Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ответы_к_билетам_комаров_2018

.pdf
Скачиваний:
78
Добавлен:
21.01.2018
Размер:
868 Кб
Скачать
☆

Если период наблюдаемого сигнала кратен частоте ГР, то видим стационарную картинку. Для компенсации времени сдвига используется ЛЗ.

Ждущая и автоматическая синхронизация: в режиме ждущей ГР запускается только одновременно с приходом наблюдаемого сигнала.

Закрытый вход – проходит только переменная составляющая, Открытый – постоянная тоже.

29. Цифровые приборы. Общие сведения классификация.

Это устройства, автоматически вырабатывающие дискретные сигналы цифровой информации и показания представляются в цифровом виде.

Вырабатывает цифровой код в соответствии с измеряемой величиной, при этом непрерывная аналоговая величина квантуется по уровню и дискретизируется во времени.

Дискретизация во времени – преобразование, при котором значение величины отличается от 0 и совпадает с соответствующим значением измеряемой величины только в определенные моменты времени. Промежутки между этими значениями – шаг дискретизации. t=ti+1 – ti (чаще const, иногда var) Квантование по уровню – преобразование, при котором непрерывная аналоговая величина принимает фиксированные, квантованные значения. Эти значения – уровни квантования или кванты. x(ti)=xk(ti)=Nq

– шаг квантования на количество уровней квантования.

x(t)

дискретизация по времени

x(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xk5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xk4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

xk3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xk(ti)

t- const

xk2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xk1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1 t2 t3 t4

t5 t6t

t

 

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Важной характеристикой является правило отождествления измеряемой величины и уровней квантования.

Классификация ЦИУ.

По способу преобразования:

1)последовательного счета

2)последовательного приближения

3)считывания

По виду измеряемой величины

1)Вольтметры

2)Амперметры и т.д.

По способу усреднения измеряемой величины:

1)мгновенных значений

2)усредняющие (интегрирующие)

Мгновенные значения в отдельные моменты времени.

Усредняющие – интеграция нескольких значений во времени и выдают результат в виде некоторого проинтегрированного значения по некоторой величине ( позволяет избавиться от помехи)

По режиму работы:

1)циклического действия (по жесткой программе)

2)следящие – отслеживают изменения квантующей величины на некоторое значение ( как только квантованная величина изменилась, тут же появляется новый результат на выходе.

Разница между цифровыми измерительными устройствами и цифровыми приборами.

1.ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь Nx x(t)

2.АЦП – аналого –цифровой преобразователь x(t) Nx ЦИУ +

ОУ (отсчетное устройство)

ЦИУ – цифровое измерительное устройство

АЦП + ОУ = ЦИУ ЦАП и АЦП - ЦП

30. Основные методы преобразования непрерывной величины в код.

Метод последовательного счета – обладает максимальным временем измерения, но самый дешевый. x(t)

xk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tн

 

 

 

 

 

 

 

tк

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в tн - начальный момент – формируется квантующего сигнала

xн

СУ

xk

сравнение

 

 

 

 

 

 

 

tk – сравнение сигналов tиз=tk – tн

Вырабатывается единичный код и результат как произведение q на количество ступеней N xи≈xk=qN

tизм=tпр=Ntст

tизм=tпр – время измерения или преобразования tст – время формирования ступени.

Метод последовательного приближения – каждый следующий шаг – половина предыдущего

.

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

101

 

 

0

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1

 

 

 

 

 

t

Значение квантующего сигнала формируется следующим образом. xm – максимальное значение квантующего сигнала.

xk1 = xm/2 – первый шаг xk2= xm/4= xk1/2

xk3= xm/8= xk2/2 и т.д. xm = 8

t1=tн xm< xk

в t2 – от уровня на котором остановились (xm/4) xk2< xk

xk3> xk – в этом случае данный разряд 0. Время измерения закончилось результат 110 tизм=tпр=tст*n

n=log2Nm

Метод считывания – одновременное сравнение измеряемой величины со всеми уровнями квантования сразу. Время измерения самое маленькое, но дорогой.

хkm

хи

xk1

xи

 

 

 

xk1

 

CУ1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xk2

СУ2

 

СУm

xkm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31. Основные характеристики цифровых СИ.

Статические:

1) погрешность дискретности (квантования) д= к

2)чувствительности ч

3)реализации уровней квантования p

4) от действия помех п

Погрешность дискретности.

1) Измеряемая величина отождествляется с ближайшим большим или равным уровнем квантования . x(t)

 

 

 

 

 

 

 

д

 

 

 

 

 

 

 

xи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

tн

 

 

 

tк

В общем случае – величина х –случайная, поэтому д – является также случайной величиной, распределенной по случайному закону.

д k xki x xk q; _ 0 1

D x x2

/12; _ дисперсия

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

x xk

 

 

 

 

 

 

 

/ 2 3; _ СКО

 

M x xk / 2 __ мат _ ожидание

xп

 

 

 

 

 

 

хп=хвх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2 3 4

 

хвх

д

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2) С ближайшим меньшим или равным.

xп

 

 

D x xk2 /12; _

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x xk / 2

 

 

 

 

 

 

 

3; _

 

 

 

 

 

 

 

 

45

 

M x xk / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

3 4

x=xki-x

д

 

 

 

 

 

1

-1

3) С ближайшим уровнем – если входная величина не превышала половины кванта, то на ближе к нижнему уровню, иначе к верхнему.

x

xk/2

x

xk/2

0.5 0.5

D x xk2 /12; _

M x 0

Погрешность квантования – методическая. Систематическая – мат ожидание.

Погрешность чувствительности.

Возникает в следствии неидеальности сравнивающего устройства из состава цифрового прибора

x xki x xk xcp д ч - погрешность дисперсии (методическая) + погрешность чувствительности (инструментальная)

x'

 

 

xki

xср – срабатывание сравнивающего устройства

x

 

 

 

 

 

 

xki-1

 

 

Погрешность от реализации уровней квантования.

x'ki+1

xki+1

x'ki

xki

x'ki-1

xki-1

В связи со смещением уровней квантования

(xki xсм ) x xk

Если бы смещения не было (xсм=0) то погрешность квантования – xki-x= α xk В связи с наличием смещения (xki+xсм)-x= α xk

новый уровень квантования

x xk xсм д p -

д – методическая; ч, р – инструментальная

Если смещение уровней квантования зависит от номера уровня, то погрешность p f (x) .

Погрешность, возникающая при квантовании временного интервала. При измерении временного интервала используются квантующие импульсы известной частоты.

f0 1/ T0 tx NT0

 

- количество импульсов на некоторый интервал времени T0 следования импульсов

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

 

6

 

7

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

старт

 

 

 

 

 

 

 

tx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стоп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t2

t

t1 0 T0 ; t2 T0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t t1 t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t1 и

t2 - погрешности от временного сдвига старт- и стоп-импульсов относительно квантующего.

Суммарная случайная величина распределяется по закону Симпсона (треуг.закон)

tmax T0 ; _

 

 

 

 

 

 

- мах значение погрешности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

max

 

 

T0 / tx

1/ Nx

- мера точности относительно погрешности

t T0 / 6; _

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M t 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Старт-импульс синхронизируют с половиной периода квантующего импульса. Класс точности c/d.

32. Помехозащищенность цифровых измерительных приборов.

Помехоустойчивость – способность устройства функционировать при действии помех. Помехозащищенность ЦИП – способность устройства производить измерения с требуемой точностью.

ЦВ

 

 

Uпн

Rпн

 

Rв

 

 

Rвх

 

 

Ux

I1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rux

 

 

Rн

 

 

 

 

 

Rиз

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rзи

Uпоб

Rпоб

 

 

 

Rзк

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uпн – источник (с сопротивлением Rпн) действия помехи нормального вида

Ux – измеряемый источник с сопротивлением Rux

Uпоб – эквивалентный источник помехи общего вида (сопротивление - Rпоб)

Rв, Rн – сопротивление соединительных проводов

Rиз – сопротивление изоляции

Rзк – сопротивление заземления контура

Rзи – сопротивление заземления источника

Помеха нормального вида – наводка на соединительные провода, суммируется с входным измеряемым сигналом.

Помеха общего вида – разность потенциалов между точками заземления источника и ЦВ

U

экв

U об

U об

___ I

1

I

2

___ U экв I R

п

 

 

 

п.н.

 

 

 

п.в.

 

 

 

 

 

п 2 н

I2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U об

 

 

 

 

 

 

I2

 

U об

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

зи

R R R

зк

Rоб

 

 

R

 

 

 

 

 

н

 

из

 

п

 

 

 

 

из

 

экв

 

U об R

 

 

 

U экв

__

 

 

 

U

 

 

п

н

 

__ R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

Rиз

 

 

 

 

из

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D 20 lg

U поб

 

дБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

экв

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т.к Rиз.>> Rзи, Rзк, Rпоб, Rн

C уменьшением Rиз растет воздействие помехи на результат. Чем больше сопротивление изоляции тем меньше влияние помехи общего вида на результат

- Оценка действия помехи общего вида

Действие помехи нормального вида – наводка на соединительные провода.

В общем случае

 

 

 

 

 

 

Nx - помехи нет

 

 

Ux

 

 

ЦВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ux+Uпн

 

 

ЦВ

N' - величина кода (показания вольтметра) с учетом действия помехи

N'

x

f (U

x

U н )

нормального вида

 

 

 

 

п

 

Помеха нормального вида имеет гармонический характер. Борьба с ней за счет интегрирования входного сигнала.

 

 

tи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N x

k U x dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

k t

U

 

U н dt kt

1

 

tи

U

 

U н dt

 

 

 

x

 

 

 

 

x

п

и t

и

 

 

 

 

x

 

п

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

t

 

 

t

ktи

1

и U x dt k и U пн dt ktи

 

1

 

и U x dt k и U m sin 2 fпt dt

t

t

 

 

и

0

 

 

 

0

 

 

 

 

и

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ux cp

погрешность от действия помехи нормального вида Uпн

т.о.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

kt U

xcp

U н

___

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

и

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tи n / fп nTn Uпн 0 - если ввести время интегрирования кратное периоду помехи

fn=50Гц tи=n1/50=n*0.02c

33. Динамические погрешности ЦИУ.

Динамическая погрешность возникает при изменении мощности во времени сигнала.

 

U(t)

Uвх(t)

Ux(t)

 

 

Iдин

Uвых(t)

 

 

Nx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

tи

Для оценки динамической погрешности принята следующая модель

Ux(t)

 

 

 

Nx

Вх Ц

АЦП

 

 

 

 

 

 

 

 

входная цепь

Rвх

Входная цепь представлена в виде -

Uвх(t)

 

Cвх

 

 

 

Uвых(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iдин - динамическая погрешность первого рода, обусловлена апериодическими свойствами входной цепи.

U(t)

 

Ux(t)

Iдин

Ux

 

U'(t)

t

 

 

 

(1 e

t

U '

(t) U

x

Rвх Свх

)

x

 

 

 

 

t ___ дин 0 _!!!

Пусть преобразование аналоговой величины в квантованную происходит методом последовательного счета.

динII(t)

t0 – время начала измерения

t0

tпр tk

t

IIдин определяется временем преобразования, с уменьшением времени преобразования погрешность стремиться к нулю.