检测系统数字化测试技术 教学课件 作者 姚敏第十章 10.准数字信号的数字.ppt

* * 第十章 准数字信号的数字转换 * * 10.1准数字信号 准数字信号是一类介于模拟量与数字量之间的物理量，准数字信号有： 频率信号 周期信号 相位信号 脉冲宽度信号 时间间隔信号 * * 准数字信号输出 目前已得到广泛使用的准数字信号输出的传感器有各类谐振式传感器，如振筒式压力传感器、石英谐振式压力传感器、石英谐振式温度传感器等等；还有各类转速传感器，如磁电式或光电式转速传感器，涡轮流量传感器等等。另外，还有一大类能输出准数字量信号的传感器是利用电路技术将一次变换得出的电学量参数转换成准数字量。例如，利用各种V／f转换器、RC振荡器、波形发生器等电路把电压、电阻、电容等参数转换成频率或周期信号输出。 * * 10.2 频率／数字转换 所谓频率，就是指周期性变化量在1s时间内的重复次数，以赫兹（Hz）为单位。根据其定义就可得出测量或转换频率信号的方法。 * * 频率／数字转换原理图 * * 工作原理 控制门的每次开放时间τ是个确定值，而且要求精确、稳定。它一般是由石英晶体振荡器产生的标频，经合适的分频器分频后得到。τ的值可以是1s或0.1s、10s等十进制数，也可以按显示值要求选取任意数值。因此，在被转换的输入频率fi作用下： * * 说明： 测频的精度决定于标频的稳定性。数字分频器是不会产生误差的。由于石英晶体振荡器所产生的标频稳定性很好，普通型的晶体振荡器稳定性可达到10-5～10-7/天 ，带有恒温设施的精密晶振稳定性可达10-8～10-10/年。所以，可以说频率信号是最容易实现高精度测量的参数之一。 * * 测频系统的量化误差 连续的模拟量转换成离散的数字量，总不免存在着量化误差，测频系统得出的结果数据中也不例外地包含着量化误差。通常其量化误差为±1LSB。 * * 测频系统的量化误差 τ 4个计数脉冲 τ≈4T * * 测频系统的量化误差 τ 5个计数脉冲(+1LSB) τ≈4T 挤进来一个脉冲 * * 测频系统的量化误差 τ 3个计数脉冲(-1LSB) τ≈4T * * 10.3 周期、脉宽及时间间隔／数字转换 基本周期测量电路 * * 基本周期测量电路 * * 基本周期测量电路 基本周期测量电路的组成结构如图5-12所示，它刚好与测频系统相反，把被测周期信号Ti 经整形、放大与T’触发器（计数触发器）处理后，变成开门信号τ，控制G门的开放，在G门一次开放期间，允许通过的计数脉冲（或称时标脉冲）之个数为: * * 基本周期测量电路 测量周期的精度决定于fcp的精度与稳定性。另外，它也存在着±1LSB的量化误差。 * * 提高周期测量分辨率的办法 其一是提高时钟频率fcp，让与周期相对应的开门时间内有更多的计数脉冲进入计数器计数； 其二是利用分频器按确定的倍数扩展开门时间，测若干个同期的平均值，这两种方法都有其实用性和限度，前者受时钟频率的高限所限制，后者受输出数据刷新速率低限所限制。 * * 周期倍率扩展 采用周期倍率扩展开门时间的办法往往适用于测量中、高音频区的周期信号，例如振筒压力传感器的输出信号（fcp约5kHz）。电路（见下图）中T‘触发器输出的开门时间τ是被测周期Ti 的2m倍或10r倍，m是二分频器的级数，r是10分频器的级数，在目视仪表系统中，要求显示十进制数、分频器和计数器应采用二一十进制类型，周期倍率取十进制数10r。 * * 周期倍率扩展 * * 周期倍率扩展 注意：电路输出数码（与nx 对应）是被测周期与扩展倍数2m 或10r的乘积。 或: * * 周期倍率扩展 在十进制数字显示的目视仪表系统中，由于采用的周期倍率为10r?，因此只要把显示器的小数点向左移动r位即可直接显示出Ti 值。在二进制的T／D转换系统中，除2m的运算同样可以用小数点左移m次的办法得出结果，不过更为常见的是在总标度系统数计算中，把2m作为比例因子来考虑。 * * 周期性脉冲宽度测量 周期性脉冲宽度信号的测量与周期测量并无实质性区别．如果把图9一4中的T触发器删去，该系统就可以用来测量或转换脉宽，控制门开放时间τ与脉宽相等。 * * 两路脉冲间隔时间的测量 测量两路脉冲间隔时间的电路组成也可根据图9一3推出，（如下图所示）。两路输入脉冲经放大与整形处理后，触发基本R一S触发器，使两脉冲间隔时间转换成脉冲宽度、τ＝ti。之后就与测量开门时间τ的方法完全一致了。输出数据 * * 两路脉冲间隔时间的测量电路 * * 10.4频率比fB / fA测量 频率输出的传感器，其传递特性往往表现为输出频率与中心频率（零输入频率）之比值与被测参数成线性或者确定的函数关系，因此，测定频率比有时可得到比测定频率更直接的结果。 * * 频率比fB / fA测量 * * 频率比fB / fA测