Измерение временных интервалов
На рисунке 4.1 приведена структурная схема время-импульсного измерителя, а на рисунке 4.2. - эпюры напряжений, поясняющие его работу.
|
| Рисунок 4.1 – Структурная схема прибора для измерения временных интервалов время-импульсным методом |
Формирователи Ф 1 и Ф 2 создают из входных сигналов 
и 
импульсы «старт» и «стоп» соответственно начала и конца измеряемого интервала 
, который формируется тригерром Тг. Триггер открывает на время ключ Кл, который пропускает на счетчик СЧ некоторое число счетных импульсов с периодом 
с генератора ГОЧ. Счетчик подсчитывает число импульсов N и полученный результат отображается на цифровом отсчетном устройстве ЦОУ.
,где 
<< .Тогда 
. Для получения удобного отсчета берут 
Гц, тогда 
.
|
| Рисунок 4.2 – Временные диаграммы работы прибора для измерения временных интервалов время-импульсным методом |
Рассмотрим основные виды погрешности измерения время-импульсным методом
Относительная нестабильность частоты ГОЧ 
. Для повышения точности измерений используют в качестве ГОЧ термостатированные кварцевые генераторы. Тогда 
.
Погрешность дискретности. Определяется значением периода счетных импульсов .
Погрешность 
формирования из входных сигналов импульса, определяющего измеряемый интервал . В эту погрешность входят нестабильность порога срабатывания формирователей, наличие помех в измеряемом сигнале, крутизна фронтов сигналов. Погрешности за счет задержек сигналов в блоках и схемах измерителя при использовании быстродействующих элементов сравнительно малы, поэтому в большинстве случаев не учитываются.
|
|
|
В общем случае 
, а предел погрешности 
. При измерении больших величины 
и могут быть малы, и относительная погрешность измерения может достигать величин 
. При измерении малых определяющей становится погрешность дискретности.
Для уменьшения погрешности дискретизации можно использовать следующие методы:
Увеличение частоты следования счетных импульсов. Увеличение 
имеет предел, определяемый быстродействием схем ключа и счетчика. При этом значительно увеличивается сложность аппаратуры.
Измерение большого числа интервалов (только для повторяющихся сигналов) с последующим усреднением результата измерения. Статистическая обработка измерений позволяет уменьшить случайные погрешности и .
Расширение измеряемого интервала в целое число раз п и измерение расширенного интервала с помощью счетных импульсов с периодом . Обычно это делается с помощью двойного интегрирования (рисунок 4.3). За время интегратор заряжается стабилизированным напряжением до величины 
.
|
|
|
После окончания интервала на интегратор подается меньшее напряжение противоположной полярности, чем , и интегратор разряжается до нуля. Полученный интервал 
заполняется счетными импульсами, число которых подсчитывается счетчиком. Увеличение измеряемого временного интервала в п раз эквивалентно уменьшению в то же число раз величины дискрета , т. е. погрешности дискретности равной 
.
|
| Рисунок 4.3 – Временные диаграммы при двойном интегрировании |
Нониусный метод позволяет уменьшить обе составляющие погрешности - в начале измеряемого интервала и в конце. Пример реализации метода представлен на рисунках 4.4 и 4.5.
|
| Рисунок 4.4 – Структурная схема реализации нониусного метода уменьшения погрешности дискретизации |
Импульс «старт» запускает генератор ГОЧ 1. Импульсы с периодом Т 1 поступают на счетчик СЧ 1, где подсчитываются. Импульс «стоп» запускает ГОЧ 2 с периодом повторения нониусных импульсов 
, обычно 
10, 100. Число этих импульсов подсчитывает СЧ 2. Импульсы с ГОЧ 1 и ГОЧ 2 поступают на входы схемы совпадения СС, на выходе которой при совпадении счетных и нониусных импульсов возникает импульс «останов», срывающий работу обоих генераторов. При этом количество импульсов N 1 и N 2 фиксируется счетчиками. Арифметическое устройство АУ рассчитывает величину измеряемого временного интервала
|
|
|
,
где величину 
, определяющую шаг дискретизации, называют шагом нониуса.
|
| Рисунок 4.5 – Временные диаграммы, поясняющие работу нониусного метода уменьшения погрешности дискретизации |
Выбирать большие значения шага нониуса р нецелесообразно, так как начинают преобладать другие виды погрешностей (нестабильность управляемых ГОЧ, погрешности определения момента совпадения импульсов и т. д.).
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 16; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!