42. Цифровые измерители временных интервалов, основанные на методе прямого счета.
Принцип измерения периода гармонического сигнала цифровым методом с помощью цифрового частотомера поясняет рис.9, где приведены структурная схема устройства в режиме измерения периода гармонического колебания и соответствующие его работе временные диаграммы. Измерение интервала времени ТX цифровым методом основано на заполнении его импульсами , следующими с образцовым периодом То и подсчете числа МX этих импульсов. Все элементы устройства и их действие были проанализированы в предыдущем разделе. Структурный состав генератора опорной частоты при измерении периода рассматривается ниже.
Гармонический сигнал, период ТX которого требуется измерить, после прохождения входного устройства ВУ (u1 – выходной сигнал ВУ) и формирователя импульсов Ф2 преобразуется в последовательность коротких импульсов u2 c аналогичным периодом. В устройстве формирования и управления УФУ из них формируется строб-импульс u3 прямоугольной формы и длительностью ТX, поступающий на один из входов временнόго селектора ВС. На второй вход этого селектора подаются короткие импульсы u4 с образцовым периодом следования То , созданные формирователем Ф1 из колебаний генератора опорной частоты ГОЧ.
В качестве временного селектора ВС используется элемент логического умноже-ния “И”, имеющего два входа и один выход и выполняющего роль электронного ключа. На входе “1”действуют счетные импульсы u4 с известным периодом То , а на входе “2” cтроб-импульс u3 длительностью ТХ. Электронный ключ (ВС) пропускает МХ счетных импульсов на счетчик СЧ в течение времени ТХ , поэтому, как следует из рис 9,б ,
(2.9)
где
общая
погрешность дискретизации;
погрешности
дискретизации начала и конца периода
TX.
Без учета в формуле (2.9) погрешности
число импульсов, поступившее на счетчик,
МХ = TX/TO
, а измеряемый период пропорционален
МХ:
ТХ = МХ·ТО . (2.10)
Выходной код счетчика СЧ, выдаваемый на цифровое отсчетное устройство ЦОУ, соответствует числу подсчитанных им счетных импульсов МХ, а показания ЦОУ – периоду ТХ , поскольку период следования счетных импульсов u5 выбирается из соотношения ТО = 10 – n, где n – целое число. Так, например, при n = 6 ЦОУ отображает число МХ , соответствующее периоду ТХ , выраженному в мкс.
Погрешность измерения периода ТХ , как и при измерении частоты имеет систематическую и случайную составляющие.
Систематическая составляющая зависит от стабильности δКВ образцовой частоты ГОЧ (его кварцевого генератора), случайная определяется в основном погрешностью дискретизации ΔtД, рассмотренной в предыдущем разделе. Максимальное значение этой погрешности удобно учитывать через эквивалентное изменение числа счетных импу-льсов МХ на ±1 импульс. При этом максимальная абсолютная погрешность дискре-тизации может быть определена разностью двух значений периода ТХ, получаемых по формуле (2 10) при МХ±1 и МХ , и равна ΔТХ = ±ТО. Соответствующая максимальная относительная погрешность δ = ±ΔТХ/ТХ = ±1/MХ = ±1/(ТХ∙fO), где fO = 1/TO – значение образцовой частоты генератора ГОЧ.
Суммарная относительная погрешность измерения периода определяется по формуле
(2.11)
Из выражения (2.11) следует, что из-за погрешности дискретизации погрешность измерения периода ТХ резко увеличивается при его уменьшении. Повышения точности измерений можно добиться за счет увеличения частоты fO генератора ГОЧ (путем умножения частоты его генератора в КУ раз), т.е. за счет увеличения числа счетных импульсов МХ .С этой же целью в схему после входного входного устройства вводят делитель частоты исследуемого сигнала с коэффициентом деления К. При этом выполняется измерение К периодов ТХ и в К раз уменьшается относительная погрешность дискретизации.