9.4 Измерение временных интервалов нониусным методом

Нониусный метод измерения временных интервалов позволяет сни­зить погрешность дискретизации, которая имеет место при использова­нии метода дискретного счета для измерения коротких временных ин­тервалов, например фронтов импульсов.

Рассмотрим работу нониусного измерителя временных интервалов (рис.9.5).

Рисунок 9.5 – Структурная схема измерителя временных интервалов нониусным методом

Входной исследуемый сигнал длительности Т_хпоступает на формирующее устройство, где вырабатываются два импульса: стартовый, соответствующий началу интервала Т_х, и стоповый, соответствующий концу этого интервала. Стартовый импульс через устройство управления (УУ) открывает временной селектор (ВС), обеспечивая тем самым прохождение че­рез него счетных импульсов с периодом повторения Т_счот генератора счетных импульсов (ГСИ) на счетчик 1.

Счетные импульсы поступают также на первый вход схемы срав­нения. Стоповый импульс через устройство управления закрывает вре­менной селектор, и отсчет в счетчике 1 прекращается. Если при этом в нем оказалось зафиксировано N счетных импульсов, то изме­ренный временной интервал

(9.9)

где ∆t– погрешность дискретизации.

Кроме генератора счетных импульсов, в схеме имеется генератор нониусных импульсов. Параметры указанных генераторов выбираются из следующих условий:

Т_н< Т_сч,(9.10)

где n– целое число, обычно краткое 10.

Разность (9.10) обычно называют шагом нониуса.

Генератор нониусных импульсов (ГНИ) запускается через устройство управления стоповым импульсов. Нониусные импульсы начинают поступать на второй вход схемы сравнения и счетчик 2. Временное расстояние между счетными и нониусными импульсами с каждым периодом уменьшается, и в момент их совпадения схема сравнения вырабатывает импульс сброса, который останавливает работу ГНИ. Если в счетчике 2 при этом зафиксировано kнониусных импульсов, то интервал ∆tопределяется из соотношения

С учетом (9.10) получим

Следовательно,

(9.11)

В полученном выражении измеряемый интервал определяется целым числом шагов счетных импульсов и числом шагов нониуса (рис.9.6).

Рисунок 9.6 – Диаграмма измерения временных интервалов

нониусным методом

В современных нониусных измерителях погрешность измерений имеет порядок 10^-9. Эта погрешность определяется следующими составляющими: длительностью и формой счетных и нониусных импульсов; нестабильностью генераторов; неполным совпадением (частичным перекрытием) импульсов в схеме сравнения.

9.5 Бюджетные модели цифровых частотомеров

Одним из последних моделей российской фирмы АКТАКОМ стали три частотомера: АСН-2801, АСН-3001 и АСН-3002 (рис.9.7).

Частотомеры АСН-2801, АСН-3001 и АСН-3002 позволяют проводить измере­ния частоты в диапазоне от 10 Гц до 3 ГГц с максимальным разрешением 0,1 Гц и погрешностью порядка 10^-5%. При этом максимальная чувствительность на час­тоте 100 МГц составляет всего 0,8 мВ, что является очень неплохим показателем для частотомеров данного ценового сегмента. Рабо­чие температуры эксплуатации находятся в пределах от 0 °С до +50 °С при отно­сительной влажности не более 90 % и давлении от 495 до 795 мм рт. ст.

Рисунок 9.7 – Универсальные цифровые частотомеры АСН – 2801, 3001,3002

Питание приборов осуществляется от аккумуляторных батарей, которых хвата­ет на 6 часов непрерывной работы, или через сетевой адаптер. Помимо этого следует отметить возможность беспроводного измерения частоты радиопереда­ющего устройства - например, сотового телефона - с помощью телескопической антенны. Это значительно упрощает процесс измерения частоты при проведении разного рода инженерных работ в полевых условиях.

В этих условиях измерение параметров сигнала возможно на следующих рас­стояниях до передатчика:

а) беспроводной телефон — до 0,3 метров;

б) сотовый телефон — от 3 до 20 метров;

в) СВ-источник — от 2 до 8 метров;

г) КВ/УКВ-источник — от 3 до 30 метров.

Цифровые частотомеры часто встраиваются в многофункциональные приборы, такие как мультиметры, функциональные генераторы, комбинированные приборы и т.д. Небольшое количество ручных частотомеров связано с тем, что функции измерения частоты сейчас есть у большинства мультиметров.

Высокоточные измерения частоты (с погрешностью 0,005%) обеспечивают мультиметры американской фирмы FLUKE, например,FLUKE-187/189 до 999,99 МГц.