АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Измерительные преобразователи отношения частот в цифровой код. Устройство и принцип действия, временные диаграмм. Основные метрологич. Хар-ки и оценка погрешности

Читайте также:
  1. D) икемділік принципі
  2. E) менеджмент принциптері
  3. I. Личные отношения между супругами
  4. I. ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ
  5. I. Первым (и главным) принципом оказания первой помощи при ранениях нижней конечности является остановка кровотечения любым доступным на данный момент способом.
  6. I. Типичные договоры, основные обязанности и их классификация
  7. I. Юридические отношения по вещам как вещное право и его виды
  8. II. ВРЕМЕННЫЕ ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ
  9. II. Имущественные отношения между супругами
  10. II. Личные отношения между родителями и детьми, законными и другими
  11. II. Основные моменты содержания обязательства как правоотношения
  12. II. Основные направления работы с персоналом

Режим определения отношения частот двух сигналов является производным режимов измерения fХ и TХ. Сигнал большей частоты f1 подается на U1, а сигнал меньшей частоты f2 - на вход U2 и далее U3. Таким образом, интервал TИ формируется из сигнала частоты f2, а счету подвергаются импульсы, сформированные из сигнала частоты f1.

,

 
 

Таким образом, счетчик фиксирует число импульсов N (диаграмма U4), связанное с TХ и TИ очевидным соотношением

ТИ = N TХ,

Откуда fХ = ,

Относительная погрешность преобразования Fx:

 

30. Измерительные преобразователи временных интервалов в цифро­вой код. Устройство и принцип действия, временные диаграммы работы пре­образователей. Основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразования.

 

 

 
 


При преобразовании ΔtХ необходимо сформировать опорный (старт) и интервальный (стоп) импульсы, которые фиксируют интервал времени измерения. Эти импульсы формируются с помощью ФУ3 и ФУ4, включенных на входах 3 и 4 цифрового преобразователя. Счету подвергаются импульсы, сформированные по аналогии с режимом измерения TХ. Преобразование периода исследуемых сигналов

 
 

При измерении TХ сигнал подается на вход Ux. В этом случае интервал времени измерения определяется величиной TХ, а счетными являются импульсы, сформированные из напряжения U2. Для уменьшения шага квантования частота f0 может быть умножена в требуемое число раз. Таким образом, для этого режима работы , где 10n (n = 0, 1, 2,...) определяется коэффициентом умножения f0.

 

При достаточно больших значениях TХ (в диапазоне низких и инфранизких частот) и n требуемый интервал времени измерения может быть равен TХ. Отсюда видна возможность измерения fХ за один период сигнала - неинтегрирующий преобразователь. В практических схемах преобразователей предусматривается возможность преобразования не только одного, но и нескольких периодов TХ с последующим усреднением результатов преобразования.

Относительная погрешность измерения Тх:

 

Где – относительная погрешность кварцевого генератора;

N и m – степень, которая определяется делителем частоты и УУ.

 

31 Измерительные преобразователи фазового сдвига в цифровой код на основе метода преобразования фазового сдвига во временной интервал. Уст­ройство и принцип действия, временные диаграммы работы преобразователей. Основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразо­вания.

Преобразование измеряемой величины в интервал времени DtХ очень эффективно при построении средств измерений, предназначенных для измерения фазовых сдвигов.

а - входные сигналы U1 и U2; б - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U1 через нуль в положительном направлении; в - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U2 через нуль в положительном направлении; г - импульсы на выходе триггера однополупериодного фазометра; д - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U1 через нуль в отрицательном направлении; е - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U2 через нуль в отрицательном направлении; ж - импульсы на выходе второго триггера двухполупериодного преобразователя

Рисунок 4.3 - Временные диаграммы, поясняющие метод преобразования jХ ® DtХ

Если с помощьюформирующих устройств ( ФУ) преобразовать гармонические сигналы Um1 и Um2 в короткие импульсы напряжения U1 и U2, соответствующие моментам перехода U1 и U2 через нуль в положительном направлении, то интервал времени DtХ между ближайшими импульсами будет пропорционален преобразуемому фазовому сдвигу jХ.

При измерении рассматриваемым методом необходимо определять отношение . Наиболее просто это можно осуществить, если значение DtХ (называемое еще фазовым интервалом) будет задано не опорным и интервальным импульсами U1 и U2 (как в измерителях DtХ), а с помощью прямоугольного импульса длительностью DtХ. В этом случае значение может быть определено как постоянная составляющая периодической последовательности прямоугольных импульсов и легко измерено аналоговым или цифровым вольтметром. Если же DtХ нужно преобразовать в цифровой код, то это также легко может быть сделано с помощью селектора, управляемого импульсами DtХ как стробирующими (по аналогии с цифровыми преобразователями частоты). В связи с этим во всех фазометрах, реализующих метод преобразования jХ ® DtХ, предусматривается образование из U1 и U2 периодической последовательности прямоугольных импульсов. Наиболее часто это осуществляется с помощью триггеров, и поэтому такие преобразователи называют триггерными. Таким образом, напряжение UT - это выходное напряжение преобразователя

 
 

 

Аналого-цифровые преобразователи, реализующие параллельный способ преобразования. Устройство, принцип действия, основные метрологические характеристики преобразователей и оценки погрешности преобразования.

Самый быстрый метод преобразования аналогового сигнала (метод непосредственного считывания – способ параллельного преобразования) в цифровой состоит в подаче аналогового напряжения постоянного тока UВХ на набор параллельных компараторов напряжения с различными порогами срабатывания (рисунок 4.10). Пороги срабатывания формируются путем деления опорного напряжения постоянного тока Uоп с помощью делителя напряжения, образованного набором последовательно соединенных резисторов R. Затем сигнал с выходов компараторов К поступает в логическую схему (шифратор) и превращается в цифровой код, несущий информацию о значении преобразованного аналогового напряжения.

Этот процесс называется импульсным преобразованием и является очень быстродействующим, но также и дорогим, поскольку требует для своей реализации значительного количества электронных схем.

В основе метода лежит принцип шкалы, аналогичный тому, который используется при считывании измерительной информации со стрелочного прибора. Роль шкалы в АЦП выполняет набор компараторов (К), каждый из которых сравнивает входной сигнал со своим уровнем квантования. Состояния компараторов преобразуются шифратором в выходной код. Быстродействие АЦП непосредственного считывания достигает 210-8 с при 64 уровнях квантования и 10-7 с при 256 уровнях.

Аналого-цифровые преобразователи, реализующие время-импульсный метод преобразования. Устройство, принцип действия, основные метрологические характеристики и оценка погрешности преобразования.

В АЦП, реализующих времяимпульсный метод преобразования, измеряемая величина (в данном случае UХ=) предварительно преобразуется в пропорциональный ей интервал времени путем сравнения со значением известной величины, изменяющейся по определенному закону. Затем полученный интервал времени (также аналоговая величина) непосредственно преобразуется в цифровой код.

Преобразователи с аналоговым интегрированием позволяют определить среднее значение измеряемого напряжения за определенный фиксированный интервал времени (интервал интегрирования). Распространенным способом аналогового интегрирования является двухтактное интегрирование, называемое еще двойным, двукратным, двухшаговым и поочередным.

Тактовый импульс УУ сбрасывает предыдущее показание счетчика и через триггер Т1 (триггер начала и конца счета) запускает ГСчИ, а через триггер Т2 замыкает ключ Кл1 (старт-импульс). В результате преобразуемое напряжение UХ= подается на вход интегратора и начинается разряд интегрирующего конденсатора от начального (опорного) уровня U0 с постоянной времени t. Процесс продолжается до момента времени t2, соответствующего поступлению на счетчик k-го импульса ГСчИ. Этот импульс (импульс переполнения) возвращает счетчик в исходное состояние, а через триггеры Т2 и Т3 размыкает ключ Кл1 и замыкает ключ Кл2.

Начиная с момента времени t2 ко входу интегратора подключается источник постоянного образцового напряжения UЭ с полярностью, обратной полярности UХ=. Начинается второй такт интегрирования, но теперь интегрируется UЭ. Этот процесс продолжается до момента времени, когда UИ = = U0 (t3), и может быть описан уравнением:

 

В момент времени t3 срабатывает компаратор К и образуется стоп-импульс, который через T1 останавливает ГСчИ, а через триггер Т3 размыкает ключ Кл2. Напряжение UЭ отключается от интегратора, и счетчик фиксирует количество импульсов:

Тогда можно считать, что

Кроме того, при (t2 - t1), равном целому числу периодов UП (помехой чаще всего является напряжение сети или его гармоники).

Аналого-цифровые преобразователи, реализующие частотно-импульсный метод преобразования. Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики. Оценка погрешности преобразования.

В АЦП, реализующих частотно-импульсный метод, измеряемая величина предварительно преобразуется в пропорциональное ей значение частоты, а затем - в цифровой код. Т.к. измерение частоты fХ производится за интервал времени TИ > TХ, преобразователи с частотно-импульсным преобразованием являются интегрирующими. В частотно-импульсных преобразователях , где k — коэффициент (крутизна) преобразования. Значение fХ преобразуется в цифровой код за время TИ: .

Известно большое число схем ПНЧ (преобразователь напряжение-частота). В зависимости от метода преобразования UХ= → fХ их подразделяют на две группы: с непосредственным преобразованием и с косвенным преобразованием. В ПНЧ первой группы напряжение UХ= непосредственно используется для формирования выходного сигнала частоты fХ, а в ПНЧ второй группы оно влияет на параметр, определяющий частоту выходного сигнала генератора самовозбуждения (гармонического или релаксационного). ПНЧ второй группы имеют невысокие метрологические характеристики. Поэтому основное применение в частотно-импульсных преобразователях нашли ПНЧ на основе интегрирующих звеньев с замкнутым контуром. Его структурная схема на рис.

При подаче UХ= на вход интегратора начинается разряд интегрирующего конденсатора от некоторого уровня Е. Он продолжается до момента времени, пока выходное напряжение интегратора UИ не станет равно опорному напряжению U0. В этот момент времени сработает компаратор К. В результате формируется импульс, который поступает на выход преобразователя, а по цепи отрицательной обратной связи (ООС) восстанавливает на выходе интегратора UИ = Е. этот процесс описан уравнением , где TХ - время интегрирования.

После этого процесс интегрирования повторяется, т.е. становится циклическим. Таким образом, на выходе ПНЧ образуется периодическая последовательность импульсов, следующих с частотой и реализуется требуемая функциональная зависимость.

 

 
 

Временные диаграммы работы преобразователя напряжение – частота

 

 

Аналого-цифровые преобразователи, реализующие кодоимпульсный метод преобразования (способ следящего уравновешивания). Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики. Оценка погрешности преобразования.

Уравновешивание в кодоимпульсных преобразователях может быть как развертывающим, так и следящим. При развертывающем уравновешивании UХ= сравнивается с компенсирующим напряжением UК, изменяющимся по определенной, заранее установленной и не зависящей от самого хода процесса уравновешивания программе. При следящем уравновешивании осуществляется дискретное слежение за любыми изменениями UХ=, а цифровая следящая система обеспечивает уравнивание UХ= и UК.

 
 

Принцип действия (следящее уравновешивание): тактовый импульс УУ сбрасывает на нуль показание счетчика, полученное во время предыдущего такта, и открывает селектор. Импульсы ГСчИ начинают поступать на счетчик, а также на вход генератора линейно-ступенчатого напряжения (ГЛСН), который и вырабатывает компенсирующее напряжение UК, возрастающее по линейно-ступенчатому закону. Длительность ступеньки определяется периодом следования импульсов ГСчИ T0, а высота ступеньки ΔUК определяет шаг квантования и соответственно младший разряд счета. Сравнение UХ= и UК осуществляется в компараторе К. При следящем уравновешивании система отрабатывает не UХ=, а разность ΔU = UХ= - UК, что повышает в ряде случаев точность и быстродействие преобразователей.

Однако при этом появляется возможность возникновения автоколебаний в системе.

Основными источниками погрешностей в кодоимпульсных преобразователях являются неточная установка и нестабильность параметров компаратора, ЦАП, ГЛСН и ГСчИ. В целом все рассмотренные модификации преобразователей постоянного тока имеют аналогичные метрологические характеристики. Основная погрешность лучших типов аналого-цифровых преобразователей не превышает ±(0,05... 0,1) %.

Аналого-цифровые преобразователи, реализующие кодо-импульсный метод преобразования (способ поразрядного уравновешивания). Устройство, принцип действия и основные метрологические характеристики. Оценка погрешности преобразования.

Уравновешивание в кодоимпульсных преобразователях может быть как развертывающим, так и следящим. При развертывающем уравновешивании UХ= сравнивается с компенсирующим напряжением UК, изменяющимся по определенной, заранее установленной и не зависящей от самого хода процесса уравновешивания программе. При следящем уравновешивании осуществляется дискретное слежение за любыми изменениями UХ=, а цифровая следящая система обеспечивает уравнивание UХ= и UК. В свою очередь развертывающее уравновешивание может быть реализовано в виде двух алгоритмов: равномерное ступенчатое увеличение (или уменьшение) UК до UХ= = UК и поразрядное уравновешивание UК и UХ=.

Принципиальной особенностью преобразователей поразрядного уравновешивания является наличие цифроаналогового преобразователя(ЦАП). С его помощью реализуется ООС путем преобразования кода (например, 8421) в аналоговое напряжение UК, которое затем сравнивается с UХ= в компараторе.

Это сравнение всегда начинается со старшего разряда (например, 8 В). Если при этом UК < UХ=, то компаратор не оказывает воздействия на УУ и оно следующим тактовым импульсом подключает очередной разряд ЦАП UК (соответственно 4 В). Если теперь UК > UХ=, то срабатывает компаратор и воздействует на УУ, которое снимает в ЦАП напряжение этого разряда (разряд пропускается). Далее в очередном такте подключается напряжение следующего за пропущенным разряда (2 В) и т. д. Процесс сравнения заканчивается после полного перебора всех разрядов UК в соответствии с алгоритмом развертывающего уравновешивания. Одновременно с переключением разрядов устройство управления УУ формирует двоично-десятичный код.

Основными источниками погрешностей в кодоимпульсных преобразователях являются неточная установка и нестабильность параметров компаратора, ЦАП, ГЛСН и ГСчИ. В целом все рассмотренные модификации преобразователей постоянного тока имеют аналогичные метрологические характеристики. Основная погрешность лучших типов аналого-цифровых преобразователей не превышает ±(0,05... 0,1) %.

 

 


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 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.009 сек.)