Введение к работе
Актуальность работы. Известные преимущества, достигаемые при использовании в измерительной аппаратуре частотного унифицированного сигнала, послужили основой для возникновения и развития широкого класса цифровых частотомеров (ЦЧ) и аналого-цифровых преобразователей частота (АЦПЧ), занимающих значительное место на мировом рынке приборостроительной продукции. Однако по мере возрастания роли динамических измерений, повышения требований к метрологическим характеристикам, расширения системного применения устройств обозначился крут инженерных' задач, решение которых невозможно или практически затруднено'на основе известных методов построения устройств измерения частоты.
Так, при разработке спетом ме трологической аттестации частотных датчиков, систем управления обрабатывающих центров, приборов биомедицинских исследований и другого оборудования требуется одновременно выполнить ряд условий: в фиксированный интервал измерения может укладываться несколько десятков периодов сигнала измеряемой частоты, погрешность измерения при этом не должна превышать десятые или сотне доли процента; -частотный сигнал может г подвергаться относительно -быстрой и глубокой модуляции; соотношение мевду периодом сигнала измеряемой частоты и . периодом сигнала опорной частоты может быть невелико и составлять, например, несколько десятков; долены быть соблюдены ограничения по аппаратурным затратам и обеспечены функциональные возмокности для системного применения.
Выполнение части требований, касающихся задания динамических характеристик ЦЧ и АЦПЧ, а также связанных с простотой реализации, возможно на основе использования метода весового усреднения, широко применяемого з задачах эффективной фильтрации аналоговых сигналов. Однако непосредственное, применение известных результатов в этой области не позволяет достигнуть требуемых условий обмена быстродействия и точности из-за неравномерно - дискрегазированного представления частотного сигнала последовательностью импульсов. Вследствие этого актуальной проблемой явились разработка и исследование способов введения- весового усреднения в процесс измерения частоты, реализация данных результатов в виде ЦЧ и АЦПЧ с совокупностью трудносочетаемкх характеристик, отвечающих
условиям применения в современном научно- исследовательском и производственном оборудовании..
Цель работа и задачи исследования. Целью работы является раработка метов построения цифровых устройств измерения частоты с весовым усреднением и создание на юс основе [14 и АЦПЧ с улучшенными метрологическими характеристиками и малыми аппаратурными затратами на реализацию. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
-оценка возможностей и перспектив применения ЕЄСОВОГО уср їднения для задачи измерения частоты;
-синтез математической модели, отображающей фильтрацию частотного сигнала и сигнала- носителя частоты по методу еєсовогс усреднения;
-разработка и исследование способов введения Еесового усреднения в процесс измерения частоты, определение структурко-алгорнтмических вариантов их реализации;
-исследование условий обмена мевду быстродействием, точностью, свойствами подавления помех и аппарзтурнымим затратами для предложенных структур устройств;
-разработка ЦЧ и АЦПЧ с весовым усреднением, оценка их точностных характеристик на основе аналитических, численных исследований и результатов экспериментов.
Методы исследований. 3 работе использовались методы теории сигналов, теории систем автоматического регулирования, теории цифровой фильтрации и обработки результатов измерений, численные методы математического анализа, .методы экспериментального исследования и имитационного моделирования на ЭВМ.
дау^кая новизна работы заключается в глегтъхдем:
1. Теоретически обоснована возможность воспроизведения
заданных динамических характеристик-: so методу весового усреднения
ігри малом количестве периодов .сигнала измеряемой частоты за время
измерения посредством замены реализуемых операции.
2. Разработана обобщённая математическая модель устройства
измерения частоты с весовым усреднением, отображающая особенности
передачи частоты несущим импульсным . сигналом и позволяющая
осуществить .аналитическую оценку точностных характеристик
устройств.
3. Предложены я исследованы структурно- алгоритмические
способы зведення -^еоБС-о усреднения з неявном виде, оценены получаемые возможности соз?ра;вк?іЮ2»і2:.~ точностных характеристик. ~. Получено о'оснокаки'г noswcsHCcrr реализации весового уер~лр-нмя при сгуаес:члекии свёртки функций б области ДИСКРЄТНОГО фазового аргумента, определены условия 4>"рмкровакня совокупности точностных характеристик.
5. ЙССЛЄДОЬйЧї: BOSV.OS30CTK фУККПНСВаЛЪЛОГЗ ПрИМгКеЯИЯ
устройств ньмер-ки." чгсгэтк с весовым, усреднением.
Практическая ценность. Е результате теоретических исследований ъ диссертационной работе:
'. Предложена методгкв использования фильтрующих свойств, соответствующих воспроизводимой весовой функции (ВФ), для задания динамических характеристик устройств' измерения* частоты и обеспечения подавления аддитивных помех при малых, соотношениях между длительностью BJ< и периодом сигнала измеряемой частоты.
I. Разработаны структуры ЦЧ и АЦЇЇЧ с реализацией весового усреднения в области временного и фазового аргумента, отличающиеся выгодной соБскуп-юстыо метрологических характеристик и простотой реализации.
3. Разработаны программные имитациенные модели,измерительного
эксперимента с предложенными устройстьаш и на их основе получены
численные опенки точностных характеристик с учётом особенностей .
схемотехнических решений и различных видов воздействия аддитивных
помех.
4. Выработаны рекомендации по выбору адекватной структуры
устройства с весовым усреднением для различных условий задач в
области измерения частоты.
г.. Выявлены и исследованы способы обмена между точностными 'характеристккбьк-предлсЕеннкх устройств и аппаратурными затратами на реализацию, а также способы совершенствования данных характеристик при неизменных аппаратурных затратах.
Реализация работы. В -результате теоретических и экспериментальных исследований разработаны и знедрены:
-ряд АЩІЧ в составе систем метрологической аттестации частотных датчиков на предприятии ІШИФИ (г. Пенза);
-АШТЧ в составь комплексного прибора измерения :эз;слсткческйх параметров в НПО "Рубин" (г. Пенза);
-iFi ? составе системы ЧПУ Елкфозальнэго станка в институте
г>
ВНИИПТХШШ (Г. Пензе).
Последние два из перечисленных конечных изделігл предназначен! для серийного произзод-тва а скидаемкп гсдсеой экономически; эффект от применения рэосе'оток автора по оценке, прозедёкной і 1991 году, составляет 170 тысяч рублей.
Апробация работе. Основные результаты диссертационной работі были доловикн л обсуждены на Всесоюзном симпозиуме "Проблемі создания преобразователей формы информации* 'г.Киев, 1983), а; Всесоюзных :15у~-;с-- технических. >:гн:г>ренці'іях "Метсдк ' міі?о'зл?ктрондаэ средства цифрового лггкзбразсванун д сбрзбстк сигналов* (Ліга, 1936) и "Методы я средства измерения механически яар^кетроз в системлх контроля а управленая" (Пенза, 19S9), н зоналъкух научно- технических сагтанэрах Л'нтегр'лрутадке частотные .зремя--и*,іпульсів пресбразозателл к штірозкз средства измерения н хх основе" (Пенза, 196Т) и "Мэтсды и средства измерен:,! механических параметрсз. з системах контроля и управления" (Пенза 1?9о), на научно - технических конференциях прсфессорскс гнлподг^атзлъсксго состава Пензенского политехнического институт ::-85 - 19ЙЗ».
Нтсллузт-та. По результатам исследований я разработок исполненных з процессе работы над диссертзци&й, опубликовано 2 пэчзтных работ, а гсм числе 6 авторских свидетельств.
5?Р.ук?Ура. и_ооъвм диссертации Диссертационная работа состо; ііс гьъД-эния. ( глав, заключения, списка литературы, 2 приложений содержат 169 страниц основного такста, иллюстрируемого рисунками габлицами на 55 страницах.
Зо ЗЕвдеіии обоснована актуальность исследовани
^формулированы цель а задачи работы, изложены основные полсжени заносимые на озщзту.
геосхсшшм систематизировать дафрэзщ: устройства измерения 4астотк пс признаку ігринадлекнссти к подразумеваемому определении їастота ї заключенному е k&v методу измерения. Существование разнообразия апр^селенпй объективно обусловлено спецификой частоты -:ак измеряемой величины.
Проведён анализ точностных характеристик, сфар ГГрИМоЯеіМп групп устройств, реалкзукааїх применяемые на практике определения частота как количества идентичных событий в единицу дремени, ггрэкззодно?. фазы по времени, отношения конечных ггжрязйпкй *г.гы г.
5рЄМ5НИ, r.r:*'«MC7TJ ИНТЄКСИЬпОСТИ W^ Г..'Л!-С '-^ ^ССДИНОГіі n^rrpt
тяжести спектральной -лоїн.,07-/. моцностк проі'.звогязиго СХГК.ЧЛО, ї JX-. ;~о:?де.-еко, что г.окимо нзн.еетнкх и предложикнкх s хол? выполнение лачеой рьостк ИЧ г аПї частота с глссн^і' усреднением, ггоєлньЗнічєчнкі для янгйЛн-ОЕ:."' комплекса гфор<улкрог%з-;НаГ тр«ебовгкуй, conccTJ-iJwob совокупностью технических' характеристик облад&от ряд устройств измерения частота как отношения конечных. ггрираденнй фазы к времени.. Группу аналогов с наиболее высокими
УСЛОВИЯМИ Обмена бЬ>СТрОДЄЙ0ЇЗИЯ И ТОЧНОСТЕ В бЛИЗКОМ к
статическому рекиме работа образуют устройстве, спрсле.лякнж' отношения "фиксированное приращение фазы / оц&нккэемо* прираление времени" і: "оцениваемое прирааение фазы / оцениваемое гірираіккие ьреіисіїїГ. п.роме того, для ь-ьризкта с фиксированным приращением фазы возможно соверненссвоъакке точкостнкх характеристик кг основе
ЕЗедеЯИЯ СТаТКСТИЧесКог Б6С030Й ОбрэОЭТКИ. ЕбИМЄЕІЗук;
чувствительность к паразитной модуляции частоты прояБлчї'т перечисленные устройства с осуществлением оценки максимально возмокного по условиям применения пгираіт;ь}^я времени и устройства, определяющие отношение "оцениваемое отнесение'фазы / фиксированное ггоиращение времени". Последние обладают незавпога-сьж ст входного сигнале филътрупЕпка свойствами по отнесения к сигналу модуляции частоты и могут быть использованы б качестве аналога при сопоставлении свойства подавления периодігадских помех и точности измерения мгновенных значений частоты.
Сопоставимые оценки точностных характеристик аналогов с учётом флуктуаикй фазы произзодяээгс сигнала мо*ко ы~,учуть .посредством имитационного моделирования работы устройств ну сЗМ.
ІіоотЕьоречіїй, возьчгкйлКЗ'.о при попытке обеспечить 2ребу-мук ообоиупность хйоактеркстик, 'г: донно;-: случае обусловлен: ігрим~ЕЯ*Ц*
методом измерения. Это предопределяет необходимость исследования возможности решэкия поставленной задачи с помощью качественно отличающейся конценптуалвяоя основа.
Вторая глада посЕЯщена исследованию свойств метода весового усреднения при использовании его для измерения частоты, а также разработке различных способов ббєдзчря зессзого усреднения и реализущих их структур устройств.
При реализации данного метода в измерительных устройствах отсчёт устройства N сггседеляется как
" Т*
N = K/Ugjtt) a(t) dt, (11
О где К - коэффициент пропорциональности. Я^"' ' зхз^вяй сигнал
устройства, Т.,- время измерения, g(t) - весовая функция, которая
финитна в интервале [О, Ти], g(t) = g(Ta- Ъ) з плоеэдъ,
ограничиваемая g(t), постоянна.
Измерение частоты как параметра интенсивности импульсов может
быть осуществлено выполнением операций согласно (1), если g(t)
выбрана для выделения постоянной составляшей импульсного несунегс
сигнала U„(t), ггзопоециоЕэлъкой изменяемой частоте.-Однако, как
ЗА .л.
показали исследования, .для измерения частотного сигнала предписываемые методом операции могут быть заменены несколькими просто реализуемыми операциями суммирования.
При замене последовательности импульсов конечной длительности Hg^Ct) последовательностью 5-импульсов, выработанных в момента поступления импульсов конечной длительности, раЕйЕСїЗС (Г/ можно представить в виде
N = K 1 S/tkl. (2}
k=l где n - количество импульсоЕ в интервале їи, tj,- лемент поступления к - го импульса, g,(t) - весовая функция, аоспрсизводкмая . в альтернативном устройстве, воспринимавшем синхрониз ирувяие фронты импульсов.
Алгоритм работы здесь сводится к суммированию значений воспроизводимой ,,(*) (рис.1,а), взятых в моменты поступления '3 -импульсов (импульсов входного сигнала на рис.1,6). Накопленная сумма (рис.',5) предстззллсГ ccdoit отсчёт И .
Одновременно g,('t) определяет динамические хйракг^ристпхи
иф
і і
В) J L
Рис. 1
Рис.3
a).
! і
а) 1 1 1 - ' I.JJ
d)
а
Рис.2
Рис. k
тракта преобразования частотного или преобразуемого в частоту сигнала. В работе показано, что отсчёт значения частоті определяется выражением
n = ks j x(t) g где x(t) - преобразуемый в частоту сигнал, К - коэффициент Соотношение (3) может быть использовано для реализации ЦЧ и АЦПЧ нечувствительных к воздействию аддитивных помех. Разнообразив разработанных на основе данных выводов способа введения весового усреднения обусловлено не ТОЛЬКО ВОЗМОЖНОСТЬ] определения У ^Л^ъ) различными структурно- алгоритмическим решениями, но и возможность» реализации описанных процессов области фазового аргумента с учётом дискретизации данног аргумента при использовании импульсного сигнала. Способ непосредственной реализации операций в соответствии (2) и рис.1 предполагает выбор g.(t) с достаточно высоки подавлением высокочастотных компонент спектра 5-импульсног сигнала. Относительная погрешность измерения мокет быть оценен как ,2, ,тт/лм2 (4 5 = 2 I \ЕЦык)\г/ |Н(0) где |H(Ju&)|, |Н(0)| - значения-АЧХ устройства, соответственно при частотах к - а и 0 - й гармоник б-импульсвого сигнала. Например, при воспроизведении треугольной ВФ, наличии 1 периодов несущего сигнала за время измерения и точном выполнена операций 5 < 1 %. Одновременно могут быть использованы фильтруидг свойства воспроизводимой ВФ в соответствии с выражением (3) jy обеспечения нечувствительности отсчёта по отношению к паразитке 'частотно- импульсной 'модуляции (ЧШ). Совершенствование точностных характеристик возможно на осної предложенного способа введения вэсоеого усреднения в неявном бщ и реализующей его структуры. Алгоритм работы устройсті заключается 5 том, что з момент поступления каждого из импульсе входного сигнала (рис.2, з) начинается формирование импульс заданной фермы (рис. 2, б -г) з виде цифрового кода, сум? выработанных импульсов (рис.2,д) усредняется за фиксированное время к полученное среднее представляет собой результирующий отсчёт (рис.2,6). Длительность выработанных импульсов Tjn^ моке'т превышать период входного сигнала к поэтому для реализации устройства используется несколько- поочерёдно срабатывающих формирователей. Б работе показано, что в данном случае неявно воспроизводится БФ, финитная па относительно большом интервале времени; её форма определяется свёрткой функции, описывающей импульс, и прямоугольной ВФ, .соответствующей усредняющему устройству. Предложенный алгоритм работы мозет быть математически эквивалентно представлен как усреднение отсчётов скользящего среднего значения частоты, определяемого по ансамблю реализаций, 'формируемого несущего сигнала (импульсов на рис.'2,б-г). Например,.при выработке треугольных равнобедренных импульсов где Т„- время усреднения, fx- измеряемая частота. Выбором формы вырабатываемых импульсов определяются соответствующие весовой функции динамические характеристики тракта преобразования частотного и преобразуемого в частоту сигналов. Другим способом введения весового - усреднения " является определение скользящего среднего значения частоты и дополнительное усреднение отсчётов скользящего среднего за фиксированное время. Неявно воспроизводимая ВФ g/t) = g/f(t) * g/2(t), (6) где g/f(t) - ВФ, реализуемая в АЦПЧ с непрерывно формируемым отсчётом, gy2(t) - ВФ, воспроизводимая устройством усреднения за фиксированное время. Предложены устройства, включающие АДПЧ с реализацией скользящей прямоугольной, треугольной (рис.3,а) и других ВФ g,f(t). Сумма значений g-;(t), взятых в моменты поступления импульсов сигнала измеряемой частоты (рис.3,6), непрерывно определяется в виде отсчёта АЦПЧ (рис.3,в). За фиксированное время Ту (рис.3,г) определяется усреднённое значение К (рис.З.д) отсчёта скользящего среднего значения частоты. При высокой частоте выработки результирующих отсчётов N за счёт увеличения длительности неявнг воспроизводимой БФ может быть увеличена точность измерения, расширен диапазон подавлявших аддитивных помех е сторону 'низких частот. Условия обмена меэду точностными характеристиками сопоставили с выявленными пля представленного вше способа введения весового усреднения. Предложен способ введения весового усреднения с реализацией операций в области фазового аргумента, основанный ка определении взвешенной суммы приращений Бремени - величины, рассматриваемоЛ г качестве функции фазы. Суть используемою при этом алгоритма работ:»' заключается е тем, что в момент поступления пєпеого импульса сигнала лгьщгул*:', частоты Г (рис.4,а) начинается формирование интервала измвеенш фиксированной длительности Ти (рис.4,3;, з течзнке .четорег-: определяется взвешенная сумма (рис.4,а) длительностей (п - і! целых периодов сигнала измеряемой частоты и части r.-го периода, поместившейся в штвБвале Т_. "Baca" пэшодов изменяются, і зависимости от порядкового номера периода І, по закону прегреесгаз (рис.4,г). Формируемый ори ЭТОМ СТСЧё'.' 1=1 где Т t- 1-й период сигнала измеряемой частоты, g.r(l) - функіш. веса. При выполнении перечисленных стгерзций зєоисимость величины от измеряемой частоты описывается линейной ихи друго* гтзпэннс 'полиномиальной зависимостью. Формирование g„,-:i) Д-" рассматриваемого алгоритма работы осуществляется в соответствии приращением' фазы за фиксированное время измерения. Разработан метод синтеза функций веса g^d), обеспечивании требуемый вид степенной полиномиальной функции и определяли! условия обмена быстродействия и точности. Показано, что, например для реализации линейной. функции преобразования может быт использована функция веса в виде ряда натуральных чисел и in пренебрежимо'малой погрешности оценки длительностей Т 3 = t / [4 (T,iJ2]. Х { Разработаны структуры устройств. воспрсизг-дяших различи* 7S3Z веса и позволяющих ебеспечать различные сочетай характеристик погрешности, значения времени и диапазона измерение ссуаіству:ять дискретное иле Keepsрывнее сормироБ-зние отсчёта. Результатом, перечисленных разработок стало георетичесж .-Осснсзание возможности построения устройств изменения частота .:эссвым усреднением, отвечающих задэиному чс: індексу хэрактеристиз г. выводи относительно стр/ктурко-алгоритмических вариантов реализация устройств. 3 третьей глава обоснована необходимость получєгая численным оценок точностных характеристик устройств, у^итываг.'дих особенное:"/: схемотехнической реализации и воздействие аддитивных " помех на различных участках тракта преобразования измерительного сигнала, определены структура и алгоритм работы программкой имитационной модели измерительного эксперимента, разработаны структурные блоки устройств я составные элементы модели. Ка примере математического описания сигнала с ЧИМ показано, ЧТО КЗ- За ЄГО МНИМОЙ Г.еріїОДИЧКОСта ГГрК ПрОИЗЕСЛЬНСМ ССОТКОК"ЛГЧ между периодами модулирующего л несущею сигналов возникают препятствия з получении аналитическими методами оценок точностных характеристик Цч и АШЧ. Для математического списания з частотно? области это зыражаетсл з необходимости выполнения алгеорзичео'.-ж: преобразозанкй не элементарных функций, описувзйьих спектрадьт-гкэ характеристики сигнала измеряемой частота, а зо временной области это прсяздяется з необходимости получения численных. реш-кий трансцендентных уравнений, оггределя^дих момента -лгааботгг.'-имкульссв формирователем. Эти и другие особенности, оудестзуххіи-при описании дискрвгязированно-кз.'знтсзэняого ЗОСГПХЖЗЗЄЯ9КНЯ требуемых зависимостей 'рис.1 - і) таїрозкми блоками устройств, предопределили осуществление этапа программного имитационного моделирования. 3 разработанной модели предусмотрено адекватное воспроизведение реализуемых з устройствах операций в соответствии с таблицами истинности дирско распространенных цифровых интегральных схем л типовых функциональных блоков на :-гх основе. Воздействие аддитивных помех на работу іермирозатедя амп/льсоз отобракено для вариантов суммирования пс^хи о преобразуемым в частоту сигналом и с псоизодяеим сигналом на ьходе фоалирозатэля. 2 пеовом случае очередной м^мэнт срабатывания $ормигхззатедя гпгглеляегоя согласно оплсэнному выше численному расчёту, а зс згорем определяется о учетом случайного смешения относительно истинной позиции согласно закону распределения с ^прйметрэми, ооотзетструпдими принятым хпоакт?ристикам пссизводлаагс сигнала, помехи л Зоймигозате.:*. 3 ,:сстзз чюдели зхслят блок зеспрсизведения устройств;, измерения частоты, а также инвариантные по отношению к выбранному устройству. блоки реализации входного сигнала, управления экспериментом и хранения его результатов. Построение модели эксперимента соответствует структурно- модульной организации моделирующих программ. Выявлены факторное пространство, ограничения параметров и другие условия, на основании которых определён план эксперимента. Для получения оценки характеристик погрешности устройств и свойств помехоподавления предлокен порядок проведения' эксперимента, предусматривающий выбор случайного фазового смещения последовательности импульсов относительно границ интервала измерения, выбор, случайных (в заданных пределах) или фиксированішх значений несущей частоты и параметров модулирующего сигнала, варьирование параметров устройства, формирование выборки отсчётов, статистическую, обработку, протоколирование результатов эксперимента. Разработанная имитационная модель измерительного -эксперимента реализована в программах, синтезированных в исходных кодах языка Турбо - Паскаль.' В четвертой главе представлено исследование точностных характеристик устройств, способов их совершенствования, обмене между ними и аппаратурными затратами, рассмотрена схемотехническая реализация ПЧ и АППЧ. Результатами имитационного моделирования показано, что при рассматриваемых в работе условиях в статическом режиме точностные характеристики частотомеров- периодомеров с фиксированным или выбираемым количеством периодов, со статистической обработкой сопоставимы с характеристиками устройств, воспроизводящих весовое усреднение в явном виде, и в единицы раз ниже характеристик устройств с неявным использованием данного метода. В последнем случае при наличии в интервале Ту тысячи периодов сигнала опорной частоты и Tyf =5 + 55 погрешность измерения не превышает.. сотых долей процента. Моделирование режима измерения постоянной составляющей частоты при .воздействии помех, находящихся в аддитивной смеси с сигналом - носителем частоты, показало, что при различных существующих в эксплуатационных условиях законах распределения моментов срабатывания формирователя (нормальном, арксинусондальном и др.) возрастание размаха распределения отражается в увеличении преимуществ устройств с весовым усреднением. Применение ЦЧ и АЦПЧ с весовым усреднением для обеспечения инвариантности по отношению к паразитной гармонической ЧИМ позволяет в широком диапазоне отклонений от номинальной частоты модулирующего сигнала--снизить погрешность измерения постоянной составляющей частоты или преобразуемой в частоту величины до уровня статической погрешности. Например, при явном воспроизведении во временной области БФ в виде ядер сплайна 10-разрядкым двоичным кодом погрешность измерения стабильна при отклонении частоты модуляции на 20 % от номинального значения, соответствующего наибольшему подавлению помех при точной реализации БФ . (девиация частоты импульсного сигнала может достигать 30 % от постоянной составляющей). В условиях проявления паразитной гармонической ЧИМ, при которой частота модулирующего 'сигнала является случайной величиной, находящейся в широком диапазоне (по условиям эксперимента, от 1 до 10 периодов модуляции за Бремя измерения), методическая погрешность устройств с зессеым усреднением на 1 - 2 порядка меньше погрешности аналогов, причём даннэе соотношение увеличивается по мере роста частоты и девиации модулирующего сигнала. С помощью имитационного моделирования оценены характеристики устройств с весовым усреднением, используемых для функционального преобразования частоты, измерения её мгновенных значений и в других режимах работы, исследованы зависимости между точностными характеристиками и ступенью квантования, изгсм дискретизации при воспроизведении ВФ, скоростью убывания огибающей АЧХ, параметрами её лепестков. Полученные выводы использованы для выработки рекомендаций по выбору структурных и схемотехнических решений, обеспечивающих реализацию комплексов конфликтующих характеристик. На основании проведённых исследований разработан ряд АЦПЧ и ПЛ, результата испытаний которых подтверждают прозеденные аналитические и численные расчёты. Метод весового усреднения в явном зиде зо временной области использован з АППЧ, воспроизводящем треугольную ВФ. Устройство реализовано на основе интегг-альных схем КМОП-логика. Пси Т = 1 мс и частоте опорного генератора 1 МГц в диапазоне измерения 14- кГц -; 23 кГц приведённая погрешность измерения в статическом режиме не превышает 0,3"%. Начало интервала измерения не синхронизировано с последовательностью импулъсоь входного сигнала t может быть задано управляющей командой системы аттестации летчиков с частотны* виходом. Весовое усреднение в области'фазового аргумекта использовано ь разработанных АППЧ к ПЧ, для которых Еззешенная сумм;: С74. длительностей периодов определяется на основе накапливающего сумматора. Линейность функции преобразования обеспечена применением синтезированной функции gm(l) в видь арифметической прогрессии. Например, один из вариантов данных устройств -МІПЧ, реализованный на основе КМОП-логики для системи аттестации струнных датчиков - имеет следующие характеристики: значение опорной частота 1 МГц, диапазон измерения 13 кГц-* 23 кГц, при времени измерения 1 мс в статическом рекиме работы приведённая погрешность измерения составляет 0,3 %, при значениях Tz, выбираемых из ряда 2, А, 8, 16, 32 мс, погрешность не превышает С,15 ». Выбор времени измерения, осуществление режима автоконтроля обеспечиваются управляющей командой системы. Расширение диапазона измерения возможно на основе введения функции g^.(t) с помощью управляемого делителя частоты. Примером использования такого решения может служить ПЧ, реализованный на основе интегральных схем ТТЛ-логики, который при диапазоне измерения от 1С Гц до 800 Гц, Т = 180 мс в статическом рекиме имеет приведенную погрешность не более 0,1 5Г. Е разработанных устройствах формируемый интервал времени измерения еє зависит от значения измеряемой величины; отсутствует используемые в частотомерах- перкедэмерах встроенные вычислительные блоки. В ряде АППЧ аппаратурные затраты ка реализации выполнены с учётом возможности изготовления в виде гибридных интегральных схемы ЮЮП-логики. Результаты проведённых исследований позволили оценить условия обмена м&вду характеристиками, определить адекватный условиям решаемой задач?: етрукс^тже-- алгории*й"івский вариант реализации весового усреднения,, а также выявить возможности расширения сфер применения ДО и АППЧ.
5 = 0,13/ (Т^Ту ф, (5)Похожие диссертации на Цифровые устройства измерения частоты с весовым усреднением
