WSPOMAGANE KOMPUTEROWO POMIARY CZĘSTOTLIWOŚCI CHWILOWEJ SYGNAŁÓW IMPULSOWYCH

Transkrypt

1 Metrologa Wspomagana Komputerowo - Zegrze, WSPOMAGANE KOMPUTEROWO POMIARY CZĘSTOTLIWOŚCI CHWILOWEJ SYGNAŁÓW IMPULSOWYCH dr nż. Jan Ryszard Jask, dr nż. Elgusz Pawłowsk POLITECHNIKA lubelska Wydzał Elektryczny Katedra Metrolog Elektrycznej Elektroncznej LUBLIN, ul. Nadbystrzycka 38 A E-mal : elekp@elektron.pol.lubln.pl jask@elektron.pol.lubln.pl STRESZCZE W pracy opsuje sę metodę pomaru częstotlwośc chwlowej, polegającą na wyznaczanu czasu trwana kolejnych przedzałów mędzympulsowych sygnału. Przedstawa sę strukturę układu pomarowego w postac karty rozszerzającej do komputera klasy IBM/PC odpowedne oprogramowane, które pozwala na odtworzene zman czasowych merzonej częstotlwośc oraz ch analzę prezentację na ekrane montora komputera. Analzuje sę właścwośc metrologczne przedstawonego rozwązana oraz wskazuje możlwe dzedzny zastosowań. MWK'97 - Zegrze, r.jask, Paw³owsk, Wspomagane komputerowo pomary czêstotlwoœc... fola nr / 7

2 ZASADA POMIARU Pomar wartośc chwlowych częstotlwośc sygnału w celu odtworzena kształtu przebegu welkośc fzycznej, której jest on reprezentantem wymaga zmerzena czasu trwana wszystkch jego kolejnych przedzałów mędzympulsowych. GENERATOR WZORCOWY IN LICZNIK OUT RD STAN LICZNIKA F MIKROKOMPUTER Rys.. Zasada realzacj pomarów. Częstotlwość chwlowa F odpowadająca przedzałow mędzympulsowemu od chwl t- do t jest wylczana na podstawe odczytanych w tych chwlach stanów N- N lcznka oraz częstotlwośc wzorcowej, według wzoru (). F = = T N N ( ) MWK'97 - Zegrze, r.jask, Paw³owsk, Wspomagane komputerowo pomary czêstotlwoœc... fola nr 2 / 7

3 UKŁAD POMIAROWY Karta pomarowa GENERATOR WZORCOWY F = 5MHz w IN LICZNIK 6 BITOWY L0.. L5 DANE 6 BITÓW 4 HCT93 CR LS74 UKŁAD KONTROLI PRZEPEŁNIA F UKŁAD SYNCHR. CLR C C LS74 Q0.. Q7 R0.. R5 DANE 8 BITÓW REJESTR BUFOROWY Q8.. Q5 DANE 8 BITÓW 2LS374, LS74 PC7 PC0 PA0.. PA7 D0.. D7 PB0.. PB7 UKŁAD WE/WY PC4 PC5 INTEL 8255 /CS A A0 WR RD SZYNA DANYCH BUFOR SZYNY DANYCH 300H DEKODER ADRESOWY F SZYNA DANYCH SZYNA ADRESOWA MAGISTRALA IBM PC Rys.2. Schemat blokowy karty rozszerzającej. MWK'97 - Zegrze, r.jask, Paw³owsk, Wspomagane komputerowo pomary czêstotlwoœc... fola nr 3 / 7

4 SYGNAŁ PIERWOTNY T t F ZAWARTOŚĆ LICZNIKA N Tw N 2 N 3 N ma N4 N 5 ZAWARTOŚĆ REJESTRU N N 2 N 3 N 4 N 5 C CLR C ODCZYT SYGNAŁ ODTWORZONY PA PB PA PB PA PB PA PB t 0 t t 2 W T /2 T /2 T 2 /2 T 2 /2 T 3 /2 T 3 /2 T 4 /2 T 4 /2 T W 2 W 3 W 4 T T T t 3 t 4 W 5 t Rys.3. Przebeg czasowe lustrujące zasadę pomaru. F = = T N + N L N ma ( 2 ) t = t + T 0 n= ( 3 ) MWK'97 - Zegrze, r.jask, Paw³owsk, Wspomagane komputerowo pomary czêstotlwoœc... fola nr 4 / 7

5 UKŁAD POMIAROWY Oprogramowane START Ustalene lczby pomarów lcznk przepełnony Zwększ lcznk przepełneń zbocze sygnału mpuls CLR C Odczyt rejestrów PA, PB do pamęc RAM konec pomarów Odtworzene sygnału perwotnego przekroczony zakres STOP Rys.4. Algorytm programu sterującego pracą karty pomarowej. MWK'97 - Zegrze, r.jask, Paw³owsk, Wspomagane komputerowo pomary czêstotlwoœc... fola nr 5 / 7

6 OSIĄGNIĘTE REZULTATY Podstawowe parametry przedstawonego układu pomarowego wynkają z przyjętej wartośc : częstotlwośc wzorcowej =5MHz, pojemnośc lcznka Nma=26 oraz z szybkośc realzacj programu, co jest wprost zależne od klasy wykorzystywanego komputera. Dzęk zastosowanu programowej kontrol przepełnena lcznka maksymalny przedzał mędzympulsowy możlwy do zmerzena może być dowolne dług. W praktyczne dzałającym programe wynos on Tma=859 s, co odpowada mnmalnej częstotlwośc Fmn=0.002 Hz. Częstotlwość maksymalna przy współpracy karty pomarowej z komputerem klasy AT 286/6 MHz wynos ok. Fma=3,5 khz. Jednocześne jednak należy pamętać, że od wartośc merzonej częstotlwośc F zależy wprost błąd kwantowana, zgodne z zależnoścą (4). Przyjmując węc np. dopuszczalną wartość błędu kwantowana równą 0,0 % jednocześne ogranczamy maksymalną merzoną częstotlwość na Fma=500 Hz. δ kw F ma = ( 4 ) F MWK'97 - Zegrze, r.jask, Paw³owsk, Wspomagane komputerowo pomary czêstotlwoœc... fola nr 6 / 7

7 ZAKOŃCZE. Opracowany system pomarowy jest wygodnym narzędzem umożlwającym pomary w tych wszystkch przypadkach, w których częstotlwość sygnału nese nformację o wartoścach chwlowych badanego procesu. 2. Jako przykładowe zastosowana można wymenć np: badana ruchu obrotowego maszyn wrujących w stanach przejścowych z wykorzystanem mpulsowych przetwornków prędkośc obrotowej, rejestrację welkośc fzycznych przetworzonych w sygnały częstotlwoścowe, badane w stanach dynamcznych przetwornków pomarowych z wyjścem częstotlwoścowym, określane stablnośc generatorów, określane stablnośc częstotlwośc sec energetycznej tp. 3. Zastosowany w systeme algorytm obróbk surowych wynków pomarów służących odtworzenu sygnału perwotnego ne dostosowuje sę do dynamk merzonego procesu wymaga dalszej optymalzacj, która pownna polegać na zmnmalzowanu sumarycznego błędu pomaru, na który składają sę błędy nstrumentalne oraz błędy metody zwązane z kwantowanem występującym przy pomarze częstotlwośc, uśrednanem aproksymacją odtwarzanego procesu na podstawe zmerzonych wartośc chwlowych częstotlwośc. 4. Sposobem na zoptymalzowane algorytmu może być śledzene dynamk badanego procesu na podstawe oblczanych stosunków kolejnych sąsednch przedzałów mędzympulsowych. Polepszene właścwośc metrologcznych układu będze równeż możlwe poprzez zwększene szybkośc dzałana programu przez zakodowane odpowednch jego fragmentów w języku maszynowym oraz wykorzystane systemu przerwań komputera do organzacj odczytu danych z karty. Zagadnena te są przedmotem dalszych prac autorów MWK'97 - Zegrze, r.jask, Paw³owsk, Wspomagane komputerowo pomary czêstotlwoœc... fola nr 7 / 7