22. CYFROWE POMIARY CZĘSTOTLIWOŚCI, OKRESU CZASU I PRZESUNIĘCIA KĄTOWEGO

Transkrypt

1 Maeriały pomocicze do laoraorium z Merologii elekryczej i elekroiczej 22. CYFROWE POMIARY CZĘSOLIWOŚCI, OKRESU CZASU I PRZESUNIĘCIA KĄOWEGO Opracoał: S. Moskoicz Na orma elekroiczy przeorzył: A. Wollek Niiejszy rozdział saoi część skrypu: Maeriały pomocicze do laoraorium z Merologii elekryczej i elekroiczej, Poliechika Szczecińska, Szczeci 984 i 987 chroioego praami auorskimi. Wszelkie przearzaie, kopioaie i rozposzechiae jes możlie ylko za zgodą auoró Cyroe pomiary częsoliości, okresu, czasu oraz przesuięcia azoego ykouje się przyrządami przysosoaymi do pomiaru jedej z ymieioych ielkości lu eż przysosoaymi do pomiaró kilku z ich. Budoa przyrządó uiersalych, z. częsościomierzy-czasomierzy cyroych jes ułaioa ze zględu a o, że pomiary szyskich ych ielkości realizoae są a zasadzie ezpośrediego zliczaia impulsó elekryczych uormoaych ( odpoiedich układach ormujących) z ielkości mierzoej lu zorcoej. Z ego eż zględu schemay lokoe przyrządó służących do pomiaró poszczególych ielkości ieiele różią się między soą Cyroe pomiary częsoliości Cyroe pomiary podsaoej ielkości elekryczej jaką jes częsoliość opare są a deiicji częsoliości przeiegu periodyczego jako liczy okresó przeiegu przypadających a jedoskę czasu. Schema lokoy oraz przeiegi czasoe cyroego mierika częsoliości zosały przedsaioe a rys Baday przeieg o częsoliości zosaje układzie ormującym przekszałcoy ciąg impulsó o ej samej częsoliości co mierzoa. Impulsy e doproadzoe są przez ramkę do liczika. Czas zliczaia impulsó (czas oarcia ramki) p jes yzaczoy przez podział częsoliości geeraora zorcoego, kórego odpoiedio uormoae impulsy yarzają układzie serującym impulsy oierające i zamykające ramkę. Licza impulsó N o częsoliości zliczoych czasie p yosi: N p Doierając czas pomiaru p = 0 k s (k licza całkoia) orzymuje się skazaia liczika róe mierzoej częsoliości. Proces pomiaru poarza się cykliczie po czasie yzaczoym przez układ serujący. Dokładość pomiaru jes zależa od dokładości yzaczeia zorcoego odcika czasu oraz liczy zliczoych impulsó. Względy łąd pomiaru częsoliości moża zapisać posaci: p N p p

2 Maeriały pomocicze do laoraorium z Merologii elekryczej i elekroiczej ormujący U Bramka Liczik U S Geeraor zorcoy ormujący U Dzielik częsoliości serujący U U U U U S p N Rys. 22. Pierszy składik jes łędem meody pomiaru częsoliości yikającym z łędu kaoaia oraz przypadkoego ałożeia się impulsó oierających ramkę z ciągiem impulsó zliczaych. Wyjaśia o rys Jes o ym miejszy, im dłuższy jes czas pomiaru p oraz im yższa jes częsoliość mierzoa (czasy pomiaru p od ms do 00 s). Sosoaie zy długich czasó pomiaru przypadku zmia częsoliości proadzi do pomiaru arości średiej. Dla częsoliości iskich dokładość ej meody pomiaru częsoliości jes ieysarczająca; pomiary ykouje się poprzez pomiar okresu i oliczaie zgodie ze zorem (. Drugi składik łędu a arość sałą zależą od dokładości zorca częsoliości jes rzędu ). 2

3 Maeriały pomocicze do laoraorium z Merologii elekryczej i elekroiczej Pomiar okresu Schema lokoy oraz przeiegi czasoe przyrządu do pomiaru okresu przedsaioo a rys ormujący U Przerzuik ramkujący U B Bramka Liczik Geeraor zorcoy ormujący U Dzielik częsoliości serujący U U U B N Rys W układzie przedsaioym a rys asąpiła zamiaa ukcji geeraora zorcoego z przeiegiem adaym sosuku do układu z rys Impulsy z geeraora zorcoego o częsoliości są zliczae czasie róym okresoi przeiegu adaego. Okres przeiegu adaego jes róy: N 3

4 Maeriały pomocicze do laoraorium z Merologii elekryczej i elekroiczej gdzie N jes liczą impulsó o częsoliości zliczoą czasie. Względy łąd pomiaru okresu yraża się zorem: N Pierszy składik łędu, podoie jak przy pomiarze częsoliości, jes sumą łędu kayzacji oraz raku sychroizacji między impulsami ramkującymi i ramkoaymi. Rośie o ym przypadku raz ze zrosem mierzoej częsoliości. Drugi składik jes łędem ramkoaia yołaym sreą iesałości oraz ieczułości układu ormującego. Zadaiem układó ormujących jes geeracja impulsó momecie osiągięcia przez sygał ejścioy określoego poziomu ajczęściej zera. Czas ramkoaia, jak o pokazao a rys. 22.4, ie jes róy, zaiera się o graicach od mi do ma. Warość łędu ramkoaia może osiągąć zacze arości (rzędu %) szczególie przy przeiegach o małej szykości arasaia apięcia. Warość łędu ramkoaia ograicza się poprzez pomiar czasu raia kilku okresó przeiegu adaego (łąd ramkoaia ysępuje a począku i końcu mierzoego okresu, arość ezzględa łędu jes ięc sała, zględa przy pomiarze kilku okresó maleje) oraz przez ziększaie szykości arasaia przeiegó ejścioych (p. przez duże zmocieie). Pomiar ielokroości okresu jes jedak pomiarem arości średiej. srea iesałości układó ormujących Pomiar częsoliości poprzez pomiar okresu ydłuża czas pomiaru oraz go komplikuje przypadku, gdy ależy przeliczać arość okresu a częsoliość (gdy przeliczaie ie jes ykoyae przez przyrząd). Dla pomiaró iskich częsoliości opracoao specjale meody, akie jak: przearzaie częsoliości a apięcie, a asępie cyroy pomiar ego apięcia, poielaie częsoliości mierzoej i pomiar częsoliości poieloej Pomiary czasu Cyroy pomiar czasu moża zrealizoać układzie lokoym przedsaioym a rys

5 Maeriały pomocicze do laoraorium z Merologii elekryczej i elekroiczej Zasada pomiaru jes aka sama jak przy pomiarze okresu. cyroego mierika okresu z rys uzupełioy zosał drugim układem ejścioym. Impulsy począku zliczaia proadza się a ejście B. Przyrząd mierzy odsęp czasu między impulsami podaymi a ejścia A i B. Źródła łęd6 pomiaru czasu są akie same jak przy pomiarze okresu Cyroy pomiar przesuięcia azoego Cyroy pomiar arości chiloej przesuięcia azoego sproadza się do cyroego pomiaru odcikó czasu. Schema lokoy oraz przeiegi czasoe przedsaioo a rys

6 Maeriały pomocicze do laoraorium z Merologii elekryczej i elekroiczej Napięcia, między kórymi ależy zmierzyć przesuięcie azoe, zosają podae a ejścia A i B. Na yjściu układó ormujących orzymuje się da ciągi impulsó przesuięe zględem sieie o czas Δ proporcjoaly do różicy az przeiegó ejścioych. Impuls z oru A pooduje oarcie ramki, z oru B jej zamkięcie. W czasie oarcia ramki do liczika przedosają się impulsy z geeraora częsoliości zorcoej. Przed pomiarem przesuięcia azoego ykouje się pomiar okresu przeiegó ejścioych: Czas proporcjoaly do przesuięcia azoego: 2 Przesuięcie azoe jes róe: Jeżeli częsoliość zorcoa zosaie doraa ak, ay ył spełioy aruek: 3,6 0 k o uzyskuje się: przy czym: k licza aurala, k ( sopiach) częsoliość przeiegó adaych. Przesuięcie azoe ( 0 ) dla k = 2 jes róe skazaiu liczika. Rozdzielczość yosi ym przypadku 0. Wymaga o doproadzeia do liczika impulsó o częsoliości 360 razy iększej iż częsoliość sygału mierzoego. Uzyskaie iększej rozdzielczości ymaga ziększeia częsoliości zorcoej, p. dla k = 3, (rozdzielczość 0, 0 ) = Dokładość pomiaru przesuięcia azoego jes zależa od: sałości częsoliości mierzoej, dodakoych przesuięć azoych proadzoych przez układy ormujące, poziomu zadziałaia układó ejścioych (oarcie i zamkięcie ramki poio asępoać przy ych samych arościach chiloych apięć ou przeiegó), 6

7 Maeriały pomocicze do laoraorium z Merologii elekryczej i elekroiczej ampliud apięć ejścioych (poiy ieiele różić się od sieie różica ampliud apięć ejścioych przy dokładych pomiarach ie może przekraczać kilku proce). Ziększeie dokładości pomiaru oraz zakresu częsoliościoego azomierzy moża uzyskać mierząc arość średią przesuięcia azoego Częsościomierze, czasomierze cyroe Pomiary częsoliości, czasu, okresu ykouje się częso ypoymi częsościomierzami czasomierzami cyroymi różych ypó, jak p. PFL-6, PFL-2, PFL-22, C-570, C-57. Poiżej przedsaioo przykładoo podsaoe paramery częsościomierza - czasomierza ypu PFL-22. Pomiar częsoliości zakresie: do 00 MHz. Czas oarcia ramki: od μs do 0 s. Maksymale apięcie ejścioe: do 30 V pp. Impedacja ejścioa: 00 kω; 40 pf. Pomiar okresu: 0,)μs 0 8 s. Błąd yzalaia przy pomiarze okresu: 0,3%. Błąd geeraora zorcoego: Pomiar czasu zakresie: 0, s 0 8 s. Częsoliość geeraora zorcoego: 5 MHz. 7