Измерение интервала времени (периода) инфосигнала

 

В данном режиме происходит сравнение измеряемого периода исследуемого сигнала Т _с с образцовым интервалом времени. При этом сигнал подается на вход 2 ЭСЧ (рис. 1, ключ в положении 2) и, далее, после соответствующего преобразования в блоках (7), (8) и (9) через блок управления (10) подается на второй вход селектора (4). В блоке (10) из исследуемого сигнала формируется прямоугольный стробирующий импульс, длительность которого совпадает с периодом сигнала или кратна ему.

Напряжение образцовой частоты от кварцевого генератора (5) через умножитель частоты (6), коммутатор (2) (положение ключа коммутатора – «2»), преобразователь (3) и далее подается на первый вход временного селектора.

Эпюры напряжений, поясняющие работу ЭСЧ в режиме измерения периода, приведены на рис. 3. Из них видно, что период исследуемого сигнала определяется выражением:

 

Т сд = ,

 

где Т _м – период образцового сигнала (метки времени);

N – число меток, поступивших в счетный блок ЭСЧ;

n – множитель периода (для рассматриваемого случая n = 1).

 

Время счета определяется выражением:

 

Т сч = n · T cд = N · T м

(11)

 

Результат на дисплее ЭСЧ, как правило, представляется в единицах измерения выбранной «метки времени» (мс или мкс).

Положение децимальной точки при этом зависит и от значения множителя периода, и от числового значения периода временной метки.

 

Рисунок 3 – Эпюры напряжений в режиме измерения периода

 

Погрешность измерения периода Т _сд состоит из трех составляющих: погрешности меры, преобразования и сравнения. Погрешность меры обусловлена относительной нестабильностью частоты кварцевого генератора
δ_кг = 5·(10^-8÷10^-12). Погрешность преобразования δ_пр обусловлена, главным образом, отношением напряжения сигнала и помехи, что влияет на формирование управляющего импульса и определяется из выражения (формула Симпсона):

 

,

(12)

 

где n – число измеренных периодов сигнала;

U _П – среднеквадратическое значение напряжения помехи;

U _С – среднеквадратическое значение напряжения сигнала.

 

Если = – 40 дБ и п = 1, то δ_пр ≈ 0,3%, если n = 100, то δ_пр = 0,003%.

Погрешность сравнения обусловлена погрешностью дискретности.

Абсолютная и относительная погрешности соответственно,

 

,

(13)

 

.

(14)

 

Суммарная относительная погрешность определяется по формуле:

 

= .

 

Для выбора оптимального режима работы с точки зрения минимизации погрешности рассмотрим следующий пример.

 

Пример. Пусть измеряется сигнал частотой ƒ;_c = 100 Гц, (Т _с = 10^-2 с), тем же частотомером.

Определить: ∆ _N, δ _N, выбрать n, T _м и записать результат измерений.

Решение.

Выбираем период метки (как правило, минимальное значение),

Т _м = 0,1мкс = 10^-7 с.

С учетом ограничения на счетный блок величина множителя n периода сигнала:

 

<102.

 

Поскольку 10 < n <10², то значение множителя периода принимаем n = 10.

Записываем результат измерения периода на дисплее: 10000,00 мкс.

Абсолютная погрешность

 

 

Относительная погрешность

 

,

 

где ,

.