Главная  Журналы 

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

Sill

То \/п Ift I- f

-To-

"miiiii-

ic h

Рис. 8.8. Структура цифрового процентного частотомера.

Если применить оптимальную обработку при суммировании выбором оптимальных значений весовых коэффициентов с учетом действительного распределения погрешностей при измерении Tj, то [ 19] СКО случайной составляющей погрешности от квантования будет уменьшено в т раз

I опт Го б«

TolV6 п

V 6 ToiY бпУп

в Красноярском политехническом институте на базе этого метода разработан высокоточный помехоустойчивый цифровой частотомер на 500000 Гц при отношении {/т/аш= 3 при времени Гц = 0,1 с с погрешностью 0,1 Гц вместо 10 Гц при обычном способе прямого счета за 0,1 с. Относительная погрешность этого частотомера составляет 2 X X 10". Частотомер фирмы «Хьюлет Паккард» типа 5345 имеет при таких же времени измерения и отношении сигнал/шум в режиме измерения частоты по длительности 500000 периодов Тх погрешность 2 Ю-".

Другим примером удачного применения статистических методов является оригинальный способ повышения точности и помехозащищенности цифровых частотомеров с измерением пТх- В предложенной структуре цифрового частотомера применяется пространственный, многоканальный способ осреднения. При этом используется т ключей, каждый из которых открыт на промежуток времени пТх, сдвинутый на интервал корреляции. Через т ключей от т-канального распределителя поступают сдвинутые взаимно несовпадающие в каждом канале квантующие импульсы с периодом повторения Го. Таким образом, при Одном счетчике импульсов получается пространственное осреднение с соответствующим снижением СКО случайной составляющей погрешности в jm раз, где т - число каналов.

Рассмотрим процентный цифровой частотомер. В этом приборе (рис. 8.8) формирователь импульсов F, первый делитель частоты и генератор прямоугольных импульсов формируют импульс напряжения длительностью Ti= tiiTx = njfx, а генератор импульсов и второй делитель частоты формируют импульс напряжения длительностью nTonJfo- til и Па равны коэффициентам деления соответствую-



щих делителей частоты. Оба импульса напряжения подаются на соответствующие входы ключа SW. Ключ SW устроен таким образом, что открыт в каждом цикле только в течение времени АГ = Га- Tj. В течение времени А Т через ключ SW к СТ проходят импульсы с периодом повторения То- Тогда цифровое показание счетчика в конце цикла

N = АТ/То.= (Та - Тх)/То = [пТо - ПхТШо.

Если выполнять условие щ = fxnT, то

N = (ПаТо - fx,n,Tjx)/To = «а (1 - fx.fx) = п, {{fx - fxj/fx) =

= nfx/fx.nfx/fx„. (8.7)

Если fx близко fx„ и Па = 100, то Л/ будет приближенно пропорционально отклонению fx от номинального значения в процентах. При fx¥= в показаниях этого прибора возникает методическая погрешность, обусловленная неточностью основного уравнения (8.7). так как N здесь принимается пропорциональным относительному отклонению не от fx, а от f.

Методическая относительная погрешность измерения отклонения частоты цифрового процентного частотомера (%) равна

л пр - лд) [пЩхПи + fx) - П2х/Ш Ом j-

Следовательно, процентное отклонение частоты измеряется с погрешностью, равной относительному значению измеряемого отклонения, т. е. отклонение 1 % измеряется с относительной погрешностью 0,01. С помощью такого частотомера можно измерить за 1 с отклонение частоты от номинального значения 10 Гц в полосе Ю... 11 Гц с погрешностью не выше 1 %. В обычном цифровом частотомере для измерения частоты 10 Гц с погрешностью 1 % необходимое время измерения в Ю раз больше и равно 10 с. В процентном частотомере предусматривается устройство для индикации знака отклонения fx от /Лн (на схеме не показано). ПО «Точэлектроприбор» выпускаются уникальные цифровые процентные частотомеры типа Ф5035 (табл. 35).

Процентные частотомеры удобны для измерения малых девиаций частоты различных устройств. Процентный частотомер измеряет среднее значение девиации частоты, поэтому для измерения очень малых девиаций частоты приходится соответственно увеличивать время измерения.

В настоящее время цифровые частотомеры выпускаются двух типов: первого типа - предназначены для измерения только частоты сигнала в диапазоне от 1 Гц до 500 МГц или до 3 ГГц с предвключенным делителем частоты; второго типа - универсальные цифровые частотомеры для измерения большинства частотно-фазо-временных параметров сигналов с двумя входами и с одним или несколькими микропроцессорами.



CT 2

Тр=Щ

Рис. 8.9. Структура высокоточного цифрового частотомера.

Преимущества универсальных цифровых частотомеров с микропроцессорами следующие:

измерение периода и частоты выполняется в одинаковых диапазонах и с одинаковой высокой точностью при малом времени измерения. Так, частота 10 Гц измеряется за 1 с с погрешностью 0,00001 %; измерение фазы в диапазоне от 0,05 Гц до 1 МГц с погрешностью 0,1 %; автоматическая самокалибровка; возможность вычислительной обработки результата измерения умножением, делением и алгебраическим смещением на заданное число; измерение абсолютных и относительных отклонений измеряемой величины от заданны; значений /„•

Современные универсальные цифровые частотомеры являются информационно-измерительньши системами со встроенными микропроцессорами (см. рис. 8.6) для величин частотно-фазо-временной группы, а именно: для измерения среднего значения частоты, мгновенного значения частоты, отношения частот, девиации частоты, скорости изменения частоты, относительного отклонения частоты в процентах, периода, девиации периода, отношения периода интервала времени, отношения интервалов времени, длительности импульсов, среднего значения сдвига фаз, мгновенного значения сдвига фаз и т. д. В циф» ровых частотомерах с микропроцессорами предусматриваются режимы: «быстро», обеспечивающий максимальное быстродействие; «точно», обеспечивающий максимальную точность; «задан Тц», обеспечивающий заданное время измерения; «задано число разрядов», обеспечивающий заданную точность; «ручной» - для ручного управления и др.

В цифровых частотомерах целесообразно предусматривать устройство с реверсивным счетчиком импульсов, работающее в течение двух циклов, для определения df/dt- средней скорости изменения частоты. Если такой частотомер будет использован вместе с измерителем числа оборотов п, то это позволит определять динамический момент как функцию времени при разгоне и торможении различных вращающихся устройств по формуле

"дин - dt

где / - момент инерции вращающихся частей.

Измерить высокую частоту возможно при наличии высокоточных регулируемых мер частоты с очень высокой точностью за малое время комбинацией дифференциального метода и метода определения частоты по периоду (рис. 8.9). Если, например /х = 1МГцЧ-А/х то при





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