Методы уменьшения погрешности дискретности.

    а) Увеличение частоты следования счетных импульсов. Увеличение  имеет предел, определяемый быстродействием схем ключа и счетчика. При этом значительно увеличивается сложность аппаратуры.

    б) Измерение большого числа интервалов  (только для повторяющихся сигналов) с последующим усреднением результата измерения. Статистическая обработка измерений позволяет уменьшить случайные погрешности  и .

в) Расширение измеряемого интервала в целое число раз п и измерение расширенного интервала с помощью счетных импульсов с периодом . Обычно это делается с помощью двойного интегрирования (рисунок 6.4). За время  интегратор заряжается стабилизированным напряжением  до величины .

После окончания интервала на интегратор подается меньшее напряжение  противоположной полярности, чем , и интегратор разряжается до нуля. Полученный интервал  заполняется счетными импульсами, число которых подсчитывается счетчиком. Увеличение измеряемого временного интервала в п раз эквивалентно уменьшению в то же число раз величины дискрета , т. е. погрешности дискретности равной

                                                    .                                           (6.5)

    г) Нониусный метод позволяет уменьшить обе составляющие погрешности - в начале измеряемого интервала и в конце. Пример реализации метода представлен на рисунках 6.5 и 6.6.

 

 

Импульс «старт» запускает генератор ГОЧ 1. Импульсы с периодом Т ₁ поступают на счетчик СЧ 1, где подсчитываются. Импульс «стоп» запускает ГОЧ 2 с периодом повторения нониусных импульсов

, обычно 10, 100. Число этих импульсов подсчитывает СЧ 2. Импульсы с ГОЧ 1 и ГОЧ 2 поступают на входы схемы совпадения СС, на выходе которой при совпадении счетных и нониусных импульсов возникает импульс «останов», срывающий работу обоих генераторов. При этом количество импульсов N ₁ и N ₂ фиксируется счетчиками. Арифметическое устройство АУ рассчитывает величину измеряемого временного интервала

                 ,          (6.6)

где величину , определяющую шаг дискретизации, называют шагом нониуса.

Видно, что дискрет измерения  уменьшается в р раз. Но выбирать большие значения р нецелесообразно, так как начинают преобладать другие виды погрешностей (нестабильность управляемых ГОЧ, погрешности определения момента совпадения импульсов и т. д.).

 

Измерение частоты сигналов

 

    В зависимости от диапазона измеряемой частоты и требуемой точности, используют различные средства и методы измерений.

 

    6.2.1 Метод сравнения.

    При этом измеряемая частота определяется по равенству или кратности известной частоте.

    а) Осциллографические методы.

    Индикатором равенства или кратности частот служит осциллограф.

    При линейной развертке период сигнала измеряемой частоты сравнивается с периодом напряжения развертки, либо периодом меток времени калибратора длительности. Т. е. определяется период сигнала и затем рассчитывается значение

                                            ,                                      (6.7)

где ,  - коэффициент и множитель развертки;

   - период сигнала в делениях шкалы на экране осциллографа. Достоинство метода - возможность исследования сигналов любой формы, недостаток - низкая точность (погрешность 5-10%).

    Более точные результаты получаются при использовании метода интерференционныхфигур (фигур Лиссажу). На один из входов осциллографа

(X или Y) подают напряжение образцовой частоты, на другой вход - исследуемое напряжение. Кратность частот определяется по числу пересечений неподвижной фигурой (например, рисунок 6.7) горизонтальной  и вертикальной  линий в соответствии с выражением

.                                               (6.8)

    Метод фигур Лиссажу применяется при относительно небольшой кратности частот (до 10).`

Метод круговой развертки предпочтительней при несколько больших значениях кратности сравниваемых частот. В этом случае два сдвинутых на 90° синусоидальных напряжения низкой образцовой частоты  подаются на входы X и Y осциллографа, формируя круговую развертку. Напряжение измеряемой частоты  подают на вход Z, модулирующий яркость луча осциллографа. На экране создается изображение окружности в виде штриховой линии

(рисунок 6.8). число темных или светлых штрихов п равно кратности частот, т. е.

                  .                  (6.9)

В двух последних случаях (метод интерференционных фигур и метод круговой развертки) погрешность измерения частоты определяется погрешностью задания  и может быть доведена до 10^-4¸10^-6.

 

    б) Гетеродинный метод (метод нулевых биений).

  Заключается в сравнении частоты исследуемого сигнала с частотой  перестраиваемого генератора (гетеродина). Схема измерителя приведена  на рисунке 6.9.

		Рисунок 6.9

 

На смеситель СМ подается исследуемый сигнал  и сигнал гетеродина с . Сигнал разностной частоты  выделяется, усиливается усилителем У. В качестве индикатора ИНД используются телефоны, магнитоэлектрические приборы, электронно-оптические индикаторы, осциллографы     и т. д. (или их комбинации). Регулируя  с помощью , сводят F к нулю (либо к какому-то фиксированному значению). Высокостабильный кварцевый генератор используется для калибровки (восстановления градуировки) шкалы относительно нестабильного генератора с плавной перестройкой.

  Диапазон измеряемых частот очень широк (сотни кГц¸десятки ГГц). Точность измерения высокая .