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

Унзм = 1 с и То = 10 с по показаниям СТ1 определяются первые шесть десятичных знаков результата измерения N} . От высокоточного

генератора G получают сигнал с частотой /г = 1,000001 Гц = 1 МГц+ + 1 Гц. Частота выходного сигнала смесителя, равная /р = /г - - fx=l Гц - Afx, измеряется по длительности периода Тр. Тогда по показаниям СТ2 Nt с помощью микропроцессора вычисляют = 1 /Л/т-р - младшие шесть разрядов результата измерения. Следовательно, результат измерения составит Nf = Nf + 1 /Nr = Nf+ -f Nf. Если относительная погрешность выходного сигнала G меньше 10" и погрешность формирователя равна нулю, то частота сигнала fx определяется за 1 с с относительной погрешностью 10".

Цифровые измерители времени - цифровые электронные хронометры

В первом тысячелетии нашей эры основным хронометром были песочные часы, которые применяются в настоящее время в медицине. Во втором тысячелетии нашей эры широкое распространение получили механические часы, ежегодный мировой выпуск которых теперь превышает 200 млн. штук (из них около 70 млн. в СССР). Однако разрешающая способность механических часов 0,1...0,01 с для измерения малых интервалов времени в научных исследованиях недостаточна. В 40- 50 гг. для измерения малых интервалов времени созданы цифровые электронные хронометры, ставшие серьезным конкурентом наручных механических часов. Ежегодный мировой выпуск электронных цифровых наручных часов достигает 10 млн. штук. Работают они в режиме циклического суточного счета числа импульсов встроенного кварцевого генератора в общепринятой системе счета секунд, минут и часов. Индицируется обычно число часов, минут и секунд.

В настоящем разделе рассмотрены основные схемы цифровых электронных хронометров для измерения малых интервалов времени.

Интервал времени Тх измеряется цифровым хронометром (рис. 8.10,а) сопоставлением с интервалом NTo- Для снижения погрешности необходимо уменьшение То, т. е. повышение скорости счета импульсов счетчиком, а также обеспечение одинаковых задержек Д / в звеньях формирователя старт- и стоп-импульсов. В двухканальной схеме имеется возможность проверки и подрегулировки равенства задержек старт- и стоп-импульсов. Максимальная скорость прямого счета счетчиками импульсов достигает 10" импульсов/с.

Обычно частота генератора квантующих импульсов выбирается равной 200...500 МГц, при этом погрешность от квантования у цифровых хронометров сопоставления или прямого сравнения находится в пределах (2...5)Ю~® с.

Основными составляющими погрешности при измерении интервалов времени являются погрешность от квантования, нестабильности порога срабатывания триггера А v„.t и от нестабильности генератора" квантующих импульсов.

Суммарная погрешность составляет

А/с.п.р = То + АИп.т/1/„.„ + бгТх, .



, -l.

\ Старт I

Стоп

Старт

Стоп

Старт I

Cmool

liimiil.

Gill 1

liiiiiiiiiiil

Cmoni CmonZ

Тн , llllllll

Szi Cmsnl

CT 1

Jin.

CT Z


Рис. 8.10. Структуры цифровых хронометров: о -с генератором квантующих импульсов; 6-с дополни1ельным генератором нониусных импульсов; в -с линией задержки импульсов; г - статистический; й-с запоминающей электрон-

но-лучевой трубкой.



где 1/„.и - скорость нарастания фронта импульсов, ограничивающих Тх при любой их форме; т - порог срабатывания триггера, равный 0,0025 В.

Основной по размеру погрешностью обычно является погрешность от квантования. Если измеряемые интервалы Тх являются непримы-кающими и измеряются многократно, то уменьшить случайные составляющие суммарной погрешности можно осреднением результатов (п. 6.3).

Снизить погрешность измерения интервала Тх возможно уменьшением Го, т. е. ступени квантования, уменьшением погрешности Ы и измерением погрешностей А/ и A/g, возникающих при квантовании интервала времени Тх (п. 6.3). Рассмотрим схемы хронометров, в которых уменьшается погрешность квантования интервалов времени.

Цифровой хронометр с генератором нониусных импульсов

Схема цифрового хронометра с генератором нониусных импульсов состоит из генератора квантующих импульсов с периодом Го (рис. 8.10. б), ключа SW\, управляемого старт- и стоп-импульсами, схемы совпадения И и ключа SW2, который открывается стоп-импульсом и закрывается импульсом на выходе И, и генератора нониусных импульсов с периодом

Гп = Го(/г-1)/п. (8.9)

где я - номинальный отсчет счетчика СТ2 (обычно равен Ю).

Генератор Ga запускается стоп-импульсом, и импульсы с периодом Гн поступают на И и через открытый стоп-импульсом ключ SW 2 на СТ2. На второй вход схемы совпадения не1рерывно поступают импульсы Го. В момент совпадения импульсов Го и Т„ срабатывает схема И и закрывает ключ S W 2, поступление импульсов Гн на СТ2 прекращается.

Уравнение связи между Ag/ и числом импульсов N, поступивших на счетчик СТ2, находим из равенства

NT„ = (Гп - + Го (Л/, - I).

После подстановки (8.9) находим

Да/ = NJoln.

Тогда измеряемый интервал Г определяется по сумме отсчетов обоих счетчиков импульсов

Тх = NxTo + Да/ = + NJJn.

Следовательно, если А,/ = О, то погрешность от квантования умень: шается в п раз.

Примером цифрового хронометра с двойным нониусом является хронометр 4365 (табл. 35) с разрешающей способностью 100 пс.

Цифровой хронометр с линией задержки импульсов

Схема этого прибора (рис. 8.10, в) состоит из Сщ, СГ, ЦОУ, преобразователя кода ПКК, линии задержки с Л2н выходами и





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