6.3. Tezlik-zaman parametrlərini rəqəmsal
ölçmə qurğuları
Tezlik-zaman parametrlərini RÖQ-in qurulmasının
ə
sası zaman intervalı ərzində impulsları saymaq yolu ilə
zaman intervalının vahidlik ardıcıl mövqesiz koda
çevrilməsindən ibarətdir. Sadə və çox dəqiq olduğundan
belə çevirmə müxtəlif kəmiyyətlər üçün RÖQ-in
qurulmasında geniş tətbiq olunur. Bu halda ölçülən
kəmiyyət ilkin olaraq zaman intervalına çevrilir, sonra isə
zaman intervalı koda. Belə çevirmələr bir sıra kəmiyyətlər
üçün, məsələn period, faza sürüşməsi, sabit gərginlik üçün
kifayət qədər sadə həyata keçirilir. Belə RÖQ-də ardıcıl
sayma metodu istifadə edilir.
Rəqəmsal xronometr. Rəqəmsal xronometr zaman
intervalını ölçmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Xronometrin
işi stabil tezlikli siqnal impulslarının ölçülən zaman
intervalında sayılmasına əsaslanmışdır. Onun iş prinsipi şək.
6.6,a-da verilən zaman diaqramı ilə aydınlaşır.
Ölçülən zaman intervalı Start və Stop impulsları ilə
məhdudlaşır, çevirmənin nəticəsi məlum periodlu
0
T
impulsların ölçülən zaman intervalında
x
t
hesablanmış sayı
ilə verilir.
207
Bu RÖQ-də ardıcıl sayma metodu reallaşdırılıb.
Kvantlama səviyyələri sabit tezlikli impulslarla verilir,
səviyyəyə görə kvant kvantlayan impulsların perioduna
0
T
bərabərdir. Şəkil 6.6, b-də struktur sxem verilmişdir. O,
triggerdən Tg, stabil tezlikli impulslar generatorundan
(STİG), üst-üstə düşmə sxemindən (məntiqi VƏ), impulslar
sayğacından İS təşkil olunub. İS-dən çıxış kodu RÖC-də
indikasiya üçün, yaxud sonrakı çevirmə, ötürmə, saxlanma
və s. üçün istifadə edilir. RÖC-də ölçmə nəticəsinin
indikasiyasının əlverişli olması üçün ikilik-onluq sayğaclar
istifadə edilir.
Şə
k. 6.6. Rəqəmsal xronometrin işinin zaman diaqramı (a) və struktur
sxemi (b)
Ölçməyə başlamazdan əvvəl İS Atma siqnalı ilə sıfır
vəziyyətinə gətirilir. Start impulsu daxil olduqda trigger “1“
vəziyyətinə gəlir. Belə halda triggerin Q çıxışından
gərginliyin yüksək səviyyəsi məntiqi VƏ sxemini STİG-nin
çıxışındakı impulslar üçün açır. Bu impulslar İS sayğacı ilə
Stop
impulsu gələn ana kimi hesablanır. Stop impulsu
triggeri, VƏ sxemini STİG-nin çıxışındakı impulslar üçün
bağlayan “0“ vəziyyətinə gətirir (triggerin çıxışındakı
gərginliyin aşağı səviyyəsi).
208
x
t
müddətində İS ilə qeydə alınan impulsların sayı
xətalar hesaba alınmazsa:
0
0
f
t
T
t
N
x
x
=
=
,
burada
0
f
- STİG-nin tezliyidir.
Xronometrin xətasının tərkib hissələrini sayaq:
kvantlama xətası; aləti xəta. Aləti xəta STİG-nin tezliyinin
dəyişməsindən (qeyri-stabilliyindən) irəli gəlir və nisbi
qiyməti, %:
100
0
0
⋅
∆
=
f
f
G
δ
.
Kvantlama
xətasına
səbəb
Start
və
Stop
impulslarının kvantlayıcı impulslara nəzərən zaman
sürüşməsidir və iki tərkib hissəsinə malikdir:
1
t
∆
və
2
t
∆
.
Birinci tərkib hissəsini kvantlanan şkalanın başlanğıcının
təsadüfi yerləşməsinin xətası adlandırırlar. Bu tərkib hissə
[
]
0
;
0 T intervalında bərabər ehtimal sıxlıqlı təsadüfi
kəmiyyətdir. İkinci tərkib hissə yaxın kiçik, yaxud bərabər
səviyyə ilə eyniləşdirmə yolu ilə kvantlamadan yaranır və
[
]
0
;
0
T
−
intervalında bərabər ehtimal sıxlıqlı təsadüfi
kəmiyyətdir.
Zaman intervalını kvantlamanın mütləq xətası şək.
6.6,a-dan tapıla bilər. Çevirmənin nəticəsi
0
NT
t
x
=
,
kvantlama xətası isə
2
1
0
t
t
t
T
t
x
∆
−
∆
=
−
=
∆
.
Kvantlamanın yekun mütləq xətasının hədd qiyməti:
0
T
t
m
±
=
∆
,
nisbi xəta, % :
100
1
100
1
100
0
0
⋅
±
=
⋅
±
=
⋅
±
=
N
t
f
t
T
x
x
δ
.
Kvantlamanın yekun xətasının orta kvadratik
meyillənməsi:
209
6
0
T
=
σ
,
sistematik tərkib hissə isə 0-a bərabərdir.
STİG kimi kvars rezonatorları üzərində qurulan çox
dəqiq
generatorlar
tətbiq
olunur.
Onlar
üçün
(
)
%
10
10
6
4
−
−
−
=
G
δ
. Bununla əlaqədar olaraq rəqəm
xronometrləri daha dəqiq RÖQ-dən biridir.
Xronometrin ölçmə həddlərini çıxış kodunun
maksimal qiymətindən və xətanın hədd qiymətindən istifadə
edərək müəyyənləşdirmək olar. Ölçmənin yuxarı həddi
max
x
t
çıxış kodunun ÖV-in tutumu ilə məhdudlaşan maksimal
qiyməti ilə
0
max
max
f
t
N
x
x
=
təyin edilir. Tutum dərəcələr
sayından n asılıdır və RÖC üçün
n
10 -ə, yaxud ARÇ üçün
n
2
-ə bərabərdir. Buradan alırıq:
0
max
10
f
t
n
x
=
və ya
0
max
2
f
t
n
x
=
.
Böyük
zaman
intervalları
sahəsində
ölçmə
diapazonunu genişləndirmək üçün STİG-nin tezliyini
0
f
azaltmaq lazımdır ki, o, da tezlik bölücülərinin köməyi ilə
həyata keçirilə bilər.
Zaman intervalı azaldılarkən kvantlama xətası artır.
Ona görə də ölçmələrin aşağı həddini kvantlamanın verilmiş
buraxılabilən xətasında təyin etmək olar, %:
max
0
.
.
100
x
b
b
f
f
±
=
δ
.
Buradan alırıq ki:
.
.
0
max
100
b
b
x
f
t
δ
=
.
Kiçik qiymətlər sahəsində ölçmə diapazonunu
genişləndirmək üçün STİG-nin tezliyini
0
f
artırmaq tələb
210
olunur. Bu isə istifadə edilən element bazasının cəld
işləməsi ilə məhdudlaşır.
Orta qiymə t tezlikölçə ni. Tezlikölçənin iş prinsipi
xronometrin qurulma prinsipinə uyğun gəlir. Fərq ondadır
ki, ölçülən tezliyin impulslarının hesablandığı zaman
intervalı qeyd edilir. Əgər impuls ardıcıllığının tezliyi
ölçülərsə, onda çevirmənin nəticəsi N qeyd olunan
müddətdə
ö
t
impulsların sayını hesablamaq yolu ilə
müəyyənləşdirilir. Bu zaman impulsların sayı
ö
t
f
N =
,
səviyyəyə görə kvant
ö
t
N
f
q
1
=
=
.
ö
t
müddətində
impulsların tezliyi dəyişərkən, çevirmənin nəticəsi
bərabərdir:
ö
or
t
f
N =
, burada
or
f
-
ö
t
müddətində tezliyin
orta qiymətidir.
Şə
k. 6.7-də tezlikölçənin struktur sxemi verilmişdir və
buraya aşağıdakılar daxildir: F - impulslar formalaşdıran;
VUİG - verilən uzunluqlu
ö
t
impuls generatoru; VƏ -
məntiqi VƏ funksiyasını reallaşdıran sxem; İS - çıxışından
N nəticə kodu götürülən impulslar sayğacı. Formalaşdırıcı F
giriş siqnalını eyni tezlikli impuls ardıcıllığına çevirmək
üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Şə
k. 6.7. Rəqəmsal tezlikölçənin struktur sxemi
Tezlikölçənin xətası kvantlama xətası ilə aləti xətanın
toplanmasından ibarətdir. Kvantlama xətasının mütləq
qiyməti:
ö
t
1
±
, nisbi qiyməti, %:
x
ö
kv
f
t
100
±
=
δ
.
211
Aləti xəta VUİG-nin qeyri-stabilliyindən irəli gəlir.
VUİG qurularkən kvars rezonatoru əsasında hazırlanan
generatordan istifadə edildikdə
ö
t
zaman intervalının qeyri-
dəqiq formalaşmasından yaranan xətanı nəzərə almamaq
olar və onda tezliyin ölçülməsinin xətası kvantlama xətasına
çevrilir. Kvantlama xətası müvafiq
ö
t
seçməklə azaldıla
bilər.
Ölçmənin yuxarı həddi
max
x
f
çıxış kodunun maksimal
qiyməti
ö
x
x
t
f
N
max
max
=
ilə müəyyən edilir. O, dərəcələr
sayından n asılı, RÖC üçün
n
10 -ə, ARÇ üçün
n
2
-ə bərabər
olan İS-in tutumu ilə məhdudlaşır. Buradan alırıq
ö
n
x
t
f
10
max
=
, yaxud
ö
n
x
t
f
2
max
=
.
Ölçmələrin
aşağı
həddi
kvantlama
xətasının
buraxılabilən qiyməti
.
.b
b
δ
ilə təyin edilir və
.
.
min
100
b
b
ö
x
t
f
δ
=
.
Kiçik
qiymətlər
sahəsində
ölçmə
diapozonunu
genişləndirmək üçün t
ö
zaman intervalını artırmaq lazımdır.
Bu isə tezlikölçənin cəld işləməsini aşağı salır. Belə
tezlikölçəndən yüksək tezlikləri ölçərkən istifadə etmək
məqsədəuyğundur.
6.4. Rəqəmsal voltmetrlər
Rəqəmsal voltmetrin (RV) ümumiləşdirilmiş struktur
sxemi şək. 6.8-də verilmişdir. Burada: MÇ - miqyas
çeviricisi; AÇ - dəyişən cərəyanı sabitə çevirən analoq
çeviricisi (olmaya da bilər); ATAS - aşağı tezlik analoq
süzgəci; ARÇ - analoq-rəqəmsal çeviricisi; HQ - hesablama
qurğusu; DŞ - deşifrator (kod çeviricisi); HRQ - hesabat
rəqəm qurğusu; NQD - nümunə qiymətlər dəsti; İQ -
212
idarəetmə qurğusu; GÇP – giriş - çıxış portu (EHM ilə
ə
laqəyə xidmət edir).
Şə
k. 6.8. Rəqəmsal voltmetrin struktur sxemi
Miqyas
çeviricisi
MÇ
ölçmənin
optimal
yarımdiapazonunu seçməyə imkan verir. Seçim ARÇ-də
çevirmə nəticələri ardıcıllığının və onun hasil etdiyi Dolma
siqnalının analizinə görə operator tərəfindən, yaxud
avtomatik olaraq həyata keçirilir. Analiz HQ və İQ bəndləri
ilə aparılır. Sonuncu bənd MÇ-nin zəruri ötürmə əmsalını
(k) qoyan siqnalları formalaşdırır. k dəfə dəyişdirilən giriş
təsiri AÇ bəndi ilə bu xarakteristikalardan birinə çevrilir:
təsiredici qiymət, ortadüzlənmiş, yaxud amplitud. Analoq
çeviriciləri əməliyyatı hersin hissələrindən gigaherslərə kimi
tezlik diapazonunda
(
)
%
25
01
,
0
−
diapazonda gətirilmiş
xəta ilə həyata keçirməyə qabildir. Xətanın ən kiçik
qiymətinə
Hs
5
10
10 −
tezlik diapazonunda nail olunur. Bu
halda süzgəc ATS AÇ çeviricisinin çıxış siqnalının
döyünməsini aradan qaldırır.
Hazırda axtarılan xarakteristikanın ARÇ-də çevirmə
nəticələri ardıcıllığına görə analoq çeviricilərinin köməyi ilə
yox, hesablamalar yolu ilə təyini ənənəsi mövcuddur. Bu,
cihazın imkanını genişləndirir: hesablama qurğusunun HQ iş
proqramının dəyişdirilməsi giriş kəmiyyətinin müxtəlif
xarakteristikalarını ölçməyə imkan verir.
Tezliklərin işçi diapazonunun yuxarı sərhəddini
y
f
aşan tezliklərə malik normal növ maneələrin ölçmə
nəticələrinə təsiri analoq ATS ilə aradan qaldırılır. Onun
213
buraxılış zolağının yuxarı sərhəddi iki bərabərsizliklə
müəyyənləşir:
G
y
f
f <
və
2
D
G
F
f <
,
burada
D
F
- siqnalın ARÇ ilə həyata keçirilən zaman
ə
rzində diskretlənmə tezliyidir.
Birinci bərabərsizlik buraxılabilən dinamik xətanın
(birinci növ) hədləri ilə real analoq süzgəcinin
xarakteristikasını bir-birinə bağlayır, ikincisi isə hesabatlar
teoreminin (Kotelnikov teoremi) şərtinə uyğun gəlir və ilkin
siqnalın diskret qiymətlərinə görə birqiymətli bərpasının
mümkünlüyünü təyin edir.
G
t
sərhəddinin belə seçilməsi
diskretlənmə prosesinin törətdiyi stroboskopik effekt
səbəbindən yaranan yüksək tezlikli maneənin ARÇ
çevirməsinin nəticəsinə təsirini azaldır. Səviyyəyə görə
kvantlamanı müşayət edən xarici maneələrin və küyün
təsirinin sonrakı azalması aşağı tezlik rəqəm süzgəcinin
(ATRS) tətbiqi ilə əldə edilir. O, hesablama qurğusunda HQ
realizə olunur. ATRS stroboskopik effektin nəticələrini
aradan qaldırmır.
HQ bəndinin funksiyalarından biri, əgər bu funksiya
tez-tez ARÇ-də quraşdırılan əlavə qovşaqla analoq üsulu ilə
həyata
keçirilmirsə,
çevirmə
nəticələrinin
rəqəm
korreksiyasıdır. Korreksiyaya zərurət analoq bəndlərdə
ötürmə əmsallarının qeyri-stabilliyi və sıfırın sürüşməsi (və
onun temperatur dreyfi) ilə yaranır. Korrektəedici qiymətləri
təyin etmək üçün periodik olaraq zaman intervalı ayrılır və
bu interval ərzində giriş kəmiyyəti əvəzinə NQD dəstindən
nümunə qiymətlər qoşulur.
Miqyas çeviricisi MÇ giriş bölücüsü GB və diferensial
gücləndiricidən DG (şəkil 6.8-də göstərilməyib) ibarətdir.
Sabit cərəyan RV-nin giriş müqaviməti 20 V-dan yuxarı
yarımdiapazonlar üçün GB ilə təyin edilir və 10 MOm təşkil
edir. 20 V-dək yarımdiapazonlar üçün giriş müqaviməti, bir
214
qayda olaraq, DG ilə təmin olunur və 10 GOm-a və daha
böyük qiymətə çata bilər. Diferensial gücləndirici DG
obyektə üçnaqilli qoşulma sxemindən istifadə etdikdə
ümumi növ maneələrin təsirini aşağı salır. Dəyişən cərəyan
RV aşağı tezliklərdə 10 MOm giriş müqavimətinə və
pF
50
20 −
giriş tutumuna malik olur. Rəqəmsal
voltmetrlər əsasında multimetrlər yaradılır.
6.5. Analoq-rəqəmsal çeviriciləri
6.5.1. Ardıcıl sayma çeviriciləri
Tsiklik işləyən ARÇ. Bu çeviricilərdə giriş kəmiyyəti
x
U
məlum kəmiyyətlə
U
k
U
k
∆
=
ardıcıl müqayisə edilir,
burada
k
- müqayisənin sıra nömrəsi (
n
k
,
...
,
1
,
0
=
);
U
∆
-
ölçünün
(kvantlama
addımının)
qiymətidir.
k
x
U
U =
bərabərliyi ödənən müqayisə çevirmə tsiklini bitirir,
onun nömrəsi
k
isə nəticəni müəyyənləşdirir (şəkil 6.9, a-
da
5
=
k
).
U
n
U
x
∆
=
olduqda
nəticənin
xətası
[
)
U
U
x
∆
∈
∆
...;
;
0
olur.
Çeviricinin sxemi şək. 6.9, b-də verilmişdir.
Qurğunun işi işəsalma impulsunun verilməsi ilə
başlayır. O, kvantlama səviyyələri
k
U
generatorunu (KSG)
və təkrar-sayma qurğusunu TQ müvafiq başlanğıc vəziyyətə
(
0
=
k
U
və
0
=
Kod
) çevirir, triggerin T
g
çıxışında isə açarı
A açan siqnalı qoyur. İmpulslar generatorundan İG
impulslar KSG və TQ qovşaqlarına daxil olmağa başlayır.
Hər bir impulsun gəlməsi ilə
k
U
-nın qiyməti
U
∆
qədər
215
artır, kodun qiyməti isə 1qədər çoxalır.
x
k
U
U >
qiymətinə
çatdıqda müqayisə qurğusu MQ triggeri T
g
ilkin vəziyyətə
qaytaran Stop-impuls hasil edir. Triggerin çıxış siqnalı açarı
A bağlayır. KSG və TQ qovşaqlarına impulsların daxil
olmasının kəsilməsi ilə çevirmə tsikli sona çatır. TQ
çıxışında nəticənin kodu
U
U
U
U
N
x
k
x
∆
≈
∆
=
hazır olur.
Şə
k 6.9. Müqayisə prosesinin diaqramı ( a) və ardıcıl
sayma çeviricisinin sxemi (b)
Xətaların (statik) tərkib hissələri:
U
∆
ölçüsündən
asılı olan diskretlik xətası; kvantlama səviyyələrinin
k
U
generasiya xətası; MQ-nin həssaslıq həddindən irəli gələn
xəta.
Çevirmə müddəti kvantlama səviyyələrinin sayından n
və impulslar generatorunun İG siqnalının periodundan T
asılıdır. T qiyməti KSG-nin (ən ətalətli qovşağın) çıxışında
kvantlama səviyyələrinin dəyişməsi keçid prosesinin
uzunluğundan az olmamalıdır. T periodunun qeyri-stabilliyi
çevirmənin
nəticəsinə
təsir
etmir.
Bu
qurğunun
üstünlüyüdür.
İ
Dostları ilə paylaş: |