Цифровой измеритель периодов

Схема содержит те же функциональные элементы, что и цифровой частотомер (рис.9.3).

Рисунок 9.3 – Структурная схема ЭСЧ в режиме измерения периода

Принцип действия цифрового измерителя поясняется на (рис.9.4). Исследуемый сигнал поступает через входное устройство на формирующее устройство. В формирующем устройстве и устройстве формирования и управления вырабатывается строб-импульс с крутыми фронтами, длительность которого определяет время открытого состояния временного селектора. Если не учитывать погрешность порогового устройства при формировании прямоугольного импульса, то можно считать, что длительность строб-импульса

∆Т равна периоду исследуемого сигнала Т_х.

Рисунок 9.4 – Временная диаграмма работы ЭСЧ в режиме измерения периода

На второй вход временного селектора поступают импульсы, период которых Т_кв задается опорным генератором. Умножитель частоты (УЧ) увеличивает частоту следования этих импульсов в 10^m раз (m = 1,2,3…). Число импульсов, считываемых с временного селектора без учета погрешности дискретизации, равно

(9.6)

Следовательно, период (длительность) измеряемого временного интервала без учета погрешности определяется числом импульсов, прошедших через временной селектор:

(9.7)

Как и в цифровых частотомерах, Т_кв ∙ 10^-m определяет единицу измерения и число значащих цифр при отсчете. Погрешность измерения периода Т_х определяется тремя составляющими.

Первая – отклонение частоты кварцевого генератора δ_кв.

Вторая составляющая погрешности — это методическая погрешность. Она определяется некратностью интервалов Т_х и ∆Т и называется погрешностью округления (дискретности) — δ_Д.

Из временных диаграмм (рис. 9.4) следует, что период измеря­емого сигнала с учетом общей погрешности дискретизации (дискретно­сти) ∆t_Д определяется равенством

(9.8)

где ∆t_Д = ∆t₁ — ∆t₂. При этом максимальная абсолютная погрешность дискретизации определяется изменением числа счетных импульсов на ±1, а максимальная относительная погрешность дискретизации

Рассматриваемая методическая погрешность носит случайный ха­рактер. При распределении этой погрешности по равномерному закону, среднее квадратическое значение погрешности за один период

При измерении n периодов погрешность δ_Д1T уменьшится в n раз и при измерении больших интервалов становится сравнимой с δ_КВ.

Третья составляющая погрешности цифрового измерителя возни­кает при формировании из входного сигнала импульса, определяющего измеряемый период ∆T. Это обычно происходит за счет нестабильности порогового устройства, формирующего стробирующий импульс, а также из-за флуктуационных шумов и других помех, присутствующих в изме­ряемом сигнале. Все это вызывает случайные изменения длительности формируемого импульса и соответственно погрешность измерения δ_З называемую погрешностью уровня запуска.

Таким образом, результирующая погрешность цифрового измери­теля периода

Электронно-счетные частотомеры, кроме рассмотренных режимов работы, обычно работают в режиме измерения отношения частот и ре­жиме измерения интервалов времени. В этих режимах исследуемые сиг­налы подаются на два раздельных входа «В» и «Г».

Заметим, что во всех рассмотренных режимах имеет место погреш­ность дискретизации, имеющая случайный характер. Величину этой по­грешности можно уменьшить путем многократных измерений, однако, при этом увеличивается время измерений. Вместе с тем при измере­нии временного интервала, например, длительности фронта импульса, погрешность дискретизации можно уменьшить на основе использова­ния нониусного метода.