Číslicové měření kmitočtu Lubomír Slavík TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií
Materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/07.0247) Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
Číslicové měření kmitočtu Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Obsah přednášky základní definice zdroje etalonového kmitočtu analogové měření kmitočtu číslicové měření kmitočtu měření pomocí čítače měření pomocí doby periody měření z ovzorkovaného průběhu měření fázového rozdílu měření pomocí osciloskopu elektronické fázoměry číslicové fázoměry nabízené přístroje na trhu
Číslicové měření kmitočtu Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Měření kmitočtu Zdroje etalonového kmitočtu jednotka času 1s – definována jako doba trvání n‐period záření … základní etalon – cesiový rezonátor (stabilita 10‐14/rok) sekundární etalony: termostatované krystalem řízené oscilátory (10‐9/rok)
Měření kmitočtu osciloskopem srovnávací metoda v režimu x‐y pro celistvý poměr kmitočtů (Lissajousovy obrazce) přímé měření osciloskopem: fx=1/T – orientační a málo přesná hodnota
Elektronický analogový kmitoměr
Vibrační kmitoměr
Číslicové měření kmitočtu Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Číslicové měření kmitočtu Měření pomocí čítače čítač v režimu měření frekvence: VD … vstupní dělič PZ … předzesilovač TO … tvarovací obvod H … hradlo (např. 1s) KO … krystalový oscilátor
fx
měřená frekvence:
1 ' f x rozlišení: TN
T
N
N TN
D … dělička kde N je počet načítaných pulzů po dobu TN
1s ' f x 1Hz
režim přímého měření je vhodný pro fx > 10kHz
nevhodně nastavená úroveň spuštění může u signálů se zákmity vést k hrubých chybám měření je třeba nejdříve určit orientačně frekvenci osciloskopem
Číslicové měření kmitočtu Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Měření pomocí doby periody VD … vstupní dělič PZ … předzesilovač OUS … tvarovací obvod H … hradlo (např. 1s) KO … krystalový oscilátor D … dělička měřená perioda:
rozlišení:
Tx NTN 'Tx
N fN
1 fN
vzniká navíc chyba vlivem kolísání komparační úrovně na hradle (šum na signálu) lze odstranit průměrováním (měřením n period)
fx
1 Tx
kde N je počet načítaných pulzů po dobu TX
režim přepočtu z doby periody je vhodný pro fx < 10kHz
Číslicové měření kmitočtu Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Měření kmitočtu z ovzorkovaného průběhu např. osciloskop s číslicovou pamětí
T k 2 k1 TS kde k1 – číslo vzorku po 1. průchodu signálu u nulou k2 – číslo vzorku po 2. průchodu signálu u nulou (se stejnou derivací)
zpřesnění – t1, t2 lze určit např. interpolací
Číslicové měření kmitočtu Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Měření fázového rozdílu Měření pomocí osciloskopu v režimu x‐y
dvoukanálovým osciloskopem v časové oblasti
Číslicové měření kmitočtu Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
princip:
Elektronické fázoměry TO … tvarovací obvod MKO … monostabilní klopný obvod BKO … bistabilní klopný obvod
Vyhodnocení: analogové – měření stř. hodnoty
čítačem – nutno měřit t0 , T + výpočet
Číslicové měření kmitočtu Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
měření pomocí čítače
Číslicový fázoměr
N … měřená fáze (počet měřených pulzů) kD … konstanta ve stupních kN = 360 kD … násobící konstanta obvodu s fázovým závěsem, který násobí frekvenci f vstupního signálu
Číslicové měření kmitočtu Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření
Další možnosti měření vektorvoltmetrem – 1.signál + 2.signál Ux při měření výkonů: cos = P/S z ovzorkovaného průběhu (např. čísl. osciloskop): k1 – číslo vzorku po 1. průchodu signálu u1 nulou k2 – číslo vzorku po 1. průchodu signálu u2 nulou (se stejnou derivací) k3 – číslo vzorku po 2. průchodu signálu u1 nulou (se stejnou derivací)
T k3 k1 TS t0 k 2 k1 TS t0 k 2 k1 2 2 T k3 k1 Zpřesnění: t1, t2, t3 lze určit lin. interpolací