Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



дения, выходные импульсы которого регистрируются счетчиком грубого отсчета.

Генератор нониусных импульсов запускается стоповым импульсом. Генерируемые им импульсы с периодом х„ = (и-где и -целое число, поступают на другой вход схемы совпадений и одновременно регистрируются счетчиком точного отсчета. Через некоторый промежуток времени, зависящий от длительности участка - Ах, (рис. 9.6), произойдет совпадение импульсов квантующей и нониусной последовательностей. Импульс схемы совпадения блокирует генератор нониусных импульсов. Очевидно, что количество импульсов, зарегистрированных счетчиком, пропорционально длительности участка Хо-Ах,.

Измеренный интервал хм можно выразить в виде

Хизм = (JV - iV„) т„ + Af„Ах„,

где N - показания счетчика грубого отсчета; W„ - показания счетчика точного отсчета; Ах„ - шаг нониуса, равный Хо/и.

Таким образом, нониусный метод позволяет свести абсолютную погрешность измерений к величине т/п. При этом величина и может достигать достаточно больших значений (несколько десятков и даже сотен), что и обусловливает широкое распространение метода.

Использование нониусного метода при больших значениях п предъявляет к узлам схемы ряд требований, наиболее существенными из которых являются:

высокая стабильность частоты нониусной последовательности;

высокая стабильность параметров импульсов обеих последовательностей;

высокая разрешающая способность схем совпадений.

Существенным недостатком нониусного метода является неудобство отсчета результатов измерений по нескольким табло с последующими вычислениями.

Абсолютная пофешность нониусного метода может быть сведена к 1 не

Методы с промежуточным преобразованием. Ниже рассматриваются методы преобразования время-амплитуда и преобразования масштаба времени.

Метод преобразования время - амплитуда широко используется в самых различных измерительных устройствах.

Рассмотрим этот метод на примере его применения в преобразователе последовательного счета с целью учета участка Ах,. Для простоты, как и ранее, принято, что стартовый импульс синхронизирован с импульсами квантующей последовательности.

На рис. 99 приведена функциональная схема измфительного устройства.

Импульсы квантующей последовательности с генератора поступают на пфвые входы схем совпадения 1 и 2, которые по вторым входам управляются триггером.

С приходом стартового импульса триггер опрокидывается, при этом открывается схема совпадения 2 и закрывается схема совпадения 1. Начинает работать схема грубого измфения времени, состоящая из схемы совпадения 2 и счетчика.

Стоповый импульс возвращает триггер в исходное положение, закрывается схема совпадения 2 и открывается схема совпадения 1. Стоповый импульс одновременно поступает на преобразователь время-амплитуда и запускает его. Пфвый импульс с выхода схемы совпадения 1 прекращает работу преобразователя. На выходе преобразователя при этом возникает импульс, амплитуда которого пропорциональна длительности интфвала между двумя импульсами - стоповым и первым импульсом с выхода схемы совпадения 1, т. е. пропорционально участку Ах, (рис. 9.6). В качестве преобразователя время-амплитуда наиболее часто используется генератор линейного пилообразного напряжения, управляемый двумя им-

Старт-Стоп -

Триггер

Генератор квантующей последовательности импульсов

Преобразователь время - амплитуда

Амплитудный анализатор

Схема совпадения Г

Блок дешифрирования и индикации

Схема совпадения

Счетчик грубого отсчета

Рис. 9.9. Функциональная схема ИВИ по методу преобразования время-амплитуда



Старт

Стоп

Преобразователь масштаба времени

Схема

совпа-

-♦-

Счетчик

дения

Генератор

Рис. 9.10. Обшая функциональная схема ИВИ по методу преобразования масштаба времени

пульсами - запускающим и останавливающим.

Далее импульс с выхода преобразователя поступает на вход и-канального амплитудного анализатора. В простейшем случае амплитудный анализатор может быть выполнен в виде и параллельно соединенных интегральных дискриминаторов с равноотстоящими друг от друга порогами дискриминации.

В зависимости от амплитуды импульса на выходе преобразователя на выходе анализатора получится сигнал того или иного вида (вид сигнала зависит от типа используемого анализатора), несущий информацию о длительности интервала Ат- Этот сигнал поступает на блок дешифрирования и индикации.

Таким образом, возможно уменьшить абсолютную погрешность дискретности до Тд/и. Значение и зависит от линейности и стабильности преобразователя время-амплитуда, разрешающей способности анализатора амплитуды, задержек в отдельных узлах схемы.

Метод преобразования масштаба времени состоит в том, что длительность измеряемого интервала t„3m преобразуется в импульс длительностью feT„3m,

которая измеряется с помощью преобразователя последовательного счета.

Обычно преобразование масштаба времени осуществляется в два этапа. Первый из них заключается в преобразовании вида время-амплитуда, второй -в преобразовании вида амплитуда -время.

На рис. 9,10 приведена общая функпио-нальная схема измерительного устройства.

Стартовый и стоповый импульсы, интервал Тизм между которыми требуется измерить, поступают на преобразователь масштаба времени. Импульс на выходе преобразователя, имеющий длительность кху, управляет схемой совпадения, которая во время действия этого импульса пропускает квантующие импульсы с генератора на счет-

чик. Следовательно, генератор, схема совпадения и счетчик представляют собой преобразователь последовательного счета, с помощью которого осуществляется измерение интервала feT„3m-

Очевидно, что для измеряемого интервала можно записать

Сшм = Nxjk,

где N - количество импульсов, зарегистрированных счетчиком.

Таким образом, рассматриваемый метод позволяет измерить малые интервалы времени, не прибегая к быстродействующим пересчетным схемам.

Погрешность метода преобразования масштаба времени определяется в основном значением и постоянством коэффициента преобразования к.

Выражение для погрешности за счет изменения к можно записать в виде

где fco ~ номинальное значение к; Ак - отклонение к от номинального значения.-

Построение преобразователя масштаба времени может бьггь осуществлено самыми различными способами.

Рассмотрим один из возможных вариантов преобразователя, функциональная схема которого приведена на рис. 9.11.

Триггер формирует прямоугольный импульс с длительностью, равной измеряемому интервалу t„„.

Импульсы триггера запускают генератор линейного пилообразного импульса, амплитуда которого пропорциональна измеряемому интервалу Тизм. Далее пилообразный импульс поступает на преобразователь амплитуда-время, который формирует прямоугольный импульс длительностью кха-Преобразователь амплитуда - время может быть построен аналогично преобразователю, описанному при рассмотрении преобразователя амплитуды одиночного импульса во временной интервал.

Старт

Стоп

Триггер

Генератор пилообразного напряжения

изм i

>1 Ъ

У -С

Преобразова-

- тепь

ампли-

туда -

время

Рис. 9.11. Один из вариантов преобразователя масштаба времени



9.3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ

В связи с внедрением в приборостроение интегральной микроэлектроники и вычислительной техники выявилась тенденция построения измерителей временных интервалов. Постепенно отпадает необходимость в параллельном развитии двух ранее вполне самостоятельных групп приборов, таких как электронно-счетные частотомеры (ЭСЧ) и ИВИ. В последние годы появилась возможность создания, многофункционального прибора, полностью удовлетворяющего всем требованиям, которые раньше в отдельности предъявлялись к ЭСЧ и ИВИ. Например, в приборе 43-64, построенном на основе микропроцессорного контроллера, функции измерения интервалов времени, частоты и периода реализуются на единой основе, связанной с формированием и последующим измерением интервала времени, равного измеряемому интервалу (измерение времени) или целому числу периодов измеряемого сигнала (измерение периода и частоты). Измерение сформированного таким путем интервала производится методом счета импульсов с применением интерполяционной техники для уменьщения погрешности квантования.

Измеренный интервал времени определяется относительно шкалы, образованной метками времени с периодом следования 10 НС, в соответствии с формулой

т.х = То -Ь Ti - Тг,

где Tq - интервал времени между вторым тактовым импульсом с начала измеряемого интервала и вторым тактовым импульсом в конце измеряемого интервала (рис. 9.12); Т] - интервал времени между началом измеряемого интервала и следующим за ним импульсом; - интервал времени между концом измеряемого интервала и следующим за ним тактовым импульсом.

Входной

Старт

Стоп

сигнал

Метни 100 МГц,

I 0 12 3 \No-1No

1!1 I I I I I I III I

Сигналы ошибки квантования

I н

Рис. 9.12. Временная диаграмма работы ИВИ 43-64

Интервалы Xj и т, расширяются в 128 раз и измеряются, как т, счетно-импульсным методом (метки времени длительностью То = 10 не).

Результаты измерений накапливаются в отдельных регистрах:

JVo =Хо/То; N, = 128xi/Xo; JV, = 128т,/То.

Длительность одиночного интервала времени вычисляется микропроцессором по формуле

т, = 10 [JVo + (N, - JV, - AJVcp)/128],

где Тх измеряется в наносекундах с разрешающей способностью 1 не; AJVcp - поправочное число, учитывающее взаимное рассогласование интерполяторов, которое определяется в процессе калибровки.

В режиме измерения повторяющихся интервалов времени (с усреднением) дополнительно подсчитьшается число усредненных за время измерения интервалов JV£; интервал времени вычисляется по формуле

X, = 10 [JVo + (JVj - JV, - JVEAJVep)/128]/JV£.

В режиме измерения периода число JVg - количество усредняемых периодов. Период вычисляется по формуле

Тх=1 х =

= 10 [JVo + (N, - JV, - AJVep)/128]/JV£.

Упрощенная структурная схема прибора с микропроцессорным контроллером приведена на рис. 9.13. Она содержит следующие основные блоки: измеритель времени и частоты, интерполятор, селектор, формирователь готовности, блок регистров, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), кварцевый генератор и умножитель, микропроцессорный контроллер (МПК), блок управления, блок индикации, интерфейс и блок питания.

Микропроцессорный контроллер в свою очередь содержит: устройство вычислительное управляющее, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), устройство запоминающее программируемое.

Измеритель времени и частоты включает в свой состав усилители - формирователи входных сигналов, делитель частоты 1000 МГц, коммутатор, запоминающее устройство и дешифратор, который содержит программу работы прибора с данньпи блоком.

Селектор предназначен для формирования из входного сигнала измеряемого интервала времени и из сигнала опорной частоты кварцевого генератора эталонного интервала времени, равного измеряемому с точностью до длительности периода сигнала опорной



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


0.0254