Цифровой измеритель периода сигнала

Принцип измерения периода гармонического сигнала цифровым методом поясняется временными диаграммами, приведенными на рис. 4.2. Из исследуемого сигнала и (?) формируются короткие импульсы ?/ф_У, а затем прямоугольный импульс (/_уфу (строб-импульс) с длительностью Т_х, равной периоду колебания исследуемого сигнала и (?). Строб-импульс заполняется определенным числом m счетных импульсов t/_Kn. Длительность интервала Т_х с точностью до одного периода счетных импульсов Т_кв можно представить как.

При, а = 0 число m соответствует измеряемому периоду в секундах, при, а = 3 число m соответствует измеряемому периоду в миллисекундах,.

Рис. 4.2. Временные диаграммы при измерении периода

при, а = 6 число т соответствует измеряемому периоду в микросекундах и т. д. Таким образом, измеряемый период Т_х равен числу импульсов т, умноженных на коэффициент 10^а, определяющий единицу измерения периода и количество значащих цифр при отсчете.

Алгоритм (4.1) реализуется структурной схемой, приведенной на рис. 4.3. Исследуемый сигнал и (Г) поступает через входное устройство в формирователь коротких импульсов (/_фу, которые в устройстве формирования и управления формируют прямоугольный строб-импульс <�У_уфу с длительностью, равной периоду колебаний Т_х исследуемого сигнала и (t). Этот строб подается на временной селектор и определяет время его открытого состояния. На другой вход временного селектора поступают счетные импульсы U_KB с опорного кварцевого генератора. Число этих импульсов т, совпадающих по времени со стробом, фиксируется в счетчике импульсов и индицируется цифровым отсчетным устройством.

Рис. 4.3. Структурная схема измерителя периода колебаний

Погрешность измерения периода колебаний рассмотренным устройством состоит из двух составляющих, образуемых аналоговой и цифровой частями устройства.

Цифровая составляющая, как и при измерении частоты, определяется относительной нестабильностью частоты опорного генератора 6_КВ и погрешностью дискретности 6_Д. Погрешность дискретности измерения периода колебаний:

Тогда относительная погрешность измерения периода, вносимая цифровой частью устройства:

Из этой формулы видно, что погрешность дискретности уменьшается с увеличением измеряемой величины — периода колебаний. Сравнивая выражения (4.1) и (4.2), можно заметить, что для уменьшения погрешности дискретности при исследовании высокочастотных сигналов следует измерять частоту, а для низкочастотных сигналов — измерять период колебания.

Вторая составляющая погрешности цифрового измерителя периода колебаний возникает при формировании из входного сигнала импульса, определяющего измеряемую величину Т_х. Причиной является нестабильность срабатывания порогового устройства, формирующего с гроб-импульс, а также помехи и шумы, присутствующие в исследуемом сигнале.

Схемы устройств, приведенных на рис. 4.1, б и на рис. 4.3, содержат одинаковые функциональные узлы, поэтому реализуются, как правило, в одном измерительном приборе. В этом случае в измерительном приборе предусматривается два входных канала: канал «А» — для измерения частоты f_x исследуемого сигнала; канал «Б» — для измерения периода Т_х исследуемого сигнала. Кроме рассмотренных режимов, ЭСЧ могут работать в режиме измерения отношения частот и режиме измерения интервалов времени.

Так, в режиме измерения интервалов времени (длительности импульсов, временных сдвигов между импульсами и др.) на каждом входе ЭСЧ включаются пороговые устройства, срабатывающие под воздействием входных импульсов и управляющие работой формирователя временных интервалов. Длительность сигнала на выходе формирователя равна временному интервалу между соответствующими фронтами входных импульсов с положительными или отрицательными переходами через нулевой уровень.