем частоты и УУ.

23. Измерительные преобразователи фазового сдвига в цифровой код на основе метода преобразования фазового сдвига во временной интервал. Уст­ройство и принцип действия, временные диаграммы работы преобразователей. Основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразо­вания.

Преобразование измеряемой величины в интервал времени t_Х очень эффективно при построении средств измерений, предназначенных для измерения фазовых сдвигов.

а - входные сигналы U₁ и U₂; б - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U₁ через нуль в положительном направлении; в - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U₂ через нуль в положительном направлении; г - импульсы на выходе триггера однополупериодного фазометра; д - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U₁ через нуль в отрицательном направлении; е - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U₂ через нуль в отрицательном направлении; ж - импульсы на выходе второго триггера двухполупериодного преобразователя

Рисунок 4.3 - Временные диаграммы, поясняющие метод преобразования _Х  t_Х

Если с помощью формирующих устройств (ФУ) преобразовать гармонические сигналы U_m1 и U_m2 в короткие импульсы напряжения U₁ и U₂, соответствующие моментам перехода U₁ и U₂ через нуль в положительном направлении, то интервал времени t_Х между ближайшими импульсами будет пропорционален преобразуемому фазовому сдвигу _Х.

При измерении рассматриваемым методом необходимо определять отношение . Наиболее просто это можно осуществить, если значение t_Х (называемое еще фазовым интервалом) будет задано не опорным и интервальным импульсами U₁ и U₂ (как в измерителях t_Х), а с помощью прямоугольного импульса длительностью t_Х. В этом случае значение может быть определено как постоянная составляющая периодической последовательности прямоугольных импульсов и легко измерено аналоговым или цифровым вольтметром. Если же t_Х нужно преобразовать в цифровой код, то это также легко может быть сделано с помощью селектора, управляемого импульсами t_Х как стробирующими (по аналогии с цифровыми преобразователями частоты). В связи с этим во всех фазометрах, реализующих метод преобразования _Х  t_Х, предусматривается образование из U₁ и U₂ периодической последовательности прямоугольных импульсов. Наиболее часто это осуществляется с помощью триггеров, и поэтому такие преобразователи называют триггерными. Таким образом, напряжение U_T - это выходное напряжение преобразователя

24. Аналого-цифровые преобразователи, реализующие параллельный способ преобразования. Устройство, принцип действия, основные метрологические характеристики преобразователей и оценки погрешности преобразования.

Самый быстрый метод преобразования аналогового сигнала (метод непосредственного считывания – способ параллельного преобразования) в цифровой состоит в подаче аналогового напряжения постоянного тока UВХ на набор параллельных компараторов напряжения с различными порогами срабатывания (рисунок 4.10). Пороги срабатывания формируются путем деления опорного напряжения постоянного тока Uоп с помощью делителя напряжения, образованного набором последовательно соединенных резисторов R. Затем сигнал с выходов компараторов К поступает в логическую схему (шифратор) и превращается в цифровой код, несущий информацию о значении преобразованного аналогового напряжения.

Этот процесс называется импульсным преобразованием и является очень быстродействующим, но также и дорогим, поскольку требует для своей реализации значительного количества электронных схем.

В основе метода лежит принцип шкалы, аналогичный тому, который используется при считывании измерительной информации со стрелочного прибора. Роль шкалы в АЦП выполняет набор компараторов (К), каждый из которых сравнивает входной сигнал со своим уровнем квантования. Состояния компараторов преобразуются шифратором в выходной код. Быстродействие АЦП непосредственного считывания достигает 210-8 с при 64 уровнях квантования и 10-7 с при 256 уровнях.