Файл: Маграчев З.В. Аналоговые измерительные преобразователи одиночных сигналов.pdf

При измерении однократных или редко повторяю­ щихся процессов необходимо руководствоваться более

•высоким значением доверительной вероятности. По-ви­ димому следует считать достаточным для этих условий закон трех сигм:

В этом случае вероятность превышения разрешаю­ щего времени свыше значения, указанного в соотноше­ нии (5-21), составляет не более 0,3%.

Динамический диапазон. Эта характеристика даетвозможность оценить широкодиапазонность преобразовате­ ля, т. е. определить область интервалов времени, кото­ рые можно измерить с заданной точностью. Динамиче­ ский диапазон определяется соотношением

В преобразователях масштаба времени ограничение диапазона измерения в области малых интервалов вре­ мени определяется разрешающей способностью устрой­ ства, а в области максимальных значений— допустимой величиной интегральной нелинейности.

Когда порядок определяемой величины известен (что обычно имеет место в реальных условиях), следует счи­ тать достаточным Д » 1 0 .

Перечисленные характеристики ПМВ являются ос­ новными. На практике* очень часто к преобразователю предъявляется целый ряд дополнительных требований, таких как чувствительность, потребляемая мощность, значение входного сопротивления и пр.

5-3. Методы аналогового преобразования интервалов времени

В литературе описано большое количество аналого­ вых преобразователей интервалов времени, отличающих­ ся между собой по принципу действия, сложности схем­ ной реализации и техническим характеристикам. В [Л. 8 8 ] приведены обзор и классификация таких преобразовате­ лей (рис. 5-4).

Как видно из рисунка, преобразователи интервалов времени могут строиться с использованием накопитель­ ных или верньерных методов. Принцип действия нако-

126

пительных преобразователей основан на быстром запо­ минании путем накопления заряда на конденсаторе ин­ формации об интервале времени с последующим считы­ ванием (преобразованием) этой информации за время, во много раз превышающее преобразуемый интервал.

Рис. 5-4. Классификация методов аналогового преобразования интервалов времени.

Верньерным фазовым методам преобразования ин­ тервалов посвящена обширная литература [Л. 13, 89— 93), они нашли широкое распространение в ядерной радиоэлектронике и радиоизмерительной технике, в свя­ зи с чем в дальнейшем мы на них не будем останавли­ ваться. Менее известны верньерные методы преобразо­ вания, основанные на использовании непериодических функций времени [Л. 93—95].

Верньерные методы преобразования. В работе

127

ного момента времени

7’

(5-23)

Как видно из формулы (5-23), преобразованный ин­ тервал пропорционален измеряемому, если коэффици­ енты а и b положительны и постоянны и выполняется неравенство

а

------- —t---------•

,«**п .м акс

тJ тг

U (at) = U[b(t—г'л)]=Дс

и выдает на выходе сигнал, соответствующий концу интервала преобразователя Гп. Его длительность опре­ деляется выражением (5-23).

У28

Наиболее простые схемные реализации получаются при использовании экспоненциальных, линейных и си­ нусоидальных (в интервале от 0 до я/2) функций [Л. 8 8 , -94, 95]. 'Экспоненциальные функции нетрудно получить с помощью интегрирующих цепей, как это показано на рис. 5-6,а. Формирование экспонент в данной схеме про­ исходит при размыкании ключей Кл\ и Кл2 управляемых старт- и стоп-сигналами. Изменение напряжений иа кон­ денсаторах Ci и С2 при этом равно:

(/,(0 = ( Е - 1 / 01) ( 1 - е

(5-24)

U2 (t) = (Е — UK) (1

где Uoi = £ R ki/ + Ri) — начальное напряжение на кон­ денсаторе Сй Uo2 = E R i J (R ^ +Яг) — начальное напряже­ ние на конденсаторе С2;

х1= Ci; xz= RzC2.

Вмомент равенства напряжений на конденсаторах схема сравнения вырабатывает импульс, определяющий вместе со старт-сигналом преобразованный интервал времени. Нетрудно показать, что при С01 = Со2

Для приведенной на рис. 5-6,а схемы характерен ряд дестабилизирующих факторов, снижающих разрешаю­ щую способность преобразователя и его линейность. Сю­ да входят систематическая и случайная погрешности, связанные с вариацией .RC-параметров генераторов экс4поненциальных функций, а также погрешности, связан­ ные с нестабильностью питающих напряжений, наличи­ ем зоны нечувствительности схемы сравнения, опреде­ ляемой порогом ее срабатывания Un и нестабильностью этого порога. Погрешность за счет неточности сравнения можно определить, пренебрегая начальным напряжени­ ем на конденсаторах и считая, что схема генерирует импульс в момент t = Tn+AT (рис. 5-6,6), когда напря-

9 — 4 4 9

жения на конденсаторах отличаются на величину

Тогда, имея в виду (5-25), можно записать выражение для функции преобразования:

Как видно из выражения (5-29), неточность сравне­ ния вызывает смещение функции относительно начала

130