3.1.4. Цифровой процентный частотомер
Цифровые процентные частотомеры (ЦПЧ) используются для измерения относительного отклонения частоты колебаний от некоторого номинального значения fXн. Область применения ЦПЧ та же, что и у ЧНЗ. Один из вариантов структурной схемы ЦПЧ приведен на рис. 3.5.
Рис. 3.5. Структурная схема ЦПЧ
На рисунке обозначено: ВФ – входной формирователь; ДЧn1, ДЧn2 – делители частоты с коэффициентами деления n1 и n2 соответственно; ФПТ1, ФПТ2 – формирователи периода; ГОЧ – генератор образцовой частоты f0; СИ – счетчик импульсов; Рг – регистр результата преобразования; ЦОУ – цифровое отсчетное устройство; БУ – блок управления
Работа схемы осуществляется следующим образом. При включении питания БУ вырабатывает сигнал "общий сброс", обнуляя СИ, ФПТ1, ФПТ2, ДЧn1, ДЧn2. По окончании общего сброса схема готова к преобразованию.
По первому же переднему фронту импульса с выхода ВФ переходит в "1" ФПТ1, устанавливая в "1" и ФПТ2. При установке ФПТ1 разрешается работа ДЧn1, а при установке ФПТ2 – разрешается работа ДЧn2.
Импульсы с выхода ВФ проходят на ДЧn1; как только он переполнится, на ФПТ1 пройдет сигнал "СБР1". В результате на выходе ФПТ1 установится "0", запрещающий работу ДЧn1. ДЧn1 выполнен так, что сигнал "СБР1" удерживается до появления сигнала "общий сброс", запрещая ФПТ1 реагировать на изменение сигнала с выхода ВФ. При переполнении ДЧn2 на его выходе появляется сигнал "СБР2", сбрасывающий ФПТ2.
Сброс ФПТ2 запрещает работу ДЧn2, производит запись кода NX с выхода СИ в Рг и служит для БУ признаком "конец измерения". В ответ на это БУ вырабатывает сигнал "общий сброс". По окончании общего сброса описанный выше процесс преобразования повторяется.
В процессе преобразования ФПТ1 вырабатывает сигнал
Т1 = ТX n1,
где ТX – период входного сигнала.
ФПт2 вырабатывает сигнал
Т2 = Т0 n2,
где Т0 – период следования импульсов с ГОЧ.
Через селектор DD1 за время преобразования на СИ проходит количество импульсов:
Если установить n1 = fXн n2 T0, то
Если заменить fX на fXн, то получим
Если принять n2 = 100, то результат будет выражен в процентах. Здесь так же, как и для частотомера номинальных значений, присутствует методическая погрешность за счет того, что измеряемая величина представлена идеальным значением выходного кода:
а реальное значение
Значение методической погрешности М выражается формулой
Достоинство ЦПЧ – малое время измерения на низких частотах.
Недостаток ЦПЧ – погрешность измерения ЦПЧ увеличивается с ростом частотного диапазона.
3.2. Цифровые периодомеры
Цифровые периодомеры – это электронные устройства, предназначенные для измерения периода колебаний электрических сигналов. Цифровые периодомеры относятся к приборам прямого преобразования. Они делятся на периодомеры мгновенных значений и периодомеры средних значений.
3.2.1. Цифровой периодомер мгновенных значений
Цифровой периодомер мгновенных значений (цпмз) предназначен для реализации измерения за один период входного сигнала. Один из вариантов реализации структурной схемы цпмз приведен на рис. 3.6.
Рис. 3.6. Структурная схема ЦПМЗ
Работа структуры осуществляется следующим образом. Входной формирователь ВФ преобразует входной сигнал с частотой fX в последовательность прямоугольных импульсов с такой же частотой.
При отсутствии сигнала "запрет" формирователь периода ФП по переднему фронту импульса с выхода ВФ устанавливает на своем выходе логическую "1", которая разрешает прохождение импульсов частоты f0 с выхода ГОЧ через селектор С на счетчик импульсов СИ.
По следующему переднему фронту на входе ФП его выход устанавливается в "0", и импульсы с ГОЧ через С не проходят.
На выходе СИ фиксируется код NX, пропорциональный числу импульсов частоты f0, прошедших на счетчик за время ТХ, равное периоду входного сигнала.
По заднему фронту импульса с выхода ФП блок управления БУ выдает на ФП сигнал "запрет", во время действия которого ФП не реагирует на входные сигналы. Кроме того, БУ выдает на регистр Рг сигнал "запись", по которому код NX записывается в регистр и выводится на цифровое отсчетное устройство ЦОУ. Затем БУ выдает на СИ сигнал "сброс", и схема переходит в режим индикации показаний. Как только БУ снимет сигнал "запрет", по первому же переднему фронту с выхода ВФ повторится описанный выше процесс измерения.