9.3 Цифровой измеритель периодов
Схема содержит те же функциональные элементы, что и цифровой частотомер (рис.9.3).
Рисунок 9.3 – Структурная схема ЭСЧ в режиме измерения периода
Принцип действия цифрового измерителя поясняется на (рис.9.4). Исследуемый сигнал поступает через входное устройство на формирующее устройство. В формирующем устройстве и устройстве формирования и управления вырабатывается строб-импульс с крутыми фронтами, длительность которого определяет время открытого состояния временного селектора. Если не учитывать погрешность порогового устройства при формировании прямоугольного импульса, то можно считать, что длительность строб-импульса
∆Т равна периоду исследуемого сигнала Тх.
Рисунок 9.4 – Временная диаграмма работы ЭСЧ в режиме измерения периода
На второй вход временного селектора поступают импульсы, период которых Тквзадается опорным генератором. Умножитель частоты (УЧ) увеличивает частоту следования этих импульсов в 10mраз (m= 1,2,3…). Число импульсов, считываемых с временного селектора без учета погрешности дискретизации, равно
(9.6)
Следовательно, период (длительность) измеряемого временного интервала без учета погрешности определяется числом импульсов, прошедших через временной селектор:
(9.7)
Как и в цифровых частотомерах, Ткв∙ 10-mопределяет единицу измерения и число значащих цифр при отсчете. Погрешность измерения периода Тхопределяется тремя составляющими.
Первая – отклонение частоты кварцевого генератора δкв.
Вторая составляющая погрешности — это методическая погрешность. Она определяется некратностью интервалов Тхи ∆Т и называется погрешностью округления (дискретности) — δД.
Из временных диаграмм (рис. 9.4) следует, что период измеряемого сигнала с учетом общей погрешности дискретизации (дискретности) ∆tДопределяется равенством
(9.8)
где ∆tД= ∆t1— ∆t2. При этом максимальная абсолютная погрешность дискретизации определяется изменением числа счетных импульсов на ±1, а максимальная относительная погрешность дискретизации
Рассматриваемая методическая погрешность носит случайный характер. При распределении этой погрешности по равномерному закону, среднее квадратическое значение погрешности за один период
При измерении nпериодов погрешность δД1Tуменьшится вnраз и при измерении больших интервалов становится сравнимой с δКВ.
Третья составляющая погрешности цифрового измерителя возникает при формировании из входного сигнала импульса, определяющего измеряемый период ∆T. Это обычно происходит за счет нестабильности порогового устройства, формирующего стробирующий импульс, а также из-за флуктуационных шумов и других помех, присутствующих в измеряемом сигнале. Все это вызывает случайные изменения длительности формируемого импульса и соответственно погрешность измерения δЗназываемую погрешностьюуровня запуска.
Таким образом, результирующая погрешность цифрового измерителя периода
Электронно-счетные частотомеры, кроме рассмотренных режимов работы, обычно работают в режиме измерения отношения частот и режиме измерения интервалов времени. В этих режимах исследуемые сигналы подаются на два раздельных входа «В» и «Г».
Заметим, что во всех рассмотренных режимах имеет место погрешность дискретизации, имеющая случайный характер. Величину этой погрешности можно уменьшить путем многократных измерений, однако, при этом увеличивается время измерений. Вместе с тем при измерении временного интервала, например, длительности фронта импульса, погрешность дискретизации можно уменьшить на основе использования нониусного метода.