5. Cyfrowy pomiar okresu i częstotliwości - zasada pomiaru

5. Cyfrowy pomiar okresu i częstotliwości - zasada pomiaru, źródła błędów
Pomiar okresu (metodą cyfrową)
Rys. 5.1. Zasada pomiaru okresu metodą cyfrową: a) schemat blokowy; b) przebiegi napięd w poszczególnych
punktach układu
W układzie tym, badany przebieg przetwarzany jest na sygnał impulsowy, w którym czas każdego impulsu jest równy
okresowi TX przebiegu badanego. Impuls ten otwiera bramkę na czas pomiaru. W czasie, gdy bramka jest otwarta,
zliczane są impulsy z generatora wzorcowego o częstotliwości fW = 1 / TW.
W czasie pomiaru licznik zliczy N = TX / TW impulsów, a stąd wartośd zmierzonego okresu wynosi:
Pomiar częstotliwości (metodą cyfrową)
Rys. 5.2. Zasada pomiaru częstotliwości metodą cyfrową: a) schemat blokowy; b) przebiegi napięd w poszczególnych
punktach układu
W układzie tym, badany przebieg o częstotliwości fX przetwarzany jest w układzie formującym na przebieg
impulsowy o takiej samej częstotliwości. Generator wzorcowego odcinka czasu wytwarza impuls o czasie trwania T N
otwierający bramkę na czas pomiaru.
W czasie, gdy bramka jest otwarta, licznik zliczy N = TN / TX impulsów, a ponieważ fX = 1 / TX, zmierzona częstotliwośd
wynosi:
LEGENDA: (UF – układ formujący, B – układ bramkujący, GW – generator wzorcowego odcinka czasu,
L – licznik, W – wskaźnik cyfrowy)
Główne źródła błędów w cyfrowych pomiarach częstotliwości to:
a) BŁĄD ZLICZANIA (kwantowania) – występuje, gdy długośd impulsów bramkujących nie jest całkowitą
wielokrotnością zliczanych okresów. W takim wypadku liczba zliczonych impulsów uzależniona jest od położenia
impulsu bramkującego.
Rys. 5.3. Ilustracja błędu zliczania
Rys. 5.3. przedstawia zliczanie impulsów przebiegu Ug bramkowanego impulsem Ub’ i Ub’’. Mimo, że długośd
impulsów bramkujących jest jednakowa, liczba zliczonych impulsów jest różna. Różnica stanowiąca błąd zliczania jest
nie większa niż 1. Względny błąd zliczania jest nie większy niż odwrotnośd liczby zliczonych impulsów 1/N.
b) BŁĄD CZĘSTOTLIWOŚCI GENERATORA WZORCOWEGO – częstotliwośd ta może odbiegad od częstotliwości
znamionowej, może również zmieniad się w czasie pracy, np. w wyniku wahao temperatury lub starzenia
elementów. Błąd ten zwykle nie przekracza wartości kilku dziesięciotysięcznych %.
c) BŁĄD BRAMKOWANIA – wynika z różnicy opóźnienia między zboczem narastającym i opadającym impulsu
bramkującego. Różnica ta powoduje różnicę w opóźnieniu chwili otwarcia i zamknięcia bramki. Błąd ten jest
spowodowany również zakłóceniami występującymi w badanym przebiegu. Zakłócenia te mogą byd przyczyną
wcześniejszego lub późniejszego otwarcia bramki (rys. 5.4.).
Rys. 5.4. Ilustracja błędu bramkowania
Zwykle błędy częstotliwości generatora wzorcowego i błędy bramkowania są pomijalnie małe w porównaniu z
błędem zliczania.
Błąd pomiaru częstotliwości metodą cyfrową można zmniejszyd przez wydłużenie czasu pomiaru, natomiast błąd
pomiaru okresu przez zwiększenie liczby okresów, w czasie którym zliczane są okresy sygnału z generatora
wzorcowego i wyznaczenie okresu średniego. Należy jednak pamiętad, że w wyniku pomiaru otrzymujemy wartośd
średnią, dlatego w przypadku, gdy badana częstotliwośd zmienia się w czasie pomiaru, przy długim czasie pomiaru
wynik może znacznie odbiegad od wartości chwilowej w chwili uzyskania wyniku.
Źródła:
 MIERNICTWO ELEKTRYCZNE – Rysiu Roskosz (rozdział 9 – Pomiary częstotliwości – Świsulski)