7.3 Принципы построения цип
В основу построения ЦИП положен принцип замены непрерывной входной величины дискретной. В зависимости от алгоритма устанавливающего соответствие между аналоговой величиной и ее эталонными мерами, выделяют 3 метода преобразования.
Первый метод последовательного счета – метод при котором, входная величина уравновешивается суммой одинаковых минимальных эталонов, называемых квантами. Результат преобразования характеризуется числом квантов, зафиксированных в момент равенства сравниваемых входной величины и эталона. Момент равенства определяется одним уравновешивающим устройством.
Второй метод поразрядного кодирования – метод 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 больше эталона, иначе записывается 0. В результате сравнения на выходе образуется двоичный код числа.
Третий метод считывания, при котором набор из 2n-1 эталонов. Младший эталон равен одному кванту, последующие эталоны увеличиваются в два раза относительно предыдущего. При этом методе входная величина сравнивается со всеми эталонами одновременно, что требует числа сравнивающих устройств равного числу эталонов. Результат отображается параллельным двоичным кодом.
Первый метод требует один эталон, например расстояние между миллиметровыми штрихами (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 методе необходимое число эталонов, например, дорожек на шкале каждая из которых имеет темные и светлые промежутки с дшироной равной эталону у младшего разряда, а у остальных ширина промежутков в два раза больше, чем у первого. Здесь требуется столько сравнительных устройств, сколько дорожек.
31
7.4 Цифровой частотомер
Цифровой частотомер предназначен для измерения среднего или мгновенного значения частоты периодического сигнала. Принцип действия цифрового частотомера заключается в подсчете числа периодов Тх неизвестной частоты fx за образцовый интервал времени (рисунок 7.2).
Входной сигнал неизвестной частоты поступает на УФ, на выходе которого образуются прямоугольные импульсы с той же частотой. ГОИВ, состоящий из ГИ и ФВИ, формирует образцовый интервал времени, равный 1 с. На время T0 ключ открыт и импульсы неизвестной частоты поступают на счетчик. Поскольку Т0 = 1с, то количество импульсов, посчитанное счетчиком за одну секунду, и есть частота измеряемого сигнала. Диаграммы, соответствующие схеме работы прибора, приведены на рисунке 7.3.
N = T0 / Tx = T0 fx.
Относительная погрешность измерения определяется по выражению
кв
=
1
/ N
=
1
/ T0
fx.
УФ – устройство формирования; ФВИ – формирователь временных интервалов; ГИ – генератор импульсов; К – ключ; СЧ – счетчик; ЦИ – цифровая индикация; ГОИВ – генератор образцовых интервалов времени
Рисунок 7.2 – Структурная схема цифрового частотомера
Частотомерами, построенными по данной схеме, нецелесообразно измерять низкие частоты, поскольку это приводит к большой погрешности измерений. Частотомеры мгновенного значения используют на низких и инфранизких частотах. Принцип действия их основан на измерении периода с последующим вычислением частоты.
Рисунок 7.3 – Временные диаграммы работы частотомера
32