LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Електроніка. Обчислювальна техніка → Цифрові фазочастотні вимірювачі девіації частоти із підвищеними швидкодією та точністю

вимірюванні ФЦ та КФЗ із наступним об'єднанням значень незалежних вимірювань.

При вимірюванні ПФЗ обраним методом основними вхідними пристроями вимірювача є імпульсний формувач, пристрій захисту від завад та квадратурний фазорозщіплювач. Проведено аналіз методів побудови вхідних пристроїв, визначені можливості їх використання у фазочастотних вимірювачах ДЧ.

В другому розділі проведено дослідження фазочастотних моделей вимірювання параметрів сигналів із кутовою модуляцією.

В умовах вимірювання ДЧ гармонічного сигналу модель вимірювального перетворення визначається за:

, (2)

де - коефіцієнт, що залежить від форми МДС та інтервалу вимірювання; F =1/T - значення частоти МДС.

Найбільш висока швидкодія вимірювання ДЧ реалізується за інтервал часу у чверть періоду МДС при значенні часу початку вимірювання, що співпадає із нуль-перетинами функції МДС. За таких умов для гармонічного сигналу коефіцієнт =1, але визначити із високою точністю момент зупинки КФ Тк= Т/4 при нульовій крутизні МДС у цій точці неможливо, що призводить до додаткових старт-стопових та інших похибок. Розширивши діапазон вимірювання до [0,T/2] (=0,5) сигнали керування формуються у точках максимальної крутизни, а ДЧ визначається як:

(3)

де b -індекс кутової модуляції.

Відомо, що вимірювання КФЗ має сенс лише при однаковості частот вимірювального та опорного коливань. За обраним методом незалежних вимірювань коректні показники фазометричної схеми КФ при вимірюванні ДЧ можливі лише для інтервалів часу, що безпосередньо межують із точками нуль-перетинів МДС. Запропоновано використовувати в якості вимірювачів КФЗ цифрові миттєві фазометри (ЦФМ).

Проведено дослідження можливостей застосування запропонованого методу визначення ПФЗ у вимірювачах ДЧ. Встановлено, що при застосуванні КФ у вимірювачі ДЧ існує певна методична межа для швидкості зміни КФЗ за період опорного коливання: . Це накладає певні обмеження на значення ДЧ: fД

Проведено порівняльний аналіз фазочастотних методів вимірювання та методів на основі ЕЛЧ. Показано, що основними складовими похибок вимірювання фазочастотними методами є похибка вимірювання ПФЗ (dв) та похибка затримки (dз), при цьому сумарну похибку можливо оцінювати як:

,

де NД - кількість рівнів квантування при вимірюванні КФЗ, ТЗср - час затримки інтервалу вимірювання відносно нуль-перетинів МДС.

Оцінку сумарної методичної похибки для еквівалентних умов вимірювання гармонічного сигналу наведено на рис.2. На основі порівняльного аналізу зроблено висновки:

  • фазочастотні методи вимірювання ДЧ є узагальненням методу ЕЛЧ;

  • використання фазочастотних методів із точки зору сукупної похибки ефективно при індексах модуляції b<10...20;

  • при індексах модуляції b>20..50 фазочастотні методи практично еквівалентні методу ЕЛЧ;

  • використання фазочастотних методів за критерієм швидкодія - точність порівняно із методом ЕЛЧ ефективне при ТВИМ <100T.



Рис. 2. Графіки залежностей “сумарна методична похибка - кількість періодів вимірювання” для NД=64, Т=1мс, ТЗср=10нс


Розглянута можливість застосування фазочастотного методу вимірювання ДЧ для негармонічних законів модуляції: прямокутного та трикутного, показано, що для прямокутного закону фазочастотний метод еквівалентний методу ЕЛЧ, а при трикутному законі суттєво переважає його по точності та швидкості вимірювання.

На основі математичної моделі досліджено умови та механізм появи похибок неточності встановлення опорної частоти кумулятивного фазометра у складі фазочастотного вимірювача ДЧ. Для забезпечення мінімізації виявлених похибок запропоновано застосовувати, в рамках загального фазочастотного підходу, фазочастотний синтезатор.

Запропоновано структуру фазочастотного синтезатора із розширеними вдвічі можливостями керування частотою шляхом введення перехресних зворотних зв'язків, що і надало можливість отримати коефіцієнт ділення:

,

а також вказано на можливість її застосування для завдань девіометрії.

В третьому розділі проведено дослідження та розробку фазочастотного методу вимірювання ДЧ підвищеної швидкодії та точності, визначені основні джерела похибок та запропоновано методи їх зменшення, а також та основні вимоги до складових кумулятивного девіометра.

Обраний метод вимірювання ПФЗ вимагає застосування схеми лічби ФЦ, фазометра та пристрою узгодження їх показників вимірювання. Показано, що лічильник ФЦ є узагальненням частотоміра в рамках теорії фазочастотних вимірювань та перетворень та побудова девіометра тільки на його основі еквівалентна методу ЕЛЧ, для якого неодмінною умовою використання є b>>1. Крім того, значення ДЧ (b<1) при яких ПФЗ можливо вимірювати лише за допомогою визначення тільки КФЗ фазометром.

Таким чином виникає протиріччя, що вирішується запропонованим автором комбінованим способом (рис.3), згідно якого проводиться визначення кількості нулів перетвореного сигналу одночасно із вимірюванням миттєвої фази ЦФМ відносно опорної несучої частоти із наступним об'єднанням результатів обох вимірювань на початку та кінці циклу вимірювання, що кратний половині періоду МДС.

При використанні гармонічних вхідних сигналів та вимірюванні за час Т/2, на виході блоку узгодження (рис.3) фіксується ПФЗ

,

де j1, j2 - показники цифрового миттєвого фазометра (ЦМФ) на початку та наприкінці циклу вимірювання. У індикаторі, ДЧ розраховується за (3).



Рис. 3. Структурна схема фазочастотного девіометра

З метою покращання точності за умови збереження високої швидкодії модифіковано запропонований метод. Удосконалення полягає в проведенні АПЧ синтезатором безпосередньо перед вимірюванням ДЧ. В такому випадку (рис. 4) процес вимірювання складається із двох етапів: на першому етапі, внаслідок непарності характеристики регулювання за рахунок визначення ПФЗ на інтервалі [0,T], проходить визначення центральної частоти вхідного сигналу f0. При чому, для мінімізації загального часу вимірювання АПЧ зручно використовувати фазочастотні синтезатори, робота яких базується на штучному ефекті Доплера. В такому випадку, при нескладній апаратурній реалізації, кількість необхідних періодів МДС для АПЧ близько 10-12, що не суперечить загальному напрямку досліджень - збільшенні швидкодії; другий етап вимірювання аналогічний показаному на рис.1, він реалізується по закінченні першого етапу за умови DY=0 із заданою точністю.

Обґрунтована необхідність застосування ЦМФ у фазочастотних вимірювачах ДЧ. Проведено оптимізацію часу опосереднення при вимірюванні КФЗ за критерієм мінімальної похибки. Показано, що з точки зору мінімізації сукупної динамічної похибки і похибки квантування, кількість періодів опосереднення для гармонічного сигналу визначається як:

,

де fКВ - еквівалентна частота квантуючих імпульсів при вимірюванні КФЗ. Проаналізовано отриманий результат згідно діапазонних вимог вимірювання ДЧ, визначено, що статистичне опосереднення для покращання результатів вимірювання фазового зсуву в аспекті вимірювання ДЧ можливо застосовувати лише на протязі не більш як 2-3