Измерение импульсных сигналов.

Импульсные сигналы представляют собой как бы пачки синусоидальных колебаний путём амплитудной модуляции и прерываемых колебаний m=100.

Основными контролируемыми параметрами импульсных сигналов являются: 1 период импульсов Т, 2 частота следования импульсов f, 3 ширина импульсов T_u, 3 длительность паузы Т_n

скважность импульсовQ=T/T_U. (Рис1)

Кроме этого, важно знать длительность переднего фронта импульса и заднего фронта импульса (Рис2) Характеристики периодических одиночных импульсных сигналов измеряют с помощью осциллографа. Действующее значение напряжения периодического импульсного сигнала с широтно – импульсной модуляцией измеряют с помощью вольтметра.

 

ЦИП.Основные понятия и определения.

ЦИП – средство измерения автоматически вырабатывающее дискретные сигналы измерительной информации, показания которой представлены в цифровой форме(ГОСТ 16.263).

В отличие от аналоговых приборов, в ЦИП обязательно автоматически выполняются следующие операции:

квантование измеряемой величины по уровню, дискретизация её по времени,кодирование информации

Преимущества ЦИП перед аналоговым:

1.удобство и объективность отсчета 2.широкий динамический диапазон при высоко разрешающей способности 3.возможность автоматизации процесса измерения, включая такие операции, как автоматический выбор полярности и пределов измерений 4.высокая точность результата измерения, практически недостижимая для аналоговых приборов

5.высокое быстродействие 6.высокая устойчивость влияния механических и климатических воздействий 7.возможность внедрения новейших достижений микроэлектронных технологий при конструировании и изготовлении

Качество измерительной системы в целом сильно зависит от информационных параметров ЦИП, в частности, от точности и быстродействия. Благодаря своим возможностям они нашли широкое применение во всех областях промышленности. Они используются в устройствах измерения и системах автоматического управления, машиностроении, энергетике, навигационных системах.

Широкое применение ЦИП обусловлено улучшением всех технических параметров систем, что делает их применение универсальным.

Для изучения метода и средств, используемых в ЦИП, рассмотрим одну из классификаций: (Рис1)

1 – с квантованием пространственных параметров

2 - с квантованием частотно – временных параметров

3 - с квантованием параметров интенсивности

4 - с квантованием линейного перемещения

5 - с квантованием углового перемещения

6 - с квантованием последовательности импульсов

7 - с квантованием ЧАСТОТЫ ИМПУЛЬСОВ

8 - с квантованием длительности импульсов

9 - с квантованием последовательности времени

10 - с квантованием ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

В данной классификации все ЦИП разделены на две группы:

А) по методу восприятия информации

Б) преобразование информации

В первой группе приборов информация воспринимается непосредственно и без обратных, т.е с прямым преобразованием. Если входная величина уравновешивается выходной величиной и при этом используются эталонные величины, то эти приборы составляют группу уравновешивающих.

Для каждой физической величины можно найти сигналы другой физической величины, характеризующейся распределением в пространстве и во времени.

Выделяют 3 способа квантования (замена непрерывной величины дискретной): 1.квантование пространственных параметров 2.частотно-временных параметров

3.параметров интенсивности.

Классификация ЦИП.

Основные метрологические свойства ЦИП без предварительных аналоговых преобразователей определяются способом преобразования непрерывной величины в код, так как дальнейшая передача и преобразования кода практически не вносят погрешности. Поэтому основной классификацией ЦИП (а также АЦП) является классификация по способу преобразования непрерывной измеряемой величины в код. Такая классификация позволяет судить о возможных свойствах прибора по принадлежности ЦИП к определенной группе классификации.

В зависимости от способа преобразования непрерывной величины в уод выделяются следующие группы ЦИП:

ЦИП последовательного счета. Эти приборы основаны на использовании метода последовательного счета. Отличительный признак таких приборов состоит в том, что значение измеряемой величины сначала преобразуется в число-импульсных код, который затем преобразуется в другие коды, удобные для управления отсчетным устройством и для управления отсчетным устройством и для выдачи кода в другие устройства.

ЦИП поразрядного уравновешивания (кодо-импульсные) основаны на использовании метода сравнения и вычитания.

ЦИП считывания строятся с использованием метода считывания.

Кроме основной классификации, известны классификации по различным критериям.

По измеряемой величине ЦИП разделяются на вольтметры, частотомеры, фазометры, омметры, вольтомметры и т.д. В зависимости от степени усреднения значений измеряемой величины ЦИП делятся на приборы, измеряющие мгновенное значение, и приборы, измеряющие среднее значение за определенный интервал времени (интегрирующие). Кроме того, все ЦИП делятся на группы по точности, быстродействию, надежности. По режиму работы все ЦИП разделяются на приборы циклические (развертывающие или программные) и приборы следящие.

В циклических (развертывающих) приборах весь процесс преобразования протекает всегда независимо от значения измеряемой величины по заданной программе от начала до конца. В следящих ЦИП процесс преобразования начинается только при отклонении измеряемой величины от ранее измеренного значения на определенное приращение. Характер процесса преобразования зависит от значения отклонения измеряемой величины.

 

Принципы построения ЦИП

В основу построения ЦИП входят принцип замены непрерывной входной величины дискретной. В зависимости от алгоритма устанавливающего соответствие между аналоговой величиной и ее эталонными мерами. Выделяют 3 метода преобразования. 1 метод последовательного счета – при котором, входная величина уравновешивается суммой одинаковых минимальных эталонов, называемых квантами. Результат преобразования хар-ся числом квантов, зафиксированных в момент равенства сравниваемых входной величины и эталона. Момент равенства определяется одним уравновешивающим устройством. 2 метод поразрядного кодирования – при котором, входная величина последовательно сравнивается с суммой эталонов имеющих значение 2ⁱ квантов, где i=0,1,2,…N, N – число разрядов двоичного кода. При этом методе сравнение начинается со старшего эталона и последовательно добавляются младшие эталоны (разряды) до уравновешивания. В разряд записывается единица, если входная величина > эталона, иначе записывается 0. В результате сравнения на выходе образуется двоичный код числа.

3 метод считывания, при котором набор из 2ⁿ-1 эталонов. Младший эталон равен 1 кванту, последующие увеличиваются в 2 раза относительно предыдущего. При этом методе входная величина сравнивается со всеми эталонами одновременно, что требует числа сравнивающих устройств равное числу эталонов. Р езультат отображается параллельным двоичным кодом.

Первый метод требует один эталон – например расстояние между штрихами милимитрованными (1 мм). Период муарового растра. Второй метод связан со значительным числом эталонов, например – увеличение тока в цепи достигаются подключением параллельно эталонных резисторов сопротивлением кратным 2ⁿ . В третьем методке число эталонов например дорожек по шкале каждая имеет темные и светлые промежутки с длиной равной эталону у младшего, а у остальных длина промежутков> чем у остальных. Здесь требуется столько сравнительных устройств сколько дорожек.

 

Цифровой частотомер.

ЦЧ предназначен для измерения среднего или мгновенного знач. частоты периодич. сигнала. Принцип действия ЦЧ ср. значения закл. в подсчете числа периодов Т_х неизв. частоты f_x за образцовый интервал времени. (Рис 1)

УФ – усилитель формиро. ФВИ – формирователь врем. интерв. ГОИВ – генер. образц. интерв. времени.

Вх. сигнал неизв. частоты поступ. на УФ, на вых. которого образуется прямоуг. импульсы с той же частотой. ГОИВ, состоящ. из ГИ и ФВИ *счетчики делители) формируют образц. интервал времени равный 1с. На время T₀ ключ открыт и имп. неизв. частоты поступ. на счетчик, поскольку Т₀=1с, то кол-во импульсов, посчитанное счетчиком за 1с и есть частота измер. сигнала.

Частотомерами, построенные по данной схеме нецелесообр. измерять низкие частоты, поскольку это приводит к большой погр. измерений. Частотомеры мгнов. знач. используют на низких и инфранизких частотах. Принцип действия их основан на измерении периода с послед. вычисл. частоты.

Цифровой перидометр

Цифровые измерители врем интервалов предназначены для измерения периода гармонических или импульсных сигналов. Принцип действия их основан на подсчете числа периодов t₀ импульсов образцового сигнала, с образцовой частотой f₀, заполняющих интервал Т_X. Структ схема (рис1). Ф-формирователь, Тг-тригер, К-ключ, ГИ-генератор импульсов, Сч-счетчик, ОУ-отсчетное устройство. Измеряемый сигнал подается на формирователь, на выходе которого образуются импульсы, синхронизированные во времени с моментами времени измерения знака входного сигнала от – к +. Данные импульсы изменяют состояние тригера, который в свою очередь открывает ключ и импульсы от генератора импульсов поступают на счетчик, с приходом второго импульса на формирователь тригер возвращается в исходное состояние и тем самым закрывает ключ, прекращая подачу импульсов от генератора к счетчику. Количество импульсов подсчитанное счетчиком пропорционально интервалу времени или периоду входного сигнала. Если пренебречь нестабильностью частоты f₀, то основной погрешностью является погрешность квантования временного интервала Т_X. С другой стороны погрешность тем менее, чем выше частота f₀. Для уменьшения погрешности квантования – применяют усреднение результата за N периодов (чаще 10).

 

Цифровые фазометры.

В совр. техн. широко распр. фазовые методы измерения, которые обладают выс. точностью и помехоустойчивостью, они использ. для измерения характеристик импульсных устр-ств. точн. измерений углов и перемещений, дальномерах и других принцип. действия закл. в преобразовании измеряемого сдвига фаз между двумя синусоидальными сигналами с преобраз. импульсного напряж. во временной интерввал, который затем измеряется число-импульсным методом.

 

Входные сигн., разность фай кот. j поступ. на формирователь Ф₁ Ф₂, на вфх. формирователей образ. импульны при изм. знака вх. сигнала от – к +. Временной интерв. кажд. имп. с формирователей поступает на триггер, при приходе импульса от Ф₁ тригг. перекл., тем самым открывает ключ, при приходе имп. от Ф₂ триг. перекл. в исх. сост. и закр. ключ. Т.о. ключ открыт на время t_х равное разности фаз между 2-мя сигналами. В это время имп. от генер. через ключ прох. на счетчик, т.о. посчитанное счетчиком кол-во импульсов пропорц. времени сдвига фаз 2-х сигналов. Основн. недостатком ЦФ мгнов. занч. явлляется ограниченность частотного диапазона со стороны верхн. частот. Для измерения пар-ов ВЧ сигналов используют ЦФ средн. сдвига, в нем усредняют измеренное знач. за N периодов втечение заданного времени. Диапазон измерения до 100кГц погр. 0,01%

Если сравнить все расм. схемы, то видно, что они сост. из одинаковых узлов, поэтому частотомеры и измерители врем. интервалов в большинстве случ. строятся в виде одного универсальн. прибора, называемого электронно-счетным частотомером или частотомером хронометром. Посредством переключ. могут устанавл. след. виды измерения: частота; период или пром. времени; отношение частот; а также подсчета кол-ва имп. за опр. пром. времени. Частотомеры делятся на НЧ и ВЧ до 10 МГц и до 500МГц.

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: