Лшеу сигналдарыныҢ параметрлерін Өлшеуге арналҒан цифрлік аспаптар

Көп жағдайларда цифрлік өлшеу аспаптарында кодталған шамаларға уақыт интервалы, импульстер жиілігі және тұрақты тоқ кернеуі жатады. Өлшеу техникасында, қашықтықтан өлшеу кезінде жиілік, фаза немес импульс ұзақтығы бойынша модуляцияланған синусоидалы және импульстік сигналдар қолданылады. Модуляцияланған сигналдар бөгеуге қарсы тұру қабілеті зор және байланыс каналының ықпалына тәуелсіз болып келеді. Цифрлік аспаптардың ішінде жиілікті өлшеу аспабы және уақыттық интервалдарды өлшеу аспабы кең тараған.

15.1 Сурет Периодты өлшеуге арналған сандық өлшеу аспабы

а- структуралық схема б- уақыттық диаграмма УФ-қалыпқа кел-

тіруші күшейткіш К- кілт, ГИ- импульстер генераторы, Сч-санау-

ыш, УИ- индикациялау құрылғысы

Уақыттық интервалдарды өлшеу аспаптарының негізінде біртіндеп санау тәсілі жатыр, бұлар арқылы гармоникалық немесе импульстік сигналдардың периодын және импульстердің ұзақтығын өлшеуге болады.

Уақыттық интервал T_X, сол интервалдытолтырушы периоды Т₀ тең, жиілігі f _о =1/T_о тең импульстік кванттаушы сигналдарды u_N(t) санау арқылы анықталады._.

15.1 а -суретте периодтты өлшеуге арналған цифрлік өлшеу аспабының құрылымдық УФ-ің шығысында периодтты сигнал ұзақтығы T_X тең импульстік сигналға u_x(t) түрленіп шығады. Импульс ұзақтығы өлшенетін сигналдың периодына тең. Импульс К кілтін іске қосады да импульстер тізбегі счетчикті Сч толтырады. Т_Х уақытында счетчик арқылы саналған импульстер саны

Өлшем ретінде үлгі сигналдың периоды Т₀, жиілігі f ₀ алынады. Код счетчиктен цифрлік индикациялау құралына беріледі.

f ₀ – жиілігінің тұрақтылығы кварцтік импульс генераторды қолдану арқылы жүзеге асады, сол себептен негізгі қателік өлшенетін шаманы T_X кванттау кезінде жіберілетін қателік. Егер де t_x интервалының бас жағы генератордан келген импульспен беттеспеген жағдайда, кванттау қателігі мынаған тең

Сол себептен кванттаудың максималдық салыстырмалы қателігі

яғни, егер . онда

f ₀ жиілігі t_x интревалының ең кіші мәнін өлшеуде кететін қателіктің шектелген мәнімен және счетчиктің жылдамдығымен анықталады.

Өлшеу дәлдігін жоғарлату үшін Т_х интервалының басталу уақытымен кванттаушы импульсті u_T(t) синхронизациялайды. Бұл жағдайда кванттау қателігі Dt₁®0; Сонымен қатар Dt₂ интервалының мәнін қосымша бағалайды. Кванттау қателігі n- периодтты өлшеу кезіндегі өлшеу нәтижесінің орта мәнін алу арқылы да азайтылады. Соңғы тәсілде өлшеу уақыты мынаған тең Т'_x = n Т_х ( n-ің мәні әдетте10^k, мұндағы k — бүтін оң сан), ал кванттаудың салыстырмалы қателігі

Гармоникалық сигналдың фазалық ығысуы

мұндағы - тербеліс периоды; — тербелістер арасындағы уақыттық ығысу.

Соныменен, 12.2, а – суретте келтірілген құрылымдық схема бойынша, счетчикке Сч - уақытында импульстер генераторынан ГИ жиілігі f ₀ – тең импульстік сигналдардың u_N(t) саны мынаған тең

бұдан

(15.1)

(15.1) – теңдеуінен көретініміз, фазалық ығысуды өлшеу үшін: өлшенетін сигналдың жиілігін тұрақты мәнде ұстап тұру қажет немесе жиіліктер қатынасын f_x/f₀ тұрақты мәнде ұстап тұру немесе периодттың мәнін өлшеп алып, сонан соң фазалық ығысуды есептеу.

Фазалы өлшеу кезіндегі кванттау қателігінің максималдық мәні кірістік сигналдың жиілігіне пропорционал

Уақыт интервалын, фазометр және жиілікті өлшеу цифрлік аспаптары құрылымдық жағынан және аспаптардың жұмыс істеу алгоритмі жағынан өзара жақын, сол себептен оларды біріктіріп универсалды цифрлік аспап – жиіліктің электрондық есептеу аспабы деген жұмыс режиміндері қарастырылған: периодтты сигналдардың жиілігін өлшеу, периодын өлшеу, жиіліктер қатынасын f ₁/ f ₂ және қатынасын периодов Т₂/Т₁ өлшеу және қандайда бір уақыт интервалындағы импульстер N есептеу.

Төменде цифрлік вольтметрдің (ЦВ) құрылымдық схемасы қарастырылған. Цифрлік вольтметрдің (ЦВ) - өз кезегінде интегралдаушы емес және интегралдаушы болып екі түрге бөлінеді.

Интегралдаушы емес ЦВ шығыстық кернеудің лездік мәндерін өлшеуге арналған. Бұл аспаптардың бөгеуілдерге қарсы тұру қабілеті және сезімталдығы нашар.

Өлшенетін кернеудің u_X мәні алдын ала уақыт интервалына Т_X түрлендіріледі, содан соң біртіндеп санақ тәсілімен кодтталады.

15.3 – суретте уақыттық түрлендіруге негізделген цифрлік вольтметрдің құрылымдық схемасы келтірілген. Схемада и_X мәні алдын ала уақыт интервалына Т_X түрлендіру, и_X - шамасын сызықты түрде өзгеретін кернеумен и_P (ара тісті кернеу генераторының ГИ жіберу импульсі u₃ жиілікті бөлгіштен ДУ өтіп, тригерді Т бірлік күйге түсіреді және ГПН-ді жібереді. ГПН-ің шығысында сызықты кернеу u_P=n_Pt түзіледі,

15.3 сурет Цифрлік вольтметрдің құрылымдық схемасы және уақыттық диаграммасы

мұндағы v_P = и _PM/T_P — ара тісті кернеудің ұлғаю жылдамдығы; и _PM – кернеудің максималдық мәні; Т — кернеудің өсу уақыты.

и_х пен и _Рмәндерінің арасында өзара теңесу орнаған жағдайда салыстыру құрылғысы УС тригерді нольдік күйге түсіруші импульс жібереді. Триггер u_т импульсін түзеді. Импульс ұзақтығы

- уақытында кілт К ашық, жиілігі f ₀-ге тең импульстер тізбегі сччетчикке Сч келіп түседі. Счетчикте жинақталған импульстер саны

N=T_xf₀=u_xf₀/_Vp.

Келесі шарттан f_o/v_Р = 10^К, k-нің мәнін алу арқылы, индикациялау құрылғысында УИ қажетті өлшем бірлігінде (вольт, милливольт и т.д.) кернеудің мәнін и алуға болады.

Интегралдаушы цифрлік вольтметрдің артықшалағы, олардың бөгеуілге қарсы тұру қабілеттілігінде. Мысалға, бөгеуіл келесі түрде өзгерсін

мұндағы и _ПMAX –бөгеуіл кернеуінің амплитудасы

Интегралдаушы цифрлік вольтметрдің көрсетілуі келесі өрнектен анықталады

D t_n =2pk/w = T_k (k =1, 2, 3...) деп алып, u_xcр =u_X теңдігін аламыз.

15.4-суретте екі тактілі интегралдау цифрлік вольтметрінің құрылымдық схемасы келтірілген. Вольтметрдің жұмысы басқару құрылғысына іске қосу импульсі и_З түсуден басталады. Бұл кезде тригер Т1 кілтті К2 ашу арқылы, интеграторға И өлшенетін кернеудің и_х түсуін қамтамасыз етеді. бір мезетте К3 – кілті ашылып, импульстер генераторынан жиілігі f ₀ тең импульстер жиілікті бөлгіштің ДУ кірісіне беріледі. Бөлу коэффициенті К₀ берілген жағдайда Т₀ = t₂ — t₁ уақыты өткен соң жиілік бөлгіштің ДУ шығысында тригерлердің Т2 және Т1 күйлерін инвертерлейтін басқару импульсі пайда болады. Нәтижесінде К2 кілті жабылады да өлшенетін кернеуді u_X интегралдау бітеді, бұл кезде К1 кілті ашылып, интегратор И кірісіне тірек кернеуін и_ОП қосады. Тірек кернеуінің полярлығы u_X кернеуіне қарама – қарсы. t₂ уақыт моментінде интегратордың шығысындағы кернеу

  15.4 сурет Екі тактілі интегралдаушы цифрлік аспап: а - құрылымдық схема; б- уақыттық диаграмма (К - кілт; Т - триггер; И-интегратор; УС – салыстыру элементі; Сч - счетчик; ДЧ – бөлгіш (делитель) частоты; ГИ - генератор импульсов; УИ - устройство индикации)  

мұндағы t— интегралдау уақыт тұрақтысы.

t > t ₂ уақытындағы интегратордың шығысындағы кернеу

t₃ – уақыт моментінде и_п (t₃) =0, салыстыру құрылғысы (УС) іске қосылады, Т2 тригері бастапқы күйіне қайтып оралады, К1 кілті жабылады да интегралдау операциясын аяқталады.закрывается и интегрирование заканчивается.

Бұл кезде

Бұдан

немесе

мұндағы - өлшенетін кернеудің T₀= K₀ /f₀ уақытындағы орта мәні; T_X=t₃-t₂ –тригердің T₂ шығысындағы импульстің ұзақтылығы. u_T2 импульсі (ұзақтылығы Т_X тең) счетчикті Сч ашады. Счетчиктен өтетін импульстердің саны

(15.2)

Яғни, импульстер саны өлшенетін шаманың орта мәніне пропорционал. Екі тактілі интегралдау тәсілінде, өлшенетін шама алдымен уақыт интервалына түрленеді, содан соң біртіндеп санақ тәсілімен кодтталады. (15.2) – формуладан көретініміз өлшеу нәтижесі

n_x интегралдаудың уақыт тұрағына tжәне f ₀ жиілігіне тәуелсіз. Өлшеу жылдамдығы секундына 10-20 өлшем.

Жиіліктік түрлендіру цифрлік вольтметрінің жұмысы кезінде өлшенетін шама u_x(t) алдымен импульстік немесе гармоникалық сигналдың жиілігіне түрленеді, содан соң бұл жиілікті кодқа түрлендіреді. Мысалға

мұндағы k — түрлендіру коэффициенті.

f_X – жиілігі цифрлік жиілік өлшеу аспабымен өлшенеді. Интегралдау операциясы Т₀ – уақытындағы счетчиктен өткен импульстер санымен анықталады: .

Жиіліктік түрлендіргіш вольтметрінің көрсетуі мынаған тең Яғни, көрсету өлшенетін шаманың Т₀ – уақытындағы орта мәніне тең.

Дата добавления: 2015-10-16