Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений




Рис. 9.4. Структурная схема осциллографического ИВИ

щая развертку во времени, можно по частям измерять длительность различных участков сигнала.

Напряжение, снимаемое с фазовращателя, может быть сдвинуто по фазе относительно входного от О до 360°п, где п - число оборотов ротора фазовращателя. Выходные сигналы с делителей частоты используются для запуска генераторов развертки.

Недостатком осциллографических ИВИ является малая чувствительность индикатора, которая ограничивается минимально допустимым уровнем изображения на экране ЭЛТ.

При измерении интервалов времени цифровыми методами имеют место следующие основные особенности:

временной интервал может задаваться не только периодическими, но и непериодическими или однократными сигналами;

временной интервал может определяться различно: длительностью импульса на определенном уровне амплитуды; интервалом между двумя импульсами на неодинаковых для обоих импульсов уровнях их амплитуд; интервалом между различными уровнями амплитуды одного и того же импульса и т. д.;

во многих случаях временной интервал может задаваться незамешанными импульсными сигналами, т. е. сигналами, снимаемыми с различных выходов и независимыми во времени.

Благодаря перечисленным особенностям построение измерителей интервалов времени отличается от построения измерителей периодов в электронно-счетных частотомерах. Это отличие состоит в том, что измерители интервалов времени имеют два одинаковых входных формирующих устройства, одно из

которых формирует импульс начала измеряемого интервала (стартовый импульй, а второе - импульс конца измеряемого интервала (стоповый импульс).

Кроме того, оба формирующих устройства имеют регулируемые уровни формирования, что позволяет осуществлеть измерения временных интервалов на различных уровнях амплитуды входных сигналов.

Иногда формирующие устройства не имеют регулируемых уровней формирования. При этом измерители интервалов времени пригодны лишь для проведения измерений в ограниченном числе случаев и часто с невысокой точностью.

Следует отметить еще одну особенность, заключающуюся в том, что измерители интервалов времени часто не позволяют получить нужной погрешности измфении (для однократных измерений) при сравнительно низком быстродействии пересчетной схемы. В то же время измерители периодов могут использовать умножение периодов с целью обеспечения необходимой погрешности.

Отмеченные основные особенности измерителей интервалов времени существенно отличают их от измерителей периодов в электронно-счетных частотомерах и выделяют их в особый класс измерительных приборов.

Ниже рассматриваются наиболее распространенные цифровые методы измерения интервалов времени.

Метод последовательного счета. Сущность метода последовательного счета состоит в представлении измеряемого интервала т„з„ в виде последовательности некоторого количества импульсов, следующих друг за другом через одинаковые эталонные промежутки времени Тобр.

По количеству импульсов последовательности, называемой квантующей, судят о длительности измеряемого интервала. Очевидно, что количество импульсов квантующей последовательности является цифровым кодом интервала т„зм-

Устройство, реализующее этот метод.

Генератор квантующей последовательности импульсов

Временной селектор

Счетчик

Вход-

Блок формирования

Рис. 9.5. Функциональная схема преобразователя последовательного счета



9.2. Электронные методы измерения интервалов времени

1 г 3

М N N+1

и I I, I I

ЫТ1 j >1Г2

Уизм

12 3 N-1 N

1 и l L


Рис. 9.6. Временная диаграмма при методе

последовательного счета: а - импульсы квантующей последовательности; б - импульсы, определяющие начало и конец измеряемого интервала; в - управляющий импульс; г - импульсы на выходе селектора

называют преобразователем последовательного счета.

На рис. 9.5 приведена общая функциональная схема преобразователя.

На временной селектор поступают импульсы с генератора квантующей последовательности. Временной селектор управляется прямоугольным импульсом, длительность которого равна измеряемому интервалу т„зм. Управляющий импульс формируется блоком формирования.

При наличии управляющего импульса через селектор проходят импульсы квантующей последовательности, которые затем регистрируются счетчиком.

Как известно, относительная погрещность однократного измерения (преобразования интервала) равна

2сиз.м=+8o±l/JV, (9.1)

где 8о - относительная погрещность периода квантующих импульсов; N - количество импульсов, зарегистрированных счетчиком.

Соответственно абсолютная погрещность выразится в виде

АТо.„з.м=+6oiVxo±Xo. (9.2)

При достаточно малом значении 6о погрешность однократного измерения будет в основном определяться погрешностью дискретности ±То. Следует заметить, что значение погрешности ± То является предельным.

Для измеряемого интервала t„3m можно записать (рис. 9.6)

x„3m = JVTo + Ai-Ab- (9-3)

Величины Axi и Ах, являются составляющими абсолютной погрешности.

При независимости величин Ati и Дт, и равномерной плотности распределения их значений в пределах То плотность распределения суммарной погрешности подчиняется закону Симпсона.

Математическое ожидание величины Хизм для однократного измерения

[М]т„зм = ЛГТо. (9.4)

Дисперсия суммарной погрешности

ВДт = т?/6, (9.5)

и среднеквадратическое отклонение

о. изм

= ТоД/б. (9.6)

Из приведенных соотношений для погрешности преобразователя последовательного счета видно, что ее уменьшение для . однократного измерения возможно при уменьшении 6о и т.

Уменьшение 6о связано с повышением стабильности частоты кварцевых генераторов и принципиальных трудностей не встречает.

В настоящее время величина 8 может быть сведена до 10""*-10~® за неделю.

Уменьшение величины связано с увеличением быстродействия пересчетных схем и других узлов, что встречает принципиальные трудности.

Достигнутое в настоящее время быстродействие пересчетных схем ограничивает То значением 10 не (по литературным данным То может быть сведена до 1 не).

Практически уменьшение погрешности

Старт

Стоп

Триггер

Счетчик

Генератор квантующей последовательности импульсов

{СС„

Устройство демпфирования и индикации

Рис. 9.7. Упрощенная функциональная схема ИВИ по методу задержанных совпадений



преобразователей последовательного счета возможно двумя путями

Первый из них - это увеличение быстродействия пересчетных схем и соответствующее уменьшение Тд.

Другой путь связан с использованием различных методов учета промежутков Ах, и Atj (рис. 9.6).

Методы учета участков Ах, и Axj могут иметь самостоятельное значение при создании измерительных приборов и устройств. Поэтому эти методы ниже рассматриваются отдельно. При этом будет со всей очевидностью установлена их связь с методом последовательного счета.

Метод задержанных совпадений. Этот метод имеет ряд вариантов. На рис. 9.7 приведена функциональная схема одного из них. Для простоты схема соответствует случаю, когда измеряемый интервал задается двумя импульсами. В рассматриваемом варианте метод задержанных совпадений используется для учета участка Atj преобразователя последовательного счета (рис. 9.5).

Учет участка Ат, можно осуществить также с помощью метода задержанных совпадений, но для этого известны и специальные методы, например метод старт-стопного деления. В данном случае предполагается синхронизация импульсов квантующей последовательности стартовым импульсом (ATj = 0).

Схема рис. 9.7 работает следующим образом. Имцульсы с генератора квантующей последовательности через схему совпадения СС, управляемую триггером, поступают одновременно на счетчик и секционированную линию задержки ЛЗ], ЛЗ2,Л3„ с временем задержки каждой секции tfn. Отвод от каждой секции линии присоединен к одному из входов схем совпадений СС,, СС2,..., СС„. Вторые входы схем совпадений соединены с одним из плеч триггера.

При поступлении стартового импульса открьшается схема совпадения и счетчик регистрирует импульсы с его выхода. При этом схемы совпадений закрыты низким потенциалом, снимаемым с триггера.

С приходом стопового импульса прекращается счет импульсов, поступающих со схемы совпадения. Перепад напряжения триггера открывает схемы совпадений. При этом если стоповый импульс приходит в момент времени, когда последний импульс совпадений находится в т-й секции линии задержки, то импульсы появятся на выходах схем от СС„ до СС„. Импульсы совпадения поступают далее на устройство дешифрирования и индикации.

Таким образом, рассмотренная схема позволяет уменьшить абсолютную погрешность преобразователя последовательного счета и свести ее к То/и.

Величина п зависит от таких факторов, как длительность перепадов напряжения триггера, длительность импульсов на выходе схемы совпадения, широкополосность линии задержки, разрешающее время схем совпадений и др.

При больших п схема становится критичной в настройке и малонадежной.

Практически с помощью описанного метода было достигнуто уменьшение погрешности дискретности до 50 не для схем на полупроводниковых приборах и до 10 НС для схем на электронных лампах.

Ноннусный метод. Нониусный метод нашел широкое применение в технике измерения интервалов времени как в качестве средства уменьшения погрешности преобразователей последовательного счета, так и в качестве самостоятельного метода построения некоторых измерительных устройств.

На рис. 9.8 приведена функциональная схема измерителя интервалов времени с но-ниусным методом уменьшения погрешности Ат2 и с синхронизацией стартового импульса (АХ] =0). Схема работает следующим образом. Импульсы с генератора квантующей последовательности поступают на входы схем совпадения и на вход делителя частоты. Делитель частоты формирует импульсы, синхронные с квантующей последовательностью и служащие для запуска исследуемых устройств. Одновременно импульсы делителя открывают схему совпа-

Генератор квантующей последовательности импульсов

Схема совпадения

Делитель частоты

Пусковой

импульс

Счетчик грубого отсчета

Схема совпадения

Генератор нониусных импульсов

Стоп

Счетчик точного отсчета

Рис. 9.8. Функциональная схема измерителя временньк интервалов по нониусному методу



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 [111] 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0714