Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Если при рабочей частоте входного сигнала 1 МГц выбрать максимальное число точек квантования N = 128, то наименьший шаг квантования

= 10-7128 » 7,8 НС.

Аналого-цифровой преобразователь С таким быстродействием пока создать не удается, поэтому для данного частотного диапазона целесообразно применить метод стробоскопического преобразования, позволяющий трансформировать спектр входного периодического сигнала в более низкий диапазон частот.

Для уменьшения погрешности АЦП увеличивают число разрядов, что позволяет уменьшить шум квантования, но повьпиение числа разрядов снижает быстродействие АЦП. Длительность интервалов времени между выборками непостоянна, она изменяется в зависимости от готовности АЦП к следующему такту работы. На практике приходится принимать этот интервал постоянным, что приводит к некоторой погрешности преобразования входного сигнала. Необходимый массив выборок в конкретном приборе может создаться путем последовательного набора значений отсчетов от нулевого до (N-1), где N - количество выборок, необходимое для получения заданной погрешности измерения, при постоянном шаге квантования.

Несмотря на то что на входе АЦП форма огибающей сигнала, преобразованного стробоскопическим методом, не соответствует линейно-масштабированному по времени входному сигналу, каждому значению номера выборки соответствует пропорциональное входному сигналу значение трансформированного сигнала.

Дальнейшая цифровая обработка полученного массива производится по формуле

Uo=~lU,; 1/л1==1/(«? + Рг)/2.

(12.6)

где «1 и р, - первые члены ряда Фурье, причем

«1 = - 1/,со8ф(, (12.7)

1 = 0

р,=- 1/,япф,-, (128)

а <Pi=2ni/N, где г = 0, 1, 2, N-1.

После подстановки (12.5)-(12.8) в (12.4) получим

KHH=Y(Ui-Ul-Uld/uTi, (1Z4)

где 1/д - действующее значение напряжения входного сигнала; Uq - постоянная составляющая измеряемого сигнала; Г/д, - эффективное значение первой гармоники измеряемого сигнала.

В свою очередь каждая из этих составляющих для квантованного по времени входного сигнала с постоянным шагом квантования определяется следующим образом:

кни =

w-i -2 J Li=0

TvTi-

(12.5)

21 /iCosфij I /iSinфij

Приведенный выше алгоритм определения КНИ позволяет сократить количество вычислительных операций по сравнению с алгоритмом определения коэффициентов ряда Фурье.

При рассмотрении возможных источников погрешности автоматизированных методов измерения КНИ необходимо выделить следующие факторы, влияющие на погрешность:

нелинейность характеристики аналогового запоминающего устройства (АЗУ);

скорость заряда накопительного конденсатора в АЗУ и его разряд в течение времени хранения;

стабильность шага квантования;

стабильность длительности стробирующего импульса и его фронтов;

точность умножения в N раз частоты стробирующего генератора;

количество выборок измеряемого сигнала N;

количество разрядов АЦП, его быстродействие, нелинейность передаточной характеристики преобразователя;

погрешность выполнения вычислительных операций в вычислительном устройстве (округления результатов вычислений, суммирования-вычитания, умножения-деления, извлечения корня, вычисления тригонометрических функций, погрешность задания тс);

погрешность, обусловленную тем, что в спектре исходного сигнала при выбранной



Вход

Аттеню-

атор

Аналоговый, канал

Строб.

АЦП В2-22

Пуск АЦП

Сброс счетчика

Конец I преобр.

I-Считывание Конец

Информ.

Фиксация Д

Логика

Подстройка частоты

Шаговый

Конец считывания

Конец цикла

цикла

Блок управления СБУ

Информ.

Y Сброс Пус

Авт.-полуавт.

Сеть

Индикатор захвата ФАП

220 Ъ

Однократный счет

Повт. изм.

Повт. счет.

Блок встроенного

калибратора

ТЗ-1Б

Контра

0,Kf,Kl

Сеть

220 В ] Вкл.-Выкл.

220 Ъ

Рис. 12.6. Функциональная схема автоматизированного прибора для измерения КНИ

ИНИ-50

частоте квантования имеются составляющие, частота которых выше 1/2 частоты квантования.

Функциональная схема автоматизированного прибора для измерения КНИ типа ИНИ-50, разработанного под руководством Н. Б. Петрова, приведена на рис. 12.6.

Основные блоки прибора выполняют следующие функции;

входное устройство (аттенюатор) осуществляет согласование уровня измеряемого сигнала с допустимым, который разрешается подавать на вход аналогового канала прибора;

аналоговый канал предназначен для выполнения операции выборки, запоминания и хранения мгновенных значений составляющих измеряемого сигнала;

АЦП, в качестве которого используется циовой вольтметр общего назначения типа В2-22, осуществляет преобразование входного сигнала в цифровой код;

ОЗУ осуществляет функцию накопления полного массива мгновенных значений в виде кода, поступающего с АЦП;

блок управления специализированным

вычислительным устройством (СБУ), который последовательно выполняет передачу значений массива выборок, количества выборок, а также включение цифропечатающего устройства (ЦПУ), производит одно- или трехкратный счет выбранного массива в ОЗУ и СБУ;

ЦПУ предназначено для документирования результатов измерений;

блок встроенного калибратора обеспечивает контроль работоспособности прибора в автономном режиме и оценку его погрешности.

Всей работой прибора управляет блок логики. Он осуществляет следующие функции:

формирует импульс длительностью, равной длительности периода входного сигнала;

с помощью системы фазовой автоподстройки производит привязку частоты внутреннего перестраиваемого генератора к частоте входного сигнала;

осуществляет автоматический поиск диапазона частот с целью обеспечения захвата частоты измеряемого сигнала системой ФАПЧ;



определяет количество выборок на период измеряемого сигнала;

формирует стробирующий импульс, необходимый для работы аналогового канала;

производит автоматический сдвиг временного положения стробирующих импульсов;

определяет один из возможных режимов работы прибора (шаговый, автоматический, полуавтоматический).

Принцип работы прибора можно пояснить, используя функциональную схему, представленную на рис. 12.6.

С помощью входного аттенюатора устанавливается необходимый для устойчивой работы прибора уровень измеряемого сигнала. С его подачей на вход аналогового канала происходит автоматический поиск диапазона частот, затем схема фазовой автоподстройки захватывает частоту входного сигнала и удерживает ее в течение времени измерения. При необходимости производится ручная подстройка частоты до захвата ее системой ФАПЧ. С помощью кнопки Сброс производится установка на нуль АЗУ в аналоговом канале АЦП и ОЗУ.

В блоке логики вырабатывается импульс, длительность которого равна длительности периода измеряемого сигнала, и выдается команда «Разрешение». С помощью органов управления выбираются нужный режим и число выборок на период измеряемого сигнала, т. е. коэффициент умножения частоты сигнала на входе прибора. Кнопкой Пуск выдается последняя команда «Разрешение», и производится набор массива мгновенных значений измеряемого сигнала в аналоговом канале прибора.

Последовательный набор выборок кодируется в АЦП и записывается в ОЗУ. По окончании набора массива из блока управления ОЗУ в блок логики поступает команда «Конец набора». Блок управления ОЗУ в зависимости от выбранного режима работы (повторный счет или «однократный счет») производит либо трехкратное вычисление КНИ по полученному массиву, либо однократное и переводит блок логики в режим повторного набора массива выборок.

Ввод значений Vi, Kf и f в СВУ аналогичен вводу JV и определяется соответствующими управляющими командами, поступающими при автоматическом вьшолнении программы. Только при вводе значений Vi в СВУ блоком управления выдается импульс считывания информации с необходимого адреса ОЗУ. Информация в ОЗУ представляется в виде 22-разрядного слова в прямом двоичном коде. Оперативное запоминающее

устройство может запомнить 128 таких слов. Быстродействие ОЗУ при записи и считывании составляет 1,5 мкс на одно слово. Для контроля количества записанных в ОЗУ и считанных из ОЗУ слов информации предусмотрено устройство индикации, состоящее из двух идентичных счетчиков. Каждый счетчик состоит из двух декад, декада содержит десятичный делитель, дешифратор и светодиодную индикаторную матрицу.

Задача определения КНИ требует небольшого объема памяти. Программа в ЭКВМ вводится непосредственно с клавишного пульта и интерпретируется в процессе вычисления аппаратными средствами ЭКВМ. Преимуществом ЭКВМ является ее более высокая надежность, определяемая меньшим числом электрорадиоэлементов по сравнению с мини-ЭВМ. Поскольку в ЭКВМ имеется встроенное индикаторное табло или дисплей, отпадает необходимость в разработке специального устройства индикации. Для ввода данных измерения ординат сигнала и констант необходимо устройство ввода-вывода данных.

Устройство ввода-вывода состоит из следующих блоков: коммутатора, блока инверсии, блока опроса, блока порядка, блока сопряжения и блока команд. Коммутатор совмещен с входным регистром и разбит на три одинаковых блока. К каждому блоку подходит параллельно двумя разрядами двоично-десятичного кода информация о параметрах V,, f к Kf.

Записанная во входном регистре информация поступает на блок инверсии параллельным 6-разрядным кодом. С блока wmep-сии информация поступает на блок сопряжения, при этом обеспечивается работа последнего по сигналам негативной логики.

Блок опроса определяет последовательность выдачи импульсов кода дешифратора для непосредственного ввода в ЭКВМ. В блоке порядка находится схема определения показателя степени вводимого числа, которая позволяет производить ввод числовых данных в большом диапазоне их значений. Ввод чисел производится в режиме с плавающей запятой, что позволяет оперировать широким диапазоном чисел и получать большую точность вычислений.

Блок сопряжения обеспечивает согласование по логическим уровням с элементной базой процессора ЭКВМ по шести информационным шинам. В его составе находится коммутатор 6-разрядного двоично-десятичного кода, который осуществляет преобразование параллельного кода в последовательно-параллельный. Импульсы, приходящие



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


0.0139