Вводные понятия и особенности цифровых измерительных приборов

Имеет место некоторый дуализм понятия цифровой измерительный прибор (см. гл.2, п.3). Полностью цифровой измерительный прибор (в частности электрический) вряд ли возможен, в качестве исключения можно было бы предположить цифровой частотомер: в нем вроде бы возможна полная цифровая обработка контролируемого сигнала, но тем не менее и в нем есть аналоговая составляющая: обтюраторы и т.п.

Как и в любом другом цифровом устройстве, цифровых измерительных системах выходная (итоговая) информация квантована (дискретизирована) по уровню и по времени. Следует напомнить, что квантование по уровню заключается в преобразовании непрерывной (аналоговой) измеряемой величины в числовой n-разрядный код. Естественно, любой числовой код дискретен, т.е. величина, которую он представляет, отличается от действительного значения аналоговой величины на единицу младшего разряда кода. Таким образом, погрешность цифровой измерительной системы из-за дискретизации по уровню равна единице младшего разряда. Отметим, что порог чувствительности такой системы равен такой же величине. В цифровых измерительных системах измеряемая величина преобразуется в двоичный код, либо – в двоично-десятичный код. В частности он используется в цифровых мультиметрах. Для наглядности напомним о двоичном и десятичном коде:

0 0000 10 1010

1 0001 11 1011

2 0010 12 1100

3 0011 13 1101

4 0100 14 1110

5 0101 15 1111

6 0110

7 0111

8 1000

9 1001

Левая колонка и представляет собой двоично-десятичные коды. Удобство этого кода состоит в отображении на цифровом дисплее измеряемой величины декадами (десятичный разряд). В реальной электронике для этого используются дешифраторы (например, шифрование двоично-десятичного кода в семисегментный код) (рис. 6).

Рис. 6. Отображение цифры на жидкокристаллическом дисплее.

Квантование по времени заключается в обновлении измеряемой (отображаемой прибором) информации в четко определенные моменты времени. В данном случае уместна аналогия с тактовой частотой цифровой системы. В цифровой измерительной системе интервалы времени между измерительными отсчетами задаются базовым устройством измерительной системы. Базовым устройством такой системы может быть, например, АЦП (мультиметр), программный цикл (если имеет место процессор и программная обработка измерительной информации) и т.д.

Рис.7. Преобразование постоянного напряжения в цифровой двоично-десятичный код.

Должно быть очевидным, что цифровая измерительная система (как и любая другая система) тем точнее отображает информацию, чем больше разрядов. Что справедливо и для времени.

Цифровая измерительная система может быть охарактеризована масштабом преобразования – [Бит/ед.измеряемой величины] (в нашем примере – [10 Бит/В]). Масштаб преобразования по уровню выбирается разработчиком исходя из необходимости обеспечения требуемой точности прибора. Например, в цифровом мультиметре – это 4 декады.

Двоично-десятичный код используется для цифрового отображения информации на индивидуальных компактных приборах. Очевидно, что такой код удобен для отображения информации в цифровых измерительных приборах локального самостоятельного действия, имеющих свой собственный цифровой дисплей.

Двоичный код удобнее использовать для передачи его измерительной системой на дальнейшую обработку специализированным контроллером или ЭВМ. Итоговый двоичный код обрабатывается как параллельный. Его же передача осуществляется последовательными пакетами через соответствующие порты (LPT,com-порты). В технике имеют место специализированные АЦП и измерительные комплексы, предназначенные для передачи через эти порты.

Для дальнейшей цифровой обработки измерительной информации удобны сигналы, информация в которых представляет собой частоту следования электрических прямоугольных логических импульсов.

Компаратор – прибор, преобразующий любые электрические импульсы. Измерительная информация в виде таких импульсов может поступать с импульсных датчиков, с измерительных генераторов, в колебательные контуры которых включены датчики параметров, например, в колебательный контур терморезистора включены датчики амплитуды, частоты.

Дата добавления: 2014-01-04