мощью специальной схемы можно сформировать пачку импульсов Из, соответствующих полученным совпадениям, значение к отсчитывают по среднему импульсу пачки.

Пример 9.2. Пусть получено показание нониусного измерителя временного интервала Г, = 3440 не. Период счетных импульсов Го=100 не, р=10, следовательно, шаг нониуса Го/р=10 не, Гн = 90 не, п = 38, к = 4. Определим погрешность измерений, если генераторы счетных и нониусных импульсов выполнены по схемам с рециркуляцией. Задержки в линиях задержки составляют 95 и 85 не, задержки в интегральных схемах- 10 не. Относительные температурные нестабильности задержек в линиях задержки и интегральных схемах составляют lO*/ °С и 10-/°С соответственно. Температура меняется на 10 °С относительно номинального значения.

Оценим две основные составляюшие погрешности: погрешность дискретизации и температурную погрешность. Предельное значение погрешности дискретизации Дгд„ = Го/2р = 5 НС, а ее СКО 2,9 не.

Изменение температуры вызывает систематическую погрешность измерений интервала. Для ее расчета оценим сначала систематические погрешности 67- и Of„ воспроизведения периодов повторения Го и Г„. В генераторе с рециркуляцией систематическая погрешность периода повторения 6 = 67-3 +*7зл ""де 67-3 и 67-3 - температурные погрешности задержки в кабеле и в интегральных схемах. Следовательно, систематические погрешности

67. =95-10-"-10-5-10--10 = 0,045 не. е7-„ =85-10"-10 -5-Ю"-10 = 0,035 не

Как следует из (9.10), систематическая погрешность измерения периода б7- = пб7-о-«:б7-„ =38-0,045-4-0,035= 1,57 не. Такое значение вполне допустимо, поскольку оно значительно меньше погрешности дискретизации.

9.5. АНАЛОГОВЫЕ МЕТОДЫ ИНТЕРПОЛЯЦИИ

Погрешность дискретизации уменьшают и аналоговыми методами. Они заключаются в расширении интервала в целое число раз и в измерении расширенного интервала. Расширители чаще всего строят, используя заряд и разряд конденсатора с разной скоростью, расширенный интервал измеряют электронно-счетным методом.

Расширитель с пилообразным напряжением. Упрощенная схема расширителя приведена на рис. 9.10, а. В начальном состоянии ключ разомкнут, через диод протекает постоянный ток /1 от специального источника, а напряжение на конденсаторе Мс =0. Под действием импульса й„ начала интервала на выходе триггера Т формируется импульс, под действием которого замыкается электронный ключ. С этого момента к конденсатору подключается ток /2>/i, и напряжение на конденсаторе начинает уменьшаться по закону «с = -(/2 -/i) C (рис. 9.10, б). По окончании импульса Тх напряжение на конденсаторе Ua = -{h - 1\)Тх/С. Под

Рис. 9.10

действием импульса конца интервала ключ размыкается, и конденсатор начинает разряжаться током 1\ до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет нулевого уровня. При этом на выходе компаратора возникнет перепад напряжения, из которого формируется импульс вы.ходного напряжения Мвых. Из условия Uci-\-+ /,Г./С = 0 следует = ВД -Отношение {h-h)/h выбирают равным целому числу к. Следовательно, интервал Тх между импульсами и Мвых оказывается равным кТ.

Погрешности расширителя зависят от непостоянства токов задержек в элементах схемы, непостоянства порога срабатывания компаратора и начального напряжения на конденсаторе. При малых интервалах существенна погрешность, вызванная влиянием нелинейных емкостей элементов электронной схемы и паразитных параметров. Обычно сильно проявляется нелинейность на начальном участке формируемого напряжения.

Измеритель временных интервалов с интерполяцией. В измерителях временных интервалов и периода повторения с несинхро-низированными с началом интервала счетными импульсами необходимо уменьшать две составляющие погрешности дискретности: в начале интервала и Лк в конце интервала (рис. 9.11). Соответствующие этим погрешностям интервалы увеличивают в к раз, а расширенные интервалы измеряют, заполняя их счетными импульсами.

При малых значениях интервалов сильно проявляется погрешность расширителя, обусловленная нелинейностью начального участка пилообразного напряжения. Поэтому на практике прибегают к расширению интервалов большой протяженности, например Тх\=2То - S.tft и 7j:2 = 27o -Ак, которые не могут быть меньше То (рис. 9.11).

Как следует из рис. 9.11, Тх = пТп-\-Тх\ - Тх2- Расширенные интервалы кТх\ и кТх2 измеряют цифровым методом с помощью двух каналов, содержащих селекторы и счетчики. Временные диаграммы напряжений uci и Ысг на входе счетчиков показаны на рис. 9.11. Расширенные интервалы k:i7"xi =rti7o +Aki; К2Тх2 = =ггТо-Ь А42, где К\ я К2 - коэффициенты расширения; пу и П2 -

l"" То df 1 "к

1 I i4fn I I I I I I

I 1 ь I

XfTxi

I I "2 TxZ

Рис. 9.11

Рис 9.12

числа счетных импульсов, заполнивших расширенные интервалы; Мк\ и А/к2 - погрешности дискретизации измерения расширенных интервалов.

Измеряемый интервал

7-, = «7-o + («i7o+A/ki)/Ci-(«27o + Ak2)/k2. (9.11)

Если коэффициенты расширения одинаковы, то К\=К2 - к и Тх = Tin + (rt 1 - П2)/к + (Ак. - Ак2) /к]. (9.12)

Погрешности дискретизации Л/к1 и Д/к2 подчинены равномерным законам с пределами О...7о, следовательно, разность A4i -

- А/к2 подчинена треугольному закону с пределами -Тп-.-То. Предельная погрешность дискретизации составляет То/к, что в к раз меньше, чем в обычном измерителе интервалов.

Коэффициент расширения в сушествуюших приборах составляет 128 или 256, его дальнейшее увеличение нецелесообразно из-за резко возрастаюшего влияния погрешностей расширителей временных интервалов. Систематические составляюшие этих погрешностей сушественно влияют на результат даже при умеренных коэффициентах расширения, поэтому в приборах с интерполяцией предусмотрена автоматическая калибровка расширителей.

Учитывая, что реальные интервалы 27"о -Д„ и 270 -Д/к могут меняться от Го до 2Го, калибруют только эти участки, на которых зависимости числа счетных импульсов от интервала (рис. 9.12) можно считать линейными. Калибровка заключается в измерении чисел счетных импульсов п\\ и п\2 в первом канале и «21 и П22 во втором канале для поочередно задаваемых расширяемых интервалов протяженностью Го и 2Го по программе, заложенной в микропроцессорную систему.

Как следует из рис. 9.12, при измерении расширенного интервала в первом канале число счетных импульсов « = П12 + + («11 -/г12)(Го-А<н)/Го. Аналогично во втором канале «2 = = «22 + (rt2i - «22)(ro -Дк)/Го, отсюда Д<д = А<„ -A<k = «i/ki- ~П2/К2 - Ап, где k:i=«ii-«12; C2 = n2i-"22; Ап = п\2/к\ -

- «21/2; к\, К2 и Дп вычисляют по результатам калибровки и хранят в ОЗУ.