18. Определение дискретизации, квантования, структурная схема и принцип

действия цифрового частотомера.

Цифровые измерительные приборы – это приборы, которые, автоматически преобразуют непрерывную измеряемую величину или ее аналог (физическую величину пропорциональную измеряемой) в дискретную форму.

Подвергают ее к цифровому кодированию и выдают результат в виде цифр на экране или на печатном устройстве.

Непрерывная величина x(t) – то величина, которая в заданном конечном интервале времени может иметь бесконечное число значений. Эти значения определяются ее выборками, количество которых бесконечно.

Любая x(t) может быть дискредитирована по времени и квантована по уровню.

Шаг дискретизации – это промежуток времени между 2-мя ближайшими дискретизациями.

Дискретизация – это процесс сохранения мгновенных значений непрерывной величины, только в определенные моменты времени (моменты дискретизации).

Квантование – это процесс замен непрерывной величины ближайшими фиксированными значениями этой величины, совокупность которых образована по определенному принципу.

∆х – ступень квантования.

∆х – расстояние между ближайшими фиксированными значениями.

При квантовании тоже теряется часть информации, но все значения известны с определенной точностью.

Цифровые частотомеры (ЦЧ).

Для измерения частоты (f) используют 2 метода.

1. Метод подсчета числа импульсов сформированных из U измеряемой частоты – метод прямого (непосредственного) измерения f. τ

τ – длительность импульса кварцевого генератора.

2. Метод подсчета количества импульсов эталонной f за 1 период U измеряемой f.

Для измерения f_x низкочастотных сигналов требуется большое время измерений для уменьшения погрешностей.

Метод измерения периода позволяет повысить точность измерений при приемлемом времени измерений. В этом методе «ворота» для ключа формируются из измерительного сигнала T_x. И заполняются они образцовыми импульсами длительности . Откуда измеряемая величина .

18. Основные характеристики цифровых вольтметров, цифровой вольтметр

с времяимпульсным преобразованием: структурная схема, принцип действия, временные диаграммы.

Основные характеристики цифровых вольтметров:

1. Точность преобразования – определяется погрешностью квантования по уровню, характеризуется числом разрядов в выходном коде.

2. Время преобразования – время затрачиваемое на одно преобразование измеряемой величины в цифровой код.

3. Пределы измерения входной величины (динамический диапазон) – определяется количеством разрядов и «весом» младшего разряда.

4. Чувствительность – наименьшее различимое измерительным преобразователем измерения значения входной величины. Наиболее распространенные формы – измеряемых величин: I, U, интервал времени.

Цифровой вольтметр (ЦВ) с времяимпульсным преобразованием.

Электронные ЦВ представляют собой более сложное устройство, чем ЦЧ, потому что, имеют в своем составе преобразователь «аналоговый код». С помощью которого, непрерывная аналоговая величина превращается в дискретную.

Простейшим преобразователем является преобразователь «постоянного U» - времнной интервал который потом отображается на отсчетном устройстве.

Структурная схема:

1-Вх. устройство (нормализует вид)

2-Сравнивающее устройство I (сравнивает 0 или 1)

3-Сравнивающее устройство II

4-Устройство управления

5-Генератор линейного U (линейно увеличивает U)(ГЛИН)

6-Триггер (формирует «ворота»)

7-Ключ (элемент 2И)

8-Счетчик

9-Цифровое отсчетное устройство

10-Генератор тактовых импульсов(эталон)

Временные диаграммы:

Основные соотношения:

В начале рабочего цикла блок управления вырабатывает запускаю­щий (тактовый) импульс, который сбрасывает прежние показания счетчика, запускает генератор линейно нарастающего напряжения и устанавливает триггер в положение «0». Как видно из структурной схемы, на первые входы сравнивающих устройств подается одно и то же (линейно нарастающее) напряжение, а на вторые входы — разные напряжения. На вход сравнивающего устройства I подается нулевое напряжение, а на вход сравнивающего устройства II — измеряе­мое напряжение U_X. Сравнивающие устройства фиксируют момент равенства входных напряжений в виде короткого выходного импульса.

На входе сравнивающего устройства I импульс возникает в момент, когда линейно нарастающее напряжение достигает нулевого уровня. Этот импульс перебрасывает триггер в положение «1», ключ открыва­ется и на счетчик начинают проходить импульсы с генератора счетных импульсов. Как только линейно нарастающее напряжение, которое в этом вольтметре является образцовым, достигает уровня измеряемого напряжения U_X, появляется импульс на выходе сравнивающего устрой­ства II, возвращающий триггер в положение «0». Ключ закрывается, и счет импульсов, прекращается. Таким образом, в цифровом вольтметре с врем я-импульсным пре­образованием значение измеряемого напряжения U_X сравнивается с текущим значением образцового линейно нарастающего напряжения ц. и преобразуется во временной интервал Т_X.