Режим измерения периода

Упрощенная структура ЦЧ в режиме измерения периода приве­дена на рис. 72, а,а временные диаграммы – на рис. 79, б. В этом режиме входной периодический сигнал 1 (соответственно диа­грамма 1) любой формы подается на вход формирователя периода ФП, где преобразуется в прямоугольный сигнал 2 (диаграмма 2)фиксированной амплитуды, длительность которого Т_х равна периоду входного сигнала. Далее этот сигнал поступает на управляющий вход электрон­ного ключа и замыкает его на время Т_х. На входе электронного ключа – прямоугольные импульсы 3 (диаграмма 3)стабильной неизвестной частоты F ₀,постоянно поступающие с выхода гене­ратора тактовых импульсов ГТИ. Таким образом, на выходе ключа формируется серия прямоугольных импульсов 4 (диаграмма 4), число импульсов N_x в которой пропорционально длительности Т_х:,

N_x = Ent [ T_x / T ₀] = Ent [ T_xF ₀],

где Ent [...] - оператор определения целой части выражения [...]; Т ₀- период тактовых импульсов, Т ₀ = 1 / F ₀; F ₀- частота тактовых импульсов ГТИ.

Рис. 72. Режим измерения периода (интервала времени): а – упрощенная структура;

б – временные диаграммы

Счетчик Сч подсчитывает пришедшие импульсы и затем содержимое счетчика 5 переписывается в запоминающее устройство ЗУ, где и хранится до окончания следующего цикла и переписи ново­го результата. Индикатор Ин позволяет считывать результат измерения. Если, например, частота импульсов ГТИ была установле­на F ₀= 1 кГц, а содержимое счетчика Сч в конце интервала счета оказалось равным N_x = 1520, то период входного сигнала, следовательно, равен Т_х = 1,52 с.

И в этом режиме ЦЧ работает циклически, т.е. в начале каждого нового цикла преобразования счетчик обнуляется. Таким образом, результат измерения периодически обновляется.

Обычный ЦЧ имеет высокочастотный стабильный ГТИ и цифровой делитель частоты, с помощью которого формируется не­сколько разных тактовых частот F ₀(например, F ₀₁ = 1,0 кГц; F ₀₂= 10 кГц; F ₀₃ = 100 кГц; F ₀₄ = 1,0 МГц), что означает наличие нескольких возможных диапазонов измерения периода. Важным, поэтому, является вопрос правильного выбора диапазона измерения, в котором обеспечивается минимальная погрешность.

Погрешность D _T результата измерения периода (интервала времени) Т_х,как и в режиме измерения частоты, содержит две составляющие: погрешность дискретности D _{T 1} погрешность D _{T 2}вызванную неточностью (неидеальностью) значения F ₀частоты ГТИ. Погрешность дискретности D _{T 1}по природе аналогична pacсмотренной в первом режиме и представляет собой аддитивную погрешность (рис. 73, а). Появление второй составляющей - по­грешности D _{T 2} иллюстрирует рис. 73, б.

Рис. 73. Составляющие погрешности в режиме измерения периода: а – аддитивная составляющая; б – появление второй составляющей; в – мультипликативная составляющая

Если бы частота сигнала ГТИ была строго равна номинальной F ₀, то число импульсов, поступивших в счетчик в течение интервала Т_х,было бы равно N ₁. Если же частота сигнала ГТИ будет, напри­мер, несколько больше номинальной и составит F ₀ + D F ₀,то на том же интервале Т_х в счетчик поступит больше импульсов N ₂ > N ₁. Эта составляющая погрешности мультипликативна, т.е. ее значе­ние тем больше, чем больше длительность измеряемого периода (интервала) Т_х (рис. 73, в).

Суммарная абсолютная погрешность D _T результата измерения периода Т_х и суммарная относительная погрешность,%,равны, соответственно:

D _T = D _{T 1} + D _{T 2} = ±(1/ F ₀ + Т_х ×D F ₀ / F ₀);

δ _Т = δ _{Т 1} + δ _{Т 2} = ±(1/ F ₀× Т_х + D F ₀ / F ₀) × 100.

Таким образом видно, что в этом режиме, чем меньше измеря­емый период Т_х (чем больше значение частоты f_x, тем хуже, так как тем больше относительная погрешность. Для измерения срав­нительно малых значений периода Т_х (или сравнительно высоких частот) следует использовать первый режим ЦЧ - режим измере­ния частоты f_x.

Дата добавления: 2014-10-15