Измерение частоты следования импульсов электрических сигналов методом совпадения

• Автор: Лаптев, Дмитрий Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Аналоговые и цифровые способы измерния частоты
1.1 Аналоговые способы измерения частоты
1.2 Цифровые способы измерения частоты
1.2.1 Измерение частоты за целое число периодов образцовой частоты
1.2.2 Измерение частоты за целое число периодов измеряемой частоты
1.3 Методы уменьшения погрешности дискретизации при измерении частоты цифровыми способами
1.3.1 Определение частоты на основе мгновенных значений сигнала
1.3.2 Уточнение с помощью текущего усреднения результата измерения
1.3.3 Умножители частоты
1.3.4 Метод синхронизации начала измерительного и образцового интервала
1.3.5 Растягивание остаточного интервала времени
1.3.6 Метод поразрядной оценки
1.3.7 Нониусный метод
1.3.8 Метод задержанных совпадений
1.3.9 Метод измерения частоты с помощью цепных дробей
1.3.10 Метод совпадения
1.4 Выводы
2 Статистическое моделирование измерния частоты методом совпадения
2.1 Описание модели статистических испытаний измерения частоты методом совпадения
2.2 Описание статистического моделирования измерения частоты методом совпадения
2.2.1 Влияние объема выборки на результаты моделирования
2.2.2 Влияние разрядности случайных чисел на результаты моделирования..
2.3 Оценка времени измерения частоты методом совпадения на основе результатов статистического моделирования
2.3.1 Влияние точности формирования скважности импульсов на погрешность и время измерения частоты
2.4 Сравнение по быстродействию методов прямого счета с методом совпадения на основе результатов статистического моделирования
2.4.1 Влияние отношения измеряемой и образцовой частот на быстродействие измерения частоты
2.4.2 Влияние частоты образцового генератора на время измерения частоты методом совпадения
2.5 Выводы
3 Вероятностная модель измерения частоты методом совпадения
3.1 Описание вероятностной модели измерения частоты методом совпадения
3.2 Вероятностная оценка времени измерения частоты методом совпадения
3.3 Сравнение по быстродействию методов прямого счета с методом совпадения на основе вероятностных оценок
3.3.1 Аналитическое выражение значения оптимальной скважности
3.4 Сравнение результатов статистического моделирования и вероятностной оценки
3.5 Выводы
4 Макетирование частотомеров
4.1 Частотомер с автоматическим выбором режима прямого счета
4.2 Частотомер, реализующий измерение частоты методом совпадения
4.3 Частотомер, осуществляющий измерение частоты методом совпадения и методами прямого счета
4.4 Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение А. Результаты статистического моделирования
Приложение Б. Результаты вероятностного моделирования
Приложение В. Акты внедрения результатов научной работы
Приложение Г. Патенты
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы.
Измерение частоты широко используется в радиотехнике, связи, навигации, телекоммуникации и т.д. Измерение частоты это одно из наиболее точных измерений на данный момент, т.к. существуют высокоточные стандарты частоты (нестабильность частоты 10'9-10'13) [104, с. 325]. Частотные сигналы обладают хорошей помехозащищенностью и измерения выполняются с получением результата в дискретной форме [41, с. 197]. Это способствует широкому применению частотных сигналов и цифровых частотомеров. Задача быстрого и точного измерения частоты особенно актуальна при построении информационноизмерительных систем на основе датчиков с частотными выходами [85, с. 40, 92, с. 12], при использовании унифицированных преобразователей аналоговых величин в частоту [71, 104, с. 499], а также в приборостроительном производстве, например, приборов учета энергоресурсов и расходомеров [15, 24]. Основной задачей решаемой информационно измерительными системами является автоматизация процесса сбора и обработки измерительной информации, а в случае управляющих систем, также выдача управляющего воздействия на объект регулирования [87, 98].
При построении современных частотомеров наибольшее распространение получили методы измерения частоты прямого счета. Существует два режима работы таких частотомеров: в первом режиме за целое число периодов образцовой частоты подсчитывают число периодов измеряемой частоты; во втором режиме за целое число периодов измеряемой частоты подсчитывают число периодов образцовой частоты. Абсолютная максимальная методическая погрешность дискретизации по модулю в первом случае равна периоду измеряемой частоты, во втором случае периоду образцовой частоты.
С целью уменьшения абсолютной и относительной максимальной методической погрешности дискретизации разработано множество методов и

1.3.9 Метод измерения частоты с помощью цепных дробей
Способ измерения частоты отличается от метода прямого счета тем, что, подсчитывают число периодов образцовой частоты, за каждый период измеряемой частоты и получают соответствующие коды, которые последовательно запоминают без изменения порядка их появления, получая исходную последовательность кодов, которую анализируют. Анализ выполняется следующим образом, определяют коэффициенты цепной дроби отношения периода образцовой частоты к периоду измеряемой частоты, начиная с нулевого коэффициента. После определения очередных кодов коэффициента цепной дроби а; и знаменателя цепной дроби вычисляют код знаменателя цепной дроби ср, значение подходящей цепной дроби отношения периода образцовой частоты к периоду измеряемой частоты под номером / и относительную максимальную погрешность измерения отношения периода образцовой частоты к периоду измеряемой частоты [80]. При этом уравнение преобразования задается выражением
где - «-ая подходящая цепная дробь, описывающая отношение периода образцовой частоты к периоду измеряемой частоты; п - номер подходящей дроби; рп - числитель л-ой подходящей дроби, описывающей отношение периода образцовой частоты к периоду измеряемой частоты; цп - знаменатель «-ой подходящей дроби, описывающей отношение периода образцовой частоты к периоду измеряемой частоты, ап, а„_,, ап_2 - коэффициенты цепной дроби «, «-1 и л-2 порядка, соответственно; рп, рп_{, рп_2 - числители цепных дробей л, л-1 и п-2 порядка, соответственно; qn, qn_^, qn_2 - знаменатели цепных дробей п, л -1 и п - 2 порядка, соответственно.
Значение знаменателя и числителя вычисляются исходя из выражений рп = Рп~1 • ап + Рп-2 Н с1п ~ Чп-' ап + с1п~2 > соответственно. Кроме того, задаются