Digital methods of measurements – task4_1 1 Los sistemas automatizados Módulo 4 - Métodos...

Digital methods of measurements – task4_11

Los sistemas automatizados

Módulo 4 - Métodos digitales de medición en el AS

Tarea 4.1. Métodos digitales de medición.ADC - tipos. El uso de microprocesadores (MP) en dispositivos de medición

Por Anton Petrov, La Universidad de Plovdiv, ECIT DepartrmentPor Anton Petrov, La Universidad de Plovdiv, ECIT Departrment


Temas principales1. Parámetros de las tensiones de CA

2. Voltímetros digitales (DVM) - Diagrama de bloques y clasificación

3. Convertidores analógico-digitales (ADC)

4. ADC con la conversión tiempo-pulso

5. ADC con la conversión de código-pulso

6. ADC con conversión de frecuencia-pulso

7. Paralelo (Flash) ADC. sub-ranging ADC

8. Sigma-delta ADC

9. La medición de intervalos de tiempo y frecuencia


Voltímetro digital (DVM)

Ambos voltajes de CA y CC pueden ser medidos por una DVM. El voltaje de corriente alterna puede convertirse en DC por un apropiado convertidor de entrada .

En la siguiente diapositiva se muestran algunos parámetros de tensión alterna.


Parámetros de las tensiones de ACParámetros de las tensiones de AC


Voltímetro digital (DVM) -diagrama de bloques


Comparación de Multimetro Digital y Analógico


DVM - clasificación

а) а) de acuerdo a su propósito de acuerdo a su propósito (tipo de tensión medida):(tipo de tensión medida):

Corriente continua;Corriente continua;

Corriente continuaCorriente continua y y Corriente alternaCorriente alterna (universal); (universal);

PulsoPulso..

b)b)De acuerdo con sus circuitosDe acuerdo con sus circuitos

Con Con lógica ;lógica ;

Con un Con un sistema de microprocesador sistema de microprocesador y el control del software.y el control del software.


DVM -clasificación ...

c) c) de acuerdo con el método de conversión analógico - digital de acuerdo con el método de conversión analógico - digital (tipo de ADC):(tipo de ADC):

- Con conversión Con conversión tiempo - pulso tiempo - pulso (la tensión se convierte en una (la tensión se convierte en una duración del pulsoduración del pulso):):

- Con Integración Con Integración simplesimple (con (con rampa simple rampa simple ADCADC) o ) o de tipo rampade tipo rampa DVM;DVM;

- Con integración Con integración dobledoble (con (con rampa doble rampa doble ADCADC))

- Con conversión Con conversión frecuencia - pulsofrecuencia - pulso (la tensión se convierte en un (la tensión se convierte en un pulso - frecuencia pulso - frecuencia):;):;

- Con conversión Con conversión código - pulso código - pulso ::

- Con Con equilibrio intensificado equilibrio intensificado ((concon escalón . rampa ADCescalón . rampa ADC));;

- Con Con aproximación sucesiva ADCaproximación sucesiva ADC (Dígito a dígito (Dígito a dígito "peso""peso" o o codificacióncodificación).).

- Con Con métodos combinadosmétodos combinados..

d)d)De acuerdo con el número de dígitosDe acuerdo con el número de dígitos con n = 3, 4, 5 y más.con n = 3, 4, 5 y más.


Conversión analógica a digital - 1


Conversión analógica a digital - 2


Convertidores analógico-digitales

Los convertidores analógico-digitales (ADC)se utilizan tanto como elementos constitutivos de DVM autónoma e independientemente como elementos de las vías de medición en AS

Sus características son definitivas para las cualidades de la DV y las mediciones en AS.

Las características más importantes de la ADC son las metrológicas. Pueden ser estáticas y dinámicas


Errores estáticos de ADC

1.1. Error de cuantificación Error de cuantificación (redondeo). También se llama (redondeo). También se llama ruido de cuantizaciónruido de cuantización.Se .Se define por el paso de cuantización es decir, por la clase de la ADC;define por el paso de cuantización es decir, por la clase de la ADC;

2.2. Error de resoluciónError de resolución.También depende de la etapa de cuantificación;.También depende de la etapa de cuantificación;

3.3. Error del cambio del valor cero Error del cambio del valor cero -caracteriza el desplazamiento paralelo de las -caracteriza el desplazamiento paralelo de las características de conversión (véase características de conversión (véase aa en la siguiente diapositiva); en la siguiente diapositiva);

4.4. Error del cambio del coeficiente de transmisiónError del cambio del coeficiente de transmisión (la rampa de las (la rampa de las características de conversión - ver características de conversión - ver bb););

5.5. Error de linealidadError de linealidad.A partir de la desviación de las características de conversión .A partir de la desviación de las características de conversión del ADC de la línea recta (véase del ADC de la línea recta (véase cc final final ee).).

6.6. Error de falta de sensibilidad Error de falta de sensibilidad en el comienzo de las características (véase en el comienzo de las características (véase dd). ).

7.7. Error de histéresis Error de histéresis de las características (véase de las características (véase FF).).

Los errores de 3 - 7 pertenecen a la Los errores de 3 - 7 pertenecen a la errores sistemáticos errores sistemáticos (Ver Tarea_3_1(Ver Tarea_3_1

y la siguiente diapositiva)y la siguiente diapositiva)


Sistemático de errores dispositivos de conversión

Los errores sistemáticos de cambio de las características de conversión


Cuantificación -ejemplo, con señal sinusoidal (diagrama de simulación)


Cuantificación - ejemplo, con señal sinusoidal (resultados de simulación con OrCAD)


Los errores de no linealidad


Características dinámicas de ADCCaracterísticas dinámicas de ADC

Frecuencia de discretización Frecuencia de discretización -número de conversiones por el ADC por segundo;-número de conversiones por el ADC por segundo;

Tiempo de conversión Tiempo de conversión -este es el intervalo de tiempo entre el inicio de la conversión -este es el intervalo de tiempo entre el inicio de la conversión en el ADC y la señal, que marca el final de la conversión;en el ADC y la señal, que marca el final de la conversión;

Tiempo de fijación Tiempo de fijación -que tiene sentido sólo en los casos de utilización de circuitos S / -que tiene sentido sólo en los casos de utilización de circuitos S / H;H;

Tiempo de apertura Tiempo de apertura -momento de indefinición (con disponibilidad de Circuitos de S / -momento de indefinición (con disponibilidad de Circuitos de S / H);H);

Rango dinámico de UвхRango dinámico de Uвх - de ella, así como de la etapa de cuantificación se define el - de ella, así como de la etapa de cuantificación se define el número de clases de la ADC. número de clases de la ADC.


Clasificación de ADCClasificación de ADC

De acuerdo con el procedimiento de conversiónDe acuerdo con el procedimiento de conversión::

- SerieSerie;;

- ParaleloParalelo;;

- Paralelo - serieParalelo - serie..

De acuerdo a su tiempo de conversiónDe acuerdo a su tiempo de conversión::

- Con Con baja velocidad de la acción baja velocidad de la acción (Tconv = 0.1 - 100 ms);(Tconv = 0.1 - 100 ms);

- Con Con velocidad media de la acción velocidad media de la acción (Tconv = 10 a 100 ms); (Tconv = 10 a 100 ms);

- Con Con alta velocidad de acción alta velocidad de acción (Tconv = 0,1 a 10 ms); (Tconv = 0,1 a 10 ms);

- Con Con super-alta velocidad de acción super-alta velocidad de acción (Tconv = 10 - 100 ns); (Tconv = 10 - 100 ns);

De acuerdo con el tipo de codificación De acuerdo con el tipo de codificación (Véase DVM - Clasificación - (Véase DVM - Clasificación - diapositiva 8). A continuación se añaden también un ADC sub-ranging y una diapositiva 8). A continuación se añaden también un ADC sub-ranging y una sigma-delta ADCsigma-delta ADC


DVM con convesión tiempo-pulso а) con una sola rampa ADC

Diagrama de bloques

Diagrama de tiempo


Ecuaciones


Errores de rampa simple de rampa simple DVM

Error de cuantificación (a discreción)Error de cuantificación (a discreción) - - depende m. El error relativo es depende m. El error relativo es 1 / m, lo 1 / m, lo que quiere decir, que m debe ser un número más grande, es decir, la frecuencia del que quiere decir, que m debe ser un número más grande, es decir, la frecuencia del generador debe ser mayor.generador debe ser mayor.

Error de la inestabilidad de la frecuencia del generadorError de la inestabilidad de la frecuencia del generador..Para reducir este tipo Para reducir este tipo de error, el generador debe ser estabilizado con cuarzo.de error, el generador debe ser estabilizado con cuarzo.

Error de la inestabilidad y debido de la constante de tiempoError de la inestabilidad y debido de la constante de tiempo ..Se puede Se puede expresar tanto en la forma de un cambio de la característica de conversión desde el punto expresar tanto en la forma de un cambio de la característica de conversión desde el punto cero y por el cambio de la rampa. Apenas se reduce considerablemente a medida que los cero y por el cambio de la rampa. Apenas se reduce considerablemente a medida que los elementos R y C con un nivel relativamente bajo de la precisión y la estabilidad (rara vez elementos R y C con un nivel relativamente bajo de la precisión y la estabilidad (rara vez por debajo por debajo 0,5-1%0,5-1%). ).

Errores adicionales Errores adicionales puede ocurrir a partir de la configuración inexacta y medir puede ocurrir a partir de la configuración inexacta y medir el intervalo de tiempo (debido a la inexactitud del comparador, el disparador, el el intervalo de tiempo (debido a la inexactitud del comparador, el disparador, el circuito AND y el generador);circuito AND y el generador);

VentajasVentajas de este tipo es su DVM de este tipo es su DVM aalta linealidadlta linealidad(la no linealidad está por debajo 10(la no linealidad está por debajo 10-6-6))


DVM rampa simple (simulación con OrCAD)


Rampa simple DVM -los resultados de la simulación DVM -los resultados de la simulación


b)DVM con doble rampa ADC - principio del trabajo b)DVM con doble rampa ADC - principio del trabajo

circuitoIntegrado


b)DVM doble rampa - diagrama de bloques

El principio de funcionamiento de este tipo DVM se muestra en la anterior diapositiva. El principio de funcionamiento de este tipo DVM se muestra en la anterior diapositiva.

La función del interruptor de aquí se lleva a cabo por un multiplexor analógico AMUX. La función del interruptor de aquí se lleva a cabo por un multiplexor analógico AMUX.

Aquí en Aquí en Fase 1Fase 1 (Intervalo de tiempo (Intervalo de tiempo TT), La unidad de control, a través de AMUX, incluye ), La unidad de control, a través de AMUX, incluye

VoutVout a la entrada del integrador (carga) y a la entrada del integrador (carga) y en la Fase 2 en la Fase 2 (Intervalo de tiempo (Intervalo de tiempo TxTx) Incluye ) Incluye

VrefVref a la misma entrada (descarga). El fin de la Fase 2 se determina por el detector de a la misma entrada (descarga). El fin de la Fase 2 se determina por el detector de

cruce por cero. cruce por cero.


DVM rampa doble - Diagramas de tiempo

El número de impulsos m1 define el intervalo T (fase 1). Es fijado y se mide por la unidad de control en la misma frecuencia que la del generador. Eso es lo que define el independencia de las lecturas del voltímetro en la frecuencia del generador (ver la siguiente diapositiva).

Durante fase 2 (Tx) el número de impulsos m2 es medido . Es variable y varía de acuerdo con el valor de la tensión medida.

27

Ecuaciones

De la fórmula se puede ver que la tensión medida De la fórmula se puede ver que la tensión medida no depende del período del generador no depende del período del generador TGen., TGen., la definición de la unidad de medición de tiempo la definición de la unidad de medición de tiempo ni de la constante de tiempo ni de la constante de tiempo = RC = RC,que ,que es es La principal ventaja de este tipo de DV La principal ventaja de este tipo de DV en comparación con el DV con solo la integración. en comparación con el DV con solo la integración.


Parámetros de DVM con doble rampa ADC

Ventajas:

- Alta precisión (0.01 - 0.5%);

- Independencia de la constante de tiempo y el periodo del generador, asegurar la estabilidad de los resultados en múltiples mediciones de un voltaje dado.

- Alta sensibilidad (До 1 mV);

- Alta estabilidad al ruido (en sincronización adecuada con la red). Atenuación 80 db sin filtro para perturbaciones estándar;

- Posibilidad para facilitar la medición de voltajes de polaridad diferente.

Inconveniente:

- Acción lenta - 10 a 400 ms para una medición.

La de doble rampa ADC se utiliza sólo en los voltímetros digitales


La obtención del resultado en el DVM de doble rampa


DVM con conversión de código de pulsoа) Con escalera de rampa ADC


Rampa Digital VS aproximación sucesiva


El error de este tipo de DVM El error de este tipo de DVM depende principalmente de la exactitud de la depende principalmente de la exactitud de la DAC y el comparadorDAC y el comparador y no depende de la frecuencia del generador o de otros y no depende de la frecuencia del generador o de otros factores. Permite lograr una precisión del orden factores. Permite lograr una precisión del orden 0,001% en el uso un DAC 0,001% en el uso un DAC exacta exacta

La sensibilidad también es alto y alcanza 10 La sensibilidad también es alto y alcanza 10 V. El método también se caracteriza V. El método también se caracteriza por una alta linealidad.por una alta linealidad.

Una desventaja principal de este tipo de DVM y DAC es el gran tiempo de la Una desventaja principal de este tipo de DVM y DAC es el gran tiempo de la conversión. El tiempo máximo de conversión se define por la siguiente conversión. El tiempo máximo de conversión se define por la siguiente dependencia:dependencia:

tconv.max = TGen. 2^ N

Ejemplo: con la resolución n = 10 -bits y Tgen. = 1Ejemplo: con la resolución n = 10 -bits y Tgen. = 1s el tiempo máximo de s el tiempo máximo de conversión será:conversión será:

tconv.max = 1,2 ^ 10 = 1024 s 1ms

32

Peculiaridades


Aproximación sucesiva ADC

El método se basa en la comparación de la tensión medida con una suma de una El método se basa en la comparación de la tensión medida con una suma de una

serie de voltajes estándar (referencia),cuya relación de pesos cambia por una serie de voltajes estándar (referencia),cuya relación de pesos cambia por una

cierta ley - en este caso por la ley de los números binarios, según la cual cierta ley - en este caso por la ley de los números binarios, según la cual cada cada

uno de los bits más significativos de peso tiene dos veces más grande que uno de los bits más significativos de peso tiene dos veces más grande que

el vecino bits menos significativos.el vecino bits menos significativos.

El número, que corresponde al conjunto de los voltajes estándar, por lo que la El número, que corresponde al conjunto de los voltajes estándar, por lo que la

tensión medida está equilibrada es el código digital de esta tensión. Los pesos de tensión medida está equilibrada es el código digital de esta tensión. Los pesos de

estos voltajes con un n-bit DAC son correspondientemente:estos voltajes con un n-bit DAC son correspondientemente:

0122n1-n 2,2,2,....,2,2

El principio de trabajo de este tipo de ADC se da en la siguiente diapositiva. El principio de trabajo de este tipo de ADC se da en la siguiente diapositiva.


Aproximación sucesiva ADC - diagrama de bloques


Algoritmo de aproximación

1.1. El bit mayor(más significativo) El bit mayor(más significativo) se conecta primero a la entrada del DAC se conecta primero a la entrada del DAC (D / A), cuyo peso es (D / A), cuyo peso es 2n-12n-1,es decir, el código digital es dado 1000 .... 0; ,es decir, el código digital es dado 1000 .... 0;

2.2. El voltaje estándar obtenido El voltaje estándar obtenido en la salida de la DAC en la salida de la DAC se compara se compara con la con la tensión medida;tensión medida;

3.3. Si Si VVDACDAC > V > VMEASMEAS este bit está excluidos y el próximo este bit está excluidos y el próximo en peso bit en peso bit se se

incluye incluye con un peso dos veces menor;con un peso dos veces menor;

4.4. Si Si VVDACDAC < V < VMEASMEAS el bit de estado incluido y el siguiente en el bit de peso el bit de estado incluido y el siguiente en el bit de peso

también se incluyetambién se incluye;;

5.5. La La siguiente comparación de Vsiguiente comparación de VDACDAC y V y VMEASMEAS se lleva a cabo y el proceso se lleva a cabo y el proceso

continúa como en los puntos 3 y 4 hasta que se utilizan todos los bits del continúa como en los puntos 3 y 4 hasta que se utilizan todos los bits del DAC y se alcanza el equilibrio mejor posible. DAC y se alcanza el equilibrio mejor posible.


Parámetros

Converison tiempo es fijo y la conversión se lleva a cabo se lleva a cabo sólo para n pulsos de reloj, sólo para n pulsos de reloj, pero no para 2^npero no para 2^n::

Si se utilizan los mismos parámetros que en el ejemplo anterior, obtenemos:Si se utilizan los mismos parámetros que en el ejemplo anterior, obtenemos:

La precisión se define principalmente por el CAD y su tensión de referencia, así como por el comparador.

El error de criterio depende en el número de bits de la DAC.

La linealidad diferencial es peor, pero la acción rápida es alta (sólo los ADC en paralelo son más rápidos, así como los que tienen la conversión combinada [pipeline]).

El resto de los parámetros son como lo son en el tipo anterior.

Rara vez son utilizados en voltímetros digitales, pero muy a menudo utilizado en la EA debido a su rápida acción.

Recientemente se producen como circuitos integrados, por el cual se consigue considerablemente mejor linealidad.

.nGENC TT

s101.10C T


DVM con conversión de frecuencia de pulso


U F convertidor

El así llamado El así llamado método de balanceo de carga método de balanceo de carga es ampliamente utilizado es ampliamente utilizado

- Uвх entra en RC integrador, cuya tensión de salida se compara en el comparador K con Uвх entra en RC integrador, cuya tensión de salida se compara en el comparador K con voltaje estable, por ejemplo, cero. voltaje estable, por ejemplo, cero.

- La salida del comparador está conectada a un mono-vibrador (MV), que se inicia a un nivel La salida del comparador está conectada a un mono-vibrador (MV), que se inicia a un nivel alto de la entrada. alto de la entrada.

- El MV produce un impulso T calibrado que convierte un interruptor, el envío de corriente I El MV produce un impulso T calibrado que convierte un interruptor, el envío de corriente I estable a la entrada inversora del integrador. estable a la entrada inversora del integrador.

- La cantidad de carga es:La cantidad de carga es:

- Q = I.T Q = I.T (1)(1)

- Después del final de T, la descarga se inicia en C por Uвх y el voltaje en el condensador se Después del final de T, la descarga se inicia en C por Uвх y el voltaje en el condensador se fuerza a cero. fuerza a cero.

- El valor de la tasa tomado durante el período Tх es la siguiente:El valor de la tasa tomado durante el período Tх es la siguiente:

(2)(2)

- Al igualar (1) y (2) obtenemosAl igualar (1) y (2) obtenemos

XTU

Q .R

.T.I INXININ

.KR.T.I

1.

1ININ UU

Tf

XX


UU f convertidor - diagrama de bloques f convertidor - diagrama de bloques


Paralelo (flash) ADCParalelo (flash) ADC

Ellos usan el principio de la comparación de la

tensión medida con 2n voltajes de referencia

por medio de 2n comparadores (para n-bit

ADC).

La conversión se lleva a cabo en un solo

contacto para cientos de décadas de nano-

segundos .La tensión de referencia es

suministrada por un divisor de resistencia.

Se obtiene un alto nivel en la salida de cada

comparador si el comparador ha cambiado, o,

bajo nivel, si no ha cambiado. El codificador a

menudo cuenta como uno de dos pasos.

El gran número de elementos y la difícil

realización de comparadores idénticos y

resistencias con alta exactitud y la alta no

linealidad diferencial son las desventajas de la

ADC en paralelo.

Mediante las tecnologías de modernos super rápido

paralelo ADC (ECL y CMOS) se realizan con buenos

parámetros de no linealidad y frecuencias de

discretización de más 100MHz.

3 -bits en paralelo ADC3 -bits en paralelo ADC


ADCs sub-ranging

Un sub-ranging ADC utiliza un menor número de comparadores que los ADC flash

paralelos. En lugar de utilizar un comparador por LSB como un convertidor de flash , una

sub-ranging ADC utiliza menos comparadores, consume menos energía, tiene menor

capacidad de entrada, y puede alcanzar resoluciones más altas.

Aunque no es tan rápido como un ADC en paralelo, uyn ADCs sub-ranging (también

llamado pipeline) puede digitalizar a velocidades superiores a 100 Mmuestras / s con una

resolución de 8 bits.

Se pueden resolver las señales de 16 bits a velocidades más lentas. ADCs sub-ranging a

menudo encuentran su uso en Equipos de prueba de RF, osciloscopio de digitalización

de baja velocidad, y PC de gama alta plug-in tarjetas digitalizadoras y Sistemas de

adquisición de datos en PC externos.


sub-ranging ADC - diagrama de bloquessub-ranging ADC - diagrama de bloques

La figura anterior muestra un diagrama de bloques de un ADC de 8 bits sub-ranging que utiliza dos etapas de 4 bits para digitalizar la señal de entrada analógica. La primera ADC convierte los 4 bits superiores, mientras que la segunda etapa convierte los 4 bits más bajos. Utiliza este diseño 30 comparadores (15 para cada ADC) en lugar de los 255 comparadores requeridos por un convertidor de flash de 8 bits.

Cuando el amplificador S / H almacena una muestra, 4 bits de flash ADC de la primera etapa digitaliza la señal y envía su salida a un convertidor digital-a-analógico de 4 bits (DAC). Un sumador, resta la salida del DAC de la tensión de entrada muestreada. Un amplificador aumenta la tensión analógica restante y lo envía a la siguiente etapa. A 12-bit sub-ranging ADC puede utilizar dos etapas de 6 bits, tres etapas de 4 bits, o cuatro etapas de 3 bits. ADCs sub-ranging generalmente, usa bits adicionales en las últimas etapas para corregir errores realizados en etapas anteriores.

http://www.e-insite.net/index.asp?layout=articlePrint&articleID=CA2 ...

http://www.e-insite.net/index.asp?layout=articlePrint&articleID=CA2


Sigma-delta ADCSigma-delta ADC

Muchas aplicaciones de medición no necesitan tasas posibles con convertidores paralelos o

sub-rango de alta conversión, pero las aplicaciones necesitan una resolución más exacta. ADC

sigma-delta puede obtener una resolución tan exacta como la de 24 bits y pueden obtener

una resolución a diferente velocidad. A 16 bits, puede obtener frecuencias de muestreo de

hasta unos 100 k muestras / s. En 24 bits, la velocidad de la ADC se reduce a alrededor de 100

muestras / s o más bajos, dependiendo del dispositivo.

ADC sigma-delta son útiles en digitalización de señales de audiofrecuencia. Los

encontrarás en algunos Sistemas de adquisición de datos en PC externos y en el equipo de

prueba de vibración. ADC sigma-delta también encuentran un amplio uso en sistemas y

aplicaciones de medición ,temperatura y pesaje, en los que no es necesario el muestreo de

alta velocidad, pero a menudo necesitan una solucion mas precisa de 16 bits. Muchos

registradores gráficos y registradores de datos también utilizan ADCs sigma-delta.

ADC sigma-delta es mucho más complejo que otros tipos de ADC.


Sigma-delta ADC - diagrama de bloquesSigma-delta ADC - diagrama de bloques

ADC sigma-delta utiliza un comparador y 1 bit DAC seguido por filtros digitales para eliminar las frecuencias no deseadas y para reducir la frecuencia de muestreo. La señal analógica sobremuestreada pasa por un integrador cuya salida conduce a un comparador (un 1-bit ADC) que, a su vez, impulsa un DAC de 1 bit en el bucle de realimentación. A través de una serie de iteraciones, el integrador, comparador, DAC, y el sumador producen un flujo de bits en serie que representa la tensión de entrada sobremuestreada.

Una vez digitalizada, la señal de sobremuestreo pasa a través de un filtro digital para eliminar componentes de frecuencia por encima de la frecuencia de Nyquist, y un se elimina los datos sobremuestreados. En un ADC con 128X sobremuestreados, se retendrá 1 bit por cada 128 bits que recibe. El resultado final es una corriente de bits en serie.


Medición de las tensiones de impulsosMedición de las tensiones de impulsos

A menudo se realiza en experimentos físicos en el proceso de investigación de los espectros de energía de varios tipos de radiación ionizante (Roentgen y los rayos Gamma,partículas alfa, etc), en las técnicas de láser etc

La tensión del pulso, procedentes de diversos tipos de detectores de radiación ionizante (proporcional, centelleo, semiconductores)por sus amplitudes dan alguna información acerca de la energía, sobre la energía de la radiación.

Los dispositivos para la selección de voltajes de impulsos con ciertas amplitudes se denominan selectores de amplitud, mientras que los dispositivos de recepción, amplificación y la conversión de las señales de pulso y su clasificación por la amplitud y el registro se denominan analizadores de amplitud.

Con el fin de medir la amplitud de un impulso que tiene que ser guardado por medio del denominado detector de pico.

Nota: Detalles acerca de la medición de voltajes de pulso se puede encontrar en el material adicional «Medición de tensiones de impulso (en búlgaro)»


La medición de intervalos de tiempoLa medición de intervalos de tiempo

Se realiza a menudo Se realiza a menudo en experimentos físicos.en experimentos físicos.

EjemplosEjemplos:medición :medición el tiempo de vuelo de las partículas elementales, el tiempo de vuelo de las partículas elementales, mediciónmedición la la

energía de los neutrones por el método de tiempo de vueloenergía de los neutrones por el método de tiempo de vuelo,medición ,medición el tiempo de vida el tiempo de vida

de estados isoméricos, de estados isoméricos, mediciones en mediciones en técnicas de lásertécnicas de láser etc. Además, algunos de los etc. Además, algunos de los

métodos de medición de las tensiones se reducen a la conversión de los métodos de medición de las tensiones se reducen a la conversión de los los voltajes en los voltajes en

intervalos de tiempo intervalos de tiempo y de medición digital consecutiva de los intervalos de tiempo.y de medición digital consecutiva de los intervalos de tiempo.

Una de las formas de medir intervalos de tiempo se basa en una Una de las formas de medir intervalos de tiempo se basa en una principio análogo principio análogo y se y se

realiza por medio de realiza por medio de diagramas de circuito de coincidenciadiagramas de circuito de coincidencia. En realidad, es comprobar si . En realidad, es comprobar si

dos o más pulsos caen en un intervalo de tiempo dado, definido por el tiempo de separación dos o más pulsos caen en un intervalo de tiempo dado, definido por el tiempo de separación

del diagrama de circuito de coincidencia. del diagrama de circuito de coincidencia.

Los métodos de medida digital de Los métodos de medida digital de intervalos de tiempo tienen una apicación mas ampliaintervalos de tiempo tienen una apicación mas amplia


Tipos y métodos de medición de intervalos de tiempoTipos y métodos de medición de intervalos de tiempo

MétodosMétodos::

1.1. La medición directa La medición directa (método de conteo directo). Resolución de hasta un (método de conteo directo). Resolución de hasta un pocos nspocos ns;;

2.2. Estirar el intervalo Estirar el intervalo tt T T::

А) Vernier - corresponde a los métodos digitales - А) Vernier - corresponde a los métodos digitales - hasta 100pshasta 100ps;;

Б) Analógica - carga rápida y lenta descarga de un condensador - Б) Analógica - carga rápida y lenta descarga de un condensador - abajo 100psabajo 100ps;;

3.3. Conversión tiempo - amplitudConversión tiempo - amplitud ttLaLa y la medición digital consecutiva de la amplitud - y la medición digital consecutiva de la amplitud - hasta 50pshasta 50ps..

Los siguientes tipos Los siguientes tipos se distinguense distinguen

- Entre un impluso de partida y un impulso de parada de la misma fuenteEntre un impluso de partida y un impulso de parada de la misma fuente

- Entre un impulso de partida y un impulso de parada de dos fuentes diferentesEntre un impulso de partida y un impulso de parada de dos fuentes diferentes;;

- Entre un impulso de partida y un número de parada Entre un impulso de partida y un número de parada ;;

- La duración de un impulsoLa duración de un impulso..


La medición de intervalos de tiempo por un método La medición de intervalos de tiempo por un método directodirecto

Los dos bloques de entrada y el de RS- desde un impulso con una duración Tx, igual al intervalo de tiempo entre el inicio y la señal de parada. Después de la duración de este pulso se mide digitalmente por la manera conocida (ver el diagrama de tiempo).

El diagrama de circuito puede ser fácilmente ajustado para la medición de la duración de las señales, en que los bloques de entrada se convierten en redundantes y el pulso medido se envía al punto en el lugar del impulso de referencia, es decir, directamente al circuito AND, haciendo el papel de un selector de tiempo.

El error aquí proviene básicamente de cuantificación y puede ser reducido si la longitud de la cuant se reduce - el período del generador de tacto, que debe ser cuarzo estabilizado -.

49

Medición de frecuencias - 1 Medición de frecuencias - 1

CONTROLLOGIC

&Uх INPUT

CONVERTER

CLOCKGENERATOR

SHAPINGCIRCUIT

DIVIDER WITH K

DIPSPLAY

COUNTERFх

Fc

Tst

Fst =Fc/K

Tst

Tx

El diagrama de circuito es similar El diagrama de circuito es similar a la que se usa para la medición directa de intervalos de tiempo.a la que se usa para la medición directa de intervalos de tiempo.

La diferencia es que La diferencia es que los dos canales cambian de lugar aquílos dos canales cambian de lugar aquí - la señal con la frecuencia y el periodo - la señal con la frecuencia y el periodo medido Тх se da en el lugar del generador, mientras que desde el generador, a través de un divisor, un medido Тх se da en el lugar del generador, mientras que desde el generador, a través de un divisor, un pulso Тет es formado y se envía al circuito de E para controlar el recuento.pulso Тет es formado y se envía al circuito de E para controlar el recuento.

El impulso de referencia es formado con El impulso de referencia es formado con duración, múltiples 10:duración, múltiples 10: 0,1, 1, 10, 100 segundo. etcétera. Los 0,1, 1, 10, 100 segundo. etcétera. Los impulsos, contados por el contador, impulsos, contados por el contador, 1s 1s dan la frecuencia deseada. dan la frecuencia deseada.

La relación Tет/Tx = Fx/Fет = m se busca. La relación Tет/Tx = Fx/Fет = m se busca.

Errores principales:Errores principales:

Error de la medida Error de la medida -depende de la precisión del generador de cuarzo y sube -depende de la precisión del generador de cuarzo y sube 1.10 1.10-10-10 1 /s o 1 /s o 50.10 50.10--

99 1 / 1 / período de veinticuatro horas período de veinticuatro horas;;

Error de comparación (cuantificación).Error de comparación (cuantificación).Nota: Nota: NotaNota: Detalles acerca de la medición de intervalos de tiempo y la frecuencia se pueden encontrar en : Detalles acerca de la medición de intervalos de tiempo y la frecuencia se pueden encontrar en

el material adicional el material adicional ««Medidas de intervalos de tiempo y frecuencia (En Bulgaro)Medidas de intervalos de tiempo y frecuencia (En Bulgaro)»»


Medición de la frecuencias - 2 Medición de la frecuencias - 2

Medidas para reducir el error:Medidas para reducir el error:

- La ampliación del intervalo de medición (hasta 10 seg.);La ampliación del intervalo de medición (hasta 10 seg.);

- Multiplicación de la frecuencia Fx;Multiplicación de la frecuencia Fx;

- Múltiples medidas y tratamiento estadístico;Múltiples medidas y tratamiento estadístico;

- Medición de un período en lugar de una frecuencia - en las frecuencias bajas Medición de un período en lugar de una frecuencia - en las frecuencias bajas

- ejemploejemplo:la medición de la frecuencia de los latidos del corazón - es más apropiado para medir un :la medición de la frecuencia de los latidos del corazón - es más apropiado para medir un

período, debido a que la frecuencia puede cambiar rápidamente (por ejemplo después de la carga período, debido a que la frecuencia puede cambiar rápidamente (por ejemplo después de la carga

de trabajo o el estrés).de trabajo o el estrés).


Utilizando microprocesadores en equipos de medición digitales

La incorporación de microprocesadores (MP) en los dispositivos de medición digitales dicta la siguiente posibilidades:

- Establecimiento automático de la gama y el modo de de la medición;

- Control de la operación en todos los bloques de un dispositivo;

- Programación y configuración del modo para lograr la precisión deseada;

- Múltiples mediciones y procesamiento estadístico si es necesario;

- Control automático y auto-test;

- Representación conveniente de los resultados;

- Reducción del consumo de energía;

- Alta fiabilidad.

Nota: Los detalles sobre el uso de microprocesadores en dispositivos y sistemas de medición se pueden encontrar en el material adicional "El uso de embebido МSistemas P» (En búlgaro)

Digital methods of measurements – task4_1 1 Los sistemas automatizados Módulo 4 - Métodos...

Documents

Transcript of Digital methods of measurements – task4_1 1 Los sistemas automatizados Módulo 4 - Métodos...