Файл: Теория и техника передачи данных и телеграфия учебник..pdf

Сравнивая выражения (2.10), (2.11) и (2.12), можно устано­ вить закономерность образования эталонных напряжений. Оче­ видно, что при включении /-го источника тока эталонное напря­ жение будет таким:

Выбрав абсолютные величины эталонов так, чтобы их сум­ марное значение равнялось диапазону изменения входного на­ пряжения, получим

( 1 + 2 ^ т ) -

откуда на основании выражения (2.10) запишем

2 , „ 2 ' - 1

Это равенство позволяет выбирать R или /, задаваясь значением одного из них.

е) Формирование эталонных напряжений с помощью пропор­ ционального делителя, подключенного к источникам тока. Схема формирования эталонных напряжений (рис. 2.436) имеет / источ­ ников (генераторов), генерирующих одинаковые токи /.

Весовые напряжения получаются с помощью совокупности резисторов, образующих пропорциональный делитель. Генера­ торы поочередно, начиная с Л , включаются ключами Ки При этом одновременно замыкается и ключ К/, через который в і-й разряд двоичного числа поступает единица. Номиналы сопротив­ лений резисторов выбраны так, чтобы нагрузки соседних генера­ торов отличались в два раза. Будем считать, что входное сопро­ тивление устройства, подключенного к выходу схемы, достаточно

велико. Тогда при замыкании Д'і ток генератора Л пройдет через все резисторы и на выходе появится эталонное напряжение

Выбирая величины эталонов так, чтобы их суммарное зна­ чение равнялось диапазону изменения входного напряжения, получим

Это равенство позволяет выбирать R или /, задаваясь значением одного из них.

Рассмотренные схемы формирования составляют лишь часть известных и используемых в настоящее время схем формирова­ телей эталонных напряжений. Более подробно они описаны в ра­

Для реализации данного метода достаточно иметь лишь один эталон Хэ, значение которого равно выбранной единице измере­ ния аналоговой величины (шагу квантования). Цель измерения заключается в определении того, сколько раз выбранный эталон содержится в данном значении входной аналоговой величины Х в х (рис. 2 . 44в) .

Очевидно, что с точностью до значения эталона измеряемая входная величина равна

Для представления результатов измерения в цифровой форме необходимо записать в двоичной системе число Qo'

Qo = а . 2 ' " 1 + а 2 2 г ~ 2 + . . . + а,_! 21 + аг 2°,

тогда

^вхизм = ( * i 2 ' - 1 + a2 2'~2 + . . . + a,_,2' + ^2°) А",.

Двоичное число, характеризующее измеренное значение вход­ ной аналоговой величины, представляется /«разрядной двоичной кодовой комбинацией:

РИС. 2.44.

асоответствующая кодовая комбинация имеет вид:

О0 . . . О 1 0 1

/разрядов

Наиболее легко рассматриваемым методом производится из­ мерение временных интервалов. Процесс измерения в данном случае сводится к подсчету количества импульсов с эталонным периодом следования, генерируемых в течение измеряемого про­ межутка времени.

Измерительное устройство, т. е. преобразователь аналоговой величины (временного интервала) в код, в котором реализуется

—двоичный счетчик импульсов,

—схему И на два входа,

—устройство управления.

Генератор непрерывно вырабатывает импульсы с периодом следования Та, поступающие на один из входов схемы И. Коли­ чество импульсов (Qo), проходящих через схему И, зависит от продолжительности подачи на ее второй вход напряжения с вы­ хода устройства управления. Последнее обеспечивает подачу этого напряжения в течение времени, равного длительности из­ меряемого интервала т. Эталоном измеряемой величины в дан­ ном случае является период следования импульсов Та генератора.

Подсчет количества импульсов, прошедших через схему И, производится счетчиком, представляющим результаты счета в двоичной системе счисления. С окончанием счета по сигналу уст­ ройства управления производится списывание двоичного числа, после чего схема счетчика возвращается в исходное состояние. Измеренное значение временного интервала (рис. 2.446) равно

- = ( Q o - l ) 7 " 8 .

На практике часто встречаются случаи, когда аналоговой ве­ личиной (носителем информации) является период следования серии импульсов Тп. В подобных условиях преобразование вре­ менного интервала (периода следования) в числовую форму про­ изводится в устройстве, подобном описанному выше, путем под­ счета количества импульсов данной серии, прошедших через схему И за фиксированный промежуток времени тэ .

В таком устройстве отсутствует генератор эталонных импуль­ сов. Вместо эталонных импульсоїв на соответствующий вход схемы И поступает серия исследуемых импульсов, а на второй вход схемы Я от устройства управления подается сигнал фикси­ рованной (эталонной) длительности тэ - Очевидно, как и прежде,.

T 3 = ' ( Q O — 1) Тп, откуда

и ~ Q o - r

Как следует из рис. 2.446, измерение временного интервала сопровождается ошибкой, вызванной тем, что моменты появле­ ния начала и конца временного интервала т являются случай­ ными и не совпадают с эталонными импульсами. Каждая из по­ являющихся в силу этого погрешностей Мв и Д/к представляет собой случайную величину, распределенную с равномерной плот­ ностью в интервале 0 + Тэ.

Функция распределения плотности вероятности общей ошиб­ ки, обусловленной погрешностями Д^н и Д^к, вычисленная на ос­ нове принципа композиции законов распределения, который поз­ воляет определить плотность распределения суммы двух случай­ ных величин с известными плотностями распределения, имеет вид равнобедренного треугольника (рис. 2.44г). Из приведенного-" графика видно, что наиболее вероятно появление ошибок, вели­

ки

рима с погрешностью дискретности и практически является не­ допустимо большой. Обычно стараются уменьшить эту ошибку путем исключения или по крайней мере уменьшения величины составляющих Д/н и AtK.

Составляющая Д^н может быть существенно уменьшена вплоть до се практического исключения путем синхронизации начала временного интервала с эталонными импульсами. Одним из простейших путей достижения этого является применение ге­ нераторов ударного возбуждения для получения эталонных им­ пульсов.

В противоположность погрешности At., погрешность AtK яв­ ляется принципиально неустранимой. С целью уменьшения ее влияния на точность измерения разработан ряд методов [28]„ позволяющих определить ее величину с тем, чтобы ввести соот­ ветствующие поправки в результаты измерения. В сущности при реализации данных методов дело сводится к построению допол­

Этот метод широко используется, например, при измерении ли­ нейных размеров — линейкой, углов — транспортиром, объемов жидкостей — мензуркой, температуры — градусником и т. п.

Номиналы градаций эталона наносятся в двоичной системе счислении и образуют так называемую кодовую маску. Напри­ мер, для измерения линейных перемещений пользуются прямо­ угольной кодовой маской (рис. 2.45а), для измерения углов — •маской в форме круга (рис. 2.456).

В зависимости от способа считывания двоичного числа циф­ рами кода могут быть темные и светлые прямоугольники (сег­ менты), токопроводящие или токонепроводящие прямоугольники (сегменты) и др.

Линейный (угловой) размер двоичной цифры (St или Рг ) определяет цену наименьшей градации эталона, т. е. Е Є С млад­ шего разряда двоичного числа: