Файл: Найдеров, В. З. Специальные радиотехнические измерения.pdf

В цифровой измерительной технике эту погрешность записы­ вают в ином виде:

Дд = + 1 ед.счета,

имея в виду, что единице младшего разряда счетчика соответству­ ет определенное число единиц измеряемой величины (в данном случае Г0=Ю Чсекунд, т. е., например, 1 мкс, 10 мкс и т. д.).

Относительная погрешность дискретности зависит от величи­ ны измеряемого интервала, и, следовательно, от количества счет­ ных импульсов, заполнивших этот интервал:

Чем больше измеряемый интервал tx, тем больше количество импульсов N- Ч Та и тем меньше относительная погреш­

ность дискретности (рис. 4.6). Погрешность сравнения зависит

также от точности формирования вре­ менных ворот, однако при использо­ вании быстродействующих формирую­ щих устройств эта погрешность значи­ тельно меньше погрешности дискрет­ ности.

Таким образом, полная абсолют­ ная погрешность измерения интерва­ лов времени определяется выраже­ нием

а полная относительная погрешность — выражением

69

При измерении очень больших интервалов времени основной составляющей погрешности становится погрешность образцовой меры, т. е. погрешность кварцевого генератора (рис. 4.6).

Основной составляющей при измерении малых интервалов яв­ ляется погрешность дискретности, т. е. в этом случае можно счи­ тать, что

± 1i n .

Зная частоту следования счетных импульсов F0 (ее выбирают возможно большей для уменьшения погрешности дискретности, причем сверху величина F0 ограничивается быстродействием счет­ чика), можно рассчитать минимальную величину интервала, ко­ торый может быть измерен с заданной погрешностью дискретности:

^х мин = 1 /Ьд F0 = Т0/Ь1.

Примером современного цифрового измерителя временных ин­ тервалов может служить прибор И2-23, который измеряет интер

валы от 1 мкс до 1 с с абсолютной погрешностью + 10~ѴХ± 1 ед. счета.

70

измерительной техники. В современной радиоэлектронике, радио­ физике, автоматике, телемеханике и других областях науки и техники используются сигналы самых разнообразных частот — от инфранизких до сверхвысоких.

Наиболее известными методами измерения частоты являются резонансный, гетеродинный, сравнения с помощью осциллографа, заряда и разряда конденсатора. Каждый из этих методов эффек­ тивен в определенном диапазоне частот при определенной требуе­ мой точности измерений.

Особо следует отметить метод дискретного счета, который в на­ стоящее время получает очень широкое распространение. Метод характеризуется высокой объективностью и точностью результатов измерения, высокой степенью автоматизации процесса измерения, большим быстродействием и т. п. Сочетание этого метода с гете­ родинным позволяет обеспечить измерения в чрезвычайно широ­ ком диапазоне частот: с помощью одного прибора с очень высокой точностью можно измерять частоты, отличающиеся на 12—13 по­ рядков (например, от 0,01 Гц до 10 ГГц).

В диапазоне СВЧ иногда измеряют не частоту, а длину волны,

волны в частоту следует учитывать, что точное значение скорости распространения электромагнитных колебаний в свободном про­ странстве с= (2,99776±0,00004)-1010 см/с и лишь приближенно можно считать, что с= ЗЧ010 см/с.

Метрологические характеристики измерителей частоты вклю­ чают:

—диапазон измеряемых частот;

—допустимую погрешность измерения;

71

— чувствительность, т. е. минимальную величину напряжения или мощности измеряемого сигнала, которые нужно подать на вход прибора для измерения любой частоты диапазона с допусти­ мой погрешностью.

§ 5.2. МЕТОД ДИСКРЕТНОГО СЧЕТА

Метод дискретного счета основан на подсчете количества пе­ риодов измеряемого сигнала за точно известный калиброванный интервал времени Тк. Такая задача обратна задаче измерения временного интервала. Рис. 5.1 иллюстрирует измерение частоты следования импульсов Fx ^ l; T x. Очевидно, что число импульсов N, попадающих в калиброванные «временные ворота» длитель­ ностью Тк, определяется формулой

Если, например, Тк 1 с, то

FX"= N, 1/с.

Для измерения этим методом частоты / х гармонического на­ пряжения последнее необходимо предварительно преобразовать в периодическую последовательность коротких импульсов с перио­ дом Тх =-= 1//х. Положение этих импульсов на оси времени обычно определяется моментами времени, в которые гармоническое на-

Метод дискретного счета реализуется в приборах, называемых электронносчетными частотомерами. Структурная схема частото­ мера приведена на рис. 5.3.

Сигнал, частота которого подлежит измерению, поступает на

пульсы поступают на вход 1 временного селектора. Они проходят на электронный счетчик лишь тогда, когда на входе II селектора действует прямоугольный импульс временных ворот длительно­ стью Тк.

72

В состав генератора калиброванных интервалов времени вхо­ дят кварцевый генератор, формирователь коротких импульсов, де­ кадный делитель частоты этих импульсов и триггер, формирующий импульс временных ворот.

Рис. 5.3.

Нужная длительность временных ворот определяется частотой кварцевого генератора и коэффициентом деления делителя частоты, который делит частоту / к в в 10s раз (s= 1,2,3, ...). Длитель­ ность Тк обычно лежит в пределах от 0,001 до 10 с.

Управляющее устройство содержит схему управления длитель­ ностью временных ворот, схему времени индикации и схему сбро­ са на нуль показаний цифрового индикатора. Обычно предусмат­ ривается разовый и автоматический пуск прибора. При работе в автоматическом режиме частотомер периодически с интервалами

казания читались в единицах частоты (Гц, кГц, МГц). Погрешности измерения частоты имеют ту же природу, что и

погрешности измерения интервалов времени методом дискретного счета. Относительная погрешность длительности Тк временных во­ рот определяется нестабильностью 8КВ кварцевого генератора, из колебаний которого формируются ворота, а относительная по­ грешность дискретности равна

погрешность дискретности резко возрастает.

Полная относительная погрешность измерения частоты опреде­ ляется выражением

73