5.6.3 Принцип измерения периода

Период колебаний – это интервал времени, в течение которого совершается полный период колебаний.

Принцип измерения периода показан на рисунке 5.6.2. Прибор для измерения периода называется хронометром.

Измеряемый аналоговый сигнал преобразуется в дискретный, при этом сохраняется длительность периода Тх.

База времени формирует счетные импульсы с образцовым периодам То.

Селектор открывается на время Тх, за это время через открытый селектор на счетчик поступает N импульсов с периодом То.

 

Рисунок 5.6.2 Принцип измерения периода методом дискретного счета

 

 

 

 

 

 

Если задать То=10^k, где k – целое число (для хронометра обычно k=-3, -4, -5, -6, -7), то  Тх=N10^k .

Причины погрешности измерения периода.

В процессе измерения периода учитываются следующие составляющие погрешности:

• погрешность образцового интервала времени - То, для расчета используем относительную погрешность по частоте образцового генератора δо, которая составляет 10^-6÷10^-7;

• погрешность дискретизации (погрешность дискретного счета) – может быть представлена, как потеря или захват одного счетного импульса ±1 импульс;

относительная погрешность дискретного счета определяется выражением:

 

 

 

погрешность дискретизации зависит от частоты исследуемого сигнала, чем больше частота (меньше период), тем больше погрешность измерения;

• погрешность измерения, вызванная искажением периода измеряемого сигнала Тх в процессе преобразования аналогового сигнала в дискретный (погрешность запуска или отпирания селектора) δз, зависит от соотношения сигнал/шум, задается в паспорте частотомера.

 

Суммарная относительная погрешность измерения периода определяется выражением:

 

 

 

В процессе измерения периода точность измерения можно регулировать, подбирая То. В некоторых хронометрах предусмотрена возможность повышения точности измерения периода за счет увеличения времени измерения, которое выбирается равным m периодам (например, режим измерения Т10). В результате уменьшается не только погрешность дискретизации, но и погрешность запуска. Расчетная формула погрешности принимает вид:

 

 

 

 

5.6.4 Функциональная схема цифрового частотомера

Ц ифровой частотомер включает в себя два измерительных устройства – непосредственно частотомер и хронометр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.6.3 Функциональная схеме цифрового частотомера

 

При измерении частоты измеряемый сигнал подается на вход «А», при измерении периода – на вход «Б».

Входное устройство – ВхУ

• обеспечивает входные параметры, входное сопротивление по обоим входам не менее 10кОм, емкость не более 75 пФ;

• усиливает или ослабляет напряжение измеряемого сигнала до значения, требуемого для работы последующего устройства частотомера.

Необходимо отметить, что в схемы частотомера обязательно включаются схема автоматической регулировки усиления (АРУ) и подавления внешних помех. При малом уровне входного сигнала (ниже милливольта) измерения прекращаются и показания счетчика сбрасываются на нуль. В устройстве предусмотрены также меры защиты от перегрузок.

 

Входные формирователи каналов «А» и «Б» преобразуют аналоговый сигнал в дискретный, сохраняя период сигнала Тх. Формирователь состоит из усилителя – ограничителя и компаратора (триггера Шмитта).

База времени формирует сигнал образцовой частоты Fо и периода То.

Кварцевый генератор является источником высокостабильного сигнала, для повышения точности измерения конструктивно решаются вопросы стабилизации частоты. На основе базовой частоты формируются сигналы образцовой частоты путем деления или преобразования частот. В современных схемах цифровых частотомеров широко применяются синтезаторы частот, создающие сигналы с дискретной сеткой частот. Цифровые частотомеры с программно-управляемыми синтезаторами частот и встроенными микропроцессорами являются перспективными измерительными приборами благодаря высокой точности, широкому диапазону измеряемых частот и удобству включения в автоматизированные измерительные системы.

 

Временной селектор имеет два входа. Вход «1» - для подачи счетных импульсов, вход «2» для управления. Временной селектор открывается строб-импульсом, поступающим из блока автоматики. В открытом состоянии селектор пропускает группу (пакет) счетных импульсов на вход счетчика.

Электронный счетчик подсчитывает количество поступивших импульсов N и выдает соответствующий код в цифровое отсчетное устройство - табло.

Табло отображает число N, соответствующее измеряемому параметру в выбранных единицах.

Автоматика управляет работой селектора, координирует работу всех элементов схемы в соответствии и выбранным родом работы – «Измерение частоты» или «Измерение периода», выбранной точностью, автоматическим или ручным режимом управления процессом измерения и т.п.

При измерении частоты измеряемый сигнал подается на вход «А», переключатель рода работы устанавливается в положение «F_А». Задается время измерения То в соответствии с необходимой точностью измерения. Импульсы, поступающие от формирователя Ф1 выполняют роль счетных, от базы времени – управляющих.

При измерении периода измеряемый сигнал подается на вход «Б», переключатель рода работы устанавливается в положение «Т_Б». Задается То в соответствии с необходимой точностью измерения. Импульсы, поступающие от формирователя Ф2 выполняют роль управляющих, от базы времени –счетных.

В связи с повсеместным использованием в системах радиоэлектроники и телекоммуникаций интегральной микроэлектроники и компьютерной техники выявилась тенденция массового внедрения измерителей временных интервалов и частоты. В настоящее время используются измерительные приборы на основе микропроцессоров, в которых реализуются функции измерения частоты и интервалов времени, а также обработки результатов измерения. 

6