Автоматизация измерения частоты и периода. Временные диаграммы.
Измерение периода периодического сигнала – это новый случай общей задачи измерения интервала времени.
П
91
Не следует делать общие заключения, что для измерения периода синусоидального сигнала или длительности прямоугольного импульса обязательно требуется преобразование этих сигналов в два коротких импульса.
Е
92
Принцип измерения синусоидального сигнала методом дискретного счета можно увидеть на том рисунке 4.13
И
21
Т.е. структурная схема устройства для измерения периода из полученных результатов вытекает на рис 4.14
На 4.14 мы висим, что это есть «общая схема цифрового частотомера во время измерения периода».
И
63
В
5
Если включить делитель частоты, с коэффициентом деления q, то время следования импульсов на его выходе получается равным q*Tx. Такую же длительность имеет страбирующий импульс.
Он подводится к входу 2 временного селектора на вход 1 которого подаются импульсы кварцевого генератора, являющиеся счетными импульсами. Частота их следования есть fкварцевания (fкв)
Таким образом
При этом измеряемый период связан с показанием счетчика m и частотой кварцевой генератора fкв с соотношением
Составляющие погрешность измерения периода периодического сигнала принципиально те же, что были рассмотрены при анализе измерений интервалов времени заданного опорным и интервальным импульсами.
Максимальная абсолютная погрешность дискретности есть дельта тэ равная плюс минус дельта тэ счетчика:
А соотвующая относительная погрешность
Из этого же выражения вытекает что
Когда измеряется q периодов, то относительная погреш дискретности уменьшается тоже в q раз.
При измерении периода значительный вклад в общую погрешность может внести составляющая, обусловленная действием шумовой помехи при формировании страбирующего импульса, т.е. погрешность запуска триггера.
При таких расчетах пользуются среднеквадратическим значением относительной погрешности δ:
22
Например, при отношении сигнао-помеха 40дБ (h=100) и q=1 относительная среднеквадратичная погрешность 0,3 %.
Если при таком же отношении измерять интервал времени, равный 100 периодов сигнала, то 0,003%
Предел относительно допускаемой погрешнсоти цифрового измерителя периода, выражается в процентах по отношению к периоду Тх формулой
При этом в этой формуле - общая погрешность меры (кварцевого генератора)
Измерение частоты методом дискретного счета
С
6
Данный метод приводит измерение средней частоты периодического сигнала.
Оно заключается в прямом сравнении значения измеряемой частоты fx с дискретным значением fобр –образцовой частоты, вопроизводимой мерой, в качестве единицы.
Для этого находят путем дискретного счета число n, показывающее во сколько раз fx больше fобр.
Искомое значение частоты определяется выражением:
Единица дискретизации равна fобр
Средняя за интервал ΔT частота периодического сигнала определяется, как отношение числа n периодов сигнала к значению ΔT.
Это значит, что если выбрать интервал времени так, чтобы его значение , а затем сосчитать значении n периодов исследуемого сигнала за этот промежуток времени и вычислить отношение , то найдем значение fx измеряемой частоты
4.15 - иcследуемая периодческая последовательность импульсов. Частота следования fx – искомая, которую нужно измерить.
Мера вырабатывает периодическую последовательность импульсов с образцовой частотой следования –fобр (4.15 б)
Задача сравнения частот Fx и Fобр упрощается, если перейти к сравнению периодов Тх и Тобр.
Т.к. и , то выводится формула
94
Число n показывает, сколько периодов Tx укладывается в интервале Tобр.
Е
23
Рисунок 4.11в, если ворота заполнить импульсами с периодом Тх, то получится, что n импульсов, попадающих в ворота , при этом длительностьть калиброванная
рабочая формула определения частоты
Т.о. алгоритм измерения предписывает следующее :
1
24
2) заполнить временные ворота импульсами, следующих с искомой частой Fx
затем сосчитать число n импульсов, попадающих в ворота
вычислить