ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.06.2024
Просмотров: 107
Скачиваний: 1
Р.С. Е Р М О Л О В
ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ
„З Н Е Р Г И Я" Ленинградское отделение 1 9 7 3
6П2.1.08 |
|
|
|
Е 7 4 |
|
|
|
УДК 621.317.761 |
J /. |
'/Л |
Г©с. пубяичмая |
|
|||
|
|
|
ваучн» - теллич* |
|
|
|
библи»тв;<а ' |
|
|
|
Э Н З Е . М П Л Я Г |
Рецензент Е. М. |
Душин |
ЧИТАЛЬНОГО З А Л Л |
|
|
Е р м о л о в Р. С. |
|
|
|
|
|
|
|||
Е 74 |
Ц и ф р о в ы е |
частотомеры . Л . «Энергия», 1973. |
|
|
|||||
|
152 с. с ил. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К н и га п о с в я щ е н а ц и ф р о в ы м ч а с т о т о м е р а м и и з м е р и т е л я м в р е м е н н ы х и н т е р |
||||||||
в а л о в . И з л а г а ю т с я |
п р и н ц и п ы построения |
п р и б о р о в , |
а н а л и з и р у ю т с я |
п о г р е ш н о с т и |
|||||
и з м е р е н и я , |
и с с л е д у ю т с я |
в о з м о ж н о с т и п о |
точности, |
п о м е х о у с т о й ч и в о с т и . |
З н а ч и |
||||
т е л ь н о е м е с т о у д е л я е т с я в о п р о с а м с и н т е з а о т д е л ь н ы х у з л о в п р и б о р о в н а с о в р е |
|||||||||
м е н н ы х п е р с п е к т и в н ы х э л е м е н т а х , а т а к ж е п р и н ц и п а м п о с т р о е н и я и з м е р и т е л ь |
|||||||||
ного |
т р а к т а |
ч а с т о т н ы х |
и н ф о р м а ц и о н н о - и з м е р и т е л ь н ы х систем . |
|
|
||||
|
Книга |
р а с с ч и т а н а |
на ш и р о к и й к р у г |
с п е ц и а л и с т о в , |
з а н и м а ю щ и х с я |
р а з р а |
|||
боткой ч а с т о т н ы х |
ц и ф р о в ы х и з м е р и т е л ь н ы х устройств . |
К р о м е того, |
м о ж е т б ы т ь |
п о л е з н а с п е ц и а л и с т а м п о с м е ж н ы м о б л а с т я м ц и ф р о в о й и з м е р и т е л ь н о й т е х н и к и , а т а к ж е а с п и р а н т а м и с т у д е н т а м в ы с ш и х у ч е б н ы х з а в е д е н и й , с п е ц и а л и з и р у ю щ и м с я в о б л а с т и ц и ф р о в о й и з м е р и т е л ь н о й т е х н и к и .
6П2.1.08
3310-027 185-73 05Н0П - 73
(Є) Издательство «Э н е р г и я», 1973 г.
Р О С Т И С Л А В С Т Е П А Н О В И Ч Е Р М О Л О В
ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ
Р е д а к т о р ы : Б. И. Л Е О Н О В А , В. А. К И П Р У Ш Е В . Х у д о ж е с т в е н н ы й р е д а к т о р Г. А. Г У Д К О В ,
Т е х н и ч е с к и й р е д а к т о р 0. С. Ж И Т Н И К О В А, К о р р е к т о р А. Ф, К У З Н Е Ц О В А .
С д а н о в н а б о р |
12/11 |
1973 |
г. П о д п и с а н о |
к п е ч а т и |
2 7 / I V |
1973 |
г. |
М-17882. |
Ф о р м а т |
60 x 9 0 ' / , « . |
|
Б у м а г а т и п о г р а ф с к а я |
№ 2. |
П е ч . л . 9,5. У ч . - и з д . л . |
10.6. Т и р а ж |
10 000 э к з . З а к а з № |
421. Ц е н а |
||||||
|
|
|
|
67 к о п . |
|
|
|
|
|
|
|
Л е н и н г р а д с к о е |
о т д е л е н и е |
и з д а т е л ь с т в а |
« Э н е р г и я » . |
192041, |
Л е н и н г р а д , М а р с о в о |
п о л е , 1. |
|||||
Л е н и н г р а д с к а я |
т и п о г р а ф и я |
№ 4 С о ю з п о л и г р а ф п р о м а |
при |
Г о с у д а р с т в е н н о м |
к о м и т е т е С о в е т а |
||||||
М и н и с т р о в С С С Р по |
д е л а м |
и з д а т е л ь с т в , |
п о л и г р а ф и и |
и к н и ж н о й |
т о р г о в л и , |
196126, |
Л е н и н г р а д . |
||||
|
|
|
С о ц и а л и с т и ч е с к а я , |
14. |
|
|
|
|
|
|
ПРЕДИСЛОВИЕ
Ц и ф р о в ы е частотомеры и измерители временных интервалов представляют, пожалуй, самую многочисленную группу среди циф
ровых измерительных приборов к а к в С С С Р , |
так и |
за |
рубежом . |
||||
Эти |
приборы |
являются |
высокоточными, |
многофункциональными |
|||
измерительными приборами и н а ш л и широкое |
применение в са |
||||||
мых различных отраслях техники. |
|
|
|
|
|||
В |
то ж е |
время с у щ е с т в у ю щ а я литература |
по этим |
приборам |
|||
в основном представлена |
в виде статей и |
авторских |
свидетельств, |
посвященных отдельным вопросам измерителей частоты и времен ных интервалов .
В настоящей книге сделана попытка обобщить и систематизи
ровать |
к а к |
у ж е |
широко |
известные |
методы |
измерений |
частотно- |
||
временных |
сигналов, так |
и |
р а з р а б о т а н н ы е в |
последнее |
время и |
||||
поэтому м а л о известные широкому кругу читателей. |
|
||||||||
П е р в ы е две главы посвящены принципам построения измери |
|||||||||
телей |
частоты |
и |
временных |
интервалов . Д л я |
различных |
методов |
|||
анализируются |
источники |
и |
природа |
погрешностей. Н а |
примерах |
||||
структурных |
схем, п р е д с т а в л я ю щ и х |
собой варианты практической |
реализации методов, оцениваются возможности по точности, бы
стродействию, д и а п а з о н у |
измерения . |
Успехи, достигнутые |
в последние годы в области электроники, |
обусловили широкое внедрение микроэлектроники в средства элек трических измерений.
|
З а м е н а электронных |
л а м п |
транзисторами и особенно инте |
|||
гральными |
микросхемами |
стимулировала разработчиков |
приборов |
|||
к |
поискам |
и внедрению |
новых |
методов, |
р е а л и з а ц и я |
которых |
в |
прошлые |
годы была |
немыслимой ввиду |
большой |
сложности, |
аследовательно, низкой надежности приборов и высокой стои
мости. Это обстоятельство имеет особое значение |
д л я цифровых |
частотомеров и измерителей временных интервалов, |
п о д а в л я ю щ а я |
часть узлов которых выполняется на дискретных логических эле ментах.
В третьей главе даются основные |
понятия |
алгебры |
логики |
в объеме, достаточном д л я понимания |
методов |
синтеза и |
принци |
пов построения отдельных узлов частотомеров и измерителей вре менных интервалов . Значительное внимание уделено принципам построения отдельных узлов приборов к а к цифровых, т а к и фор-
1* |
3 |
м и р у ю щ и х |
и в р е м я з а д а ю щ и х . |
М а т е р и а л |
третьей главы м о ж е т |
|
представить |
интерес |
д л я широкого круга |
специалистов, з а н и м а ю |
|
щихся р а з р а б о т к о й |
цифровых |
измерительных средств. |
В четвертой главе оцениваются с у м м а р н ы е погрешности часто
томеров и измерителей временных интервалов с учетом |
законов |
||
распределения |
составляющих . Р а с с м а т р и в а ю т с я |
вопросы |
помехо |
устойчивости |
приборов, а т а к ж е проводится |
сравнение |
различ |
ных видов частотных и временных сигналов по достижимой точ
ности |
измерения, |
целесообразным |
д и а п а з о н а м , |
|
помехоустойчи |
||||||||
вости. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
настоящее |
время |
опубликована |
довольно |
о б ш и р н а я |
лите |
|||||||
р а т у р а |
по |
частотным |
и |
время - импульсным |
п р е о б р а з о в а т е л я м |
||||||||
[1, 2]. Это обстоятельство |
создает |
хорошие |
предпосылки |
д л я |
изло |
||||||||
ж е н и я |
некоторых |
вопросов |
обработки |
|
частотных |
и временных |
сиг |
||||||
налов |
в цифровых информационно - измерительных системах ( И И С ) . |
||||||||||||
П я т а я г л а в а посвящена |
принципам |
построения |
измерительного |
||||||||||
т р а к т а |
частотных |
измерительных |
систем. З д е с ь |
р а с с м а т р и в а ю т с я |
|||||||||
структурные |
схемы т а к и х |
систем, |
вопросы |
к о м м у т а ц и и |
частотных |
||||||||
и временных |
сигналов, л и н е а р и з а ц и я |
выходных характеристик |
пер |
||||||||||
вичных измерительных |
преобразователей, |
м а с ш т а б и р о в а н и я |
ре |
||||||||||
зультатов измерения . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Книга а д р е с о в а н а широкому кругу инженерно - технических ра |
|||||||||||||
ботников, специализирующихся в области ц и ф р о в ы х |
электрических |
измерений и, в частности, в области измерения частотных и вре менных сигналов .
Автор глубоко |
признателен |
рецензенту Е. М . Д у ш и н у , |
а т а к ж е |
|||
Р . В. М а р к е л о в у , |
д а в ш и м |
р я д |
весьма полезных з а м е ч а н и й |
и сове |
||
тов при окончательной подготовке рукописи. |
|
|
||||
О т з ы в ы |
и п о ж е л а н и я |
просьба н а п р а в л я т ь |
по адресу: |
192041, |
||
Л е н и н г р а д , |
М а р с о в о поле, 1, |
Л е н и н г р а д с к о е |
отделение издатель |
ства «Энергия».
|
|
|
ГЛАВА ПЕРВАЯ |
|
|
|
ПРИНЦИПЫ |
ПОСТРОЕНИЯ |
ЧАСТОТОМЕРОВ |
||
|
1-1. Классификация частотомеров |
||||
По |
принципу |
работы |
цифровые частотомеры |
м о ж н о разделить |
|
на четыре группы: |
|
|
|
||
1. |
Частотомеры |
средних значений |
о б р а з у ю т |
наиболее много |
численную группу и получили наибольшее применение. Т а к и е при боры позволяют измерять среднее значение частоты за некоторый
интервал |
времени |
То. Д и а п а з о н и з м е р я е м ы х |
частот весьма |
ши |
||
р о к — от |
десятков |
герц до сотен |
мегагерц, |
а со |
специальными |
|
преобразователями — переносчиками |
частоты -— этот |
диапазон |
мо |
ж е т быть расширен до тысяч мегагерц. В данной книге перенос чики частоты, по принципу действия не относящиеся к цифровым приборам, не р а с с м а т р и в а ю т с я .
2. |
Частотомеры |
мгновенных, |
значений |
позволяют |
измерять |
ча |
|||
стоту в более узком диапазоне, |
причем частотомеры, и з м е р я ю щ и е |
||||||||
период, наибольшее |
применение |
получают для измерения низких |
|||||||
и инфранизких |
частот. |
|
|
|
|
|
|||
3. |
Следящие |
частотомеры наиболее эффективны |
при |
измерении |
|||||
средних частот |
(десятки килогерц — единицы м е г а г е р ц ) . |
|
|
||||||
4. |
Частотомеры |
номинальных |
значений |
и процентные |
предназна |
||||
чены |
д л я измерения |
изменений |
частоты |
в узком |
д и а п а з о н е |
ча |
стот. Причем первые позволяют получать отсчет в абсолютных
единицах, а вторые — в |
относительных. |
Д и а п а з о н |
|
частот, |
охваты |
|||||
ваемый т а к и м и приборами, относится |
к |
области |
низких частот |
|||||||
(не более десятков к и л о г е р ц ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1-2. Частотомеры средних |
значений |
|
|
|
|||||
Принцип |
действия частотомера |
средних значений |
з а к л ю ч а е т с я |
|||||||
в подсчете |
числа периодов Тх неизвестной |
частоты |
fx |
за |
образцо |
|||||
вый промежуток времени То, в ы р а б а т ы в а е м ы й |
в |
самом |
приборе. |
|||||||
Р е з у л ь т а т измерения |
определяется числом |
|
|
|
|
|
||||
|
|
N = T0/Tx=T0fx. |
|
|
|
|
|
|
(1-1) |
|
П р о с т е й ш а я структурная схема частотомера |
представлена на |
|||||||||
рис. 1-1, а. |
И з м е р я е м а я |
частота fx |
подводится |
ко |
входу |
формиро - |
в а т е ля Ф. П о |
к о м а н д е |
«Запуск», подаваемой на |
вход Зп |
либо |
опе |
|||
ратором, либо от устройства автоматического пуска, |
схема |
приво |
||||||
дится в |
исходное состояние. Ч е р е з определенное |
время |
тов, |
необ |
||||
ходимое |
д л я |
подготовки к измерениям, на выходе |
одновибратора |
|||||
ОВ появится |
сигнал, |
п е р е к л ю ч а ю щ и й триггер |
Тг. |
П р и |
этом |
на |
единичном выходе последнего появится сигнал «1», о т к р ы в а ю щ и й
схему совпадения |
Сп |
и з а п у с к а ю щ и й генератор образцового |
ин |
||
тервала времени |
ГОИВ. |
Через схему Сп импульсы измеряемой |
ча |
||
сі) |
|
|
|
6) |
|
Вх |
Сп |
|
Сч |
Вых. Вх. |
|
ф |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ф |
Щ |
|
|
|
UL1 |
|
||
|
|
Тг |
ГОИВ |
Зп |
і |
1 |
ґ |
|
і |
г |
г |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
і |
|
|
|
ов |
|
|
|
|
|
|
|
|
Зп>- |
ОВ J |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сброс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гоив |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
.1 |
! |
V |
! |
',' |
1 |
ь |
|
|
|
|
|
Тг |
1 |
,! |
т» |
Тз |
|
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
-ч |
1 |
|
і |
п |
-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
I/ |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сп |
|
— Г |
|
Г — |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
At, |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
At, |
|
|
|
Рис. 1-1. Простейшая структурная схема |
Сч |
т |
|
|
|
N-1 н |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
(а) и |
временная |
диаграмма |
(б) |
работы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
частотомера без синхронизации |
момента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
начала |
измерения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стоты сформированные ф о р м и р о в а т е л е м Ф, поступают на вход
счетчика Сч. Счетчик считает импульсы до |
тех пор, пока через |
|||
время Г 0 импульс ГОИВ |
не вернет триггер Тг в исходное состоя |
|||
ние; после чего процесс измерения заканчивается, а число, н а б р а н |
||||
ное счетчиком Сч, будет соответствовать измеренной частоте. |
||||
Временная |
д и а г р а м м а |
работы описанной схемы (рис. |
1-1,6) по |
|
казывает, что |
отсутствие |
синхронизации н а ч а л а и конца |
образцо |
|
вого п р о м е ж у т к а времени |
Т0 с импульсами fx |
приводит |
к появле |
нию погрешности измерения, абсолютная величина которой опре
деляется значениями |
Ati |
и |
Atz. |
Нетрудно видеть, что |
фактически |
время измерения |
|
|
|
|
|
T' = |
NTx |
= |
N/fx |
= T0 + A t - A t 2 , |
(1-2) |
поэтому |
|
|
|
|
|
|
N = |
TJK |
+ |
{btt-btb)ITx |
(1-3) |