Модель измерителя отношения частот сигналов в среде VisSim

Схема измерителя отношения частот в среде VisSim представлена на рис. 1 и включает два преобразователя сигналов (1 и 2) сигналов, селектор (3), декадный счетчик (4), преобразователь «код-код» (5) и вспомогательные (отсчетное и управляющее) устройства.

Рис. 1. Структурная схема измерителя отношения частот в среде VisSim

Математическая модель измерения отношения частот имеет вид:

N_x = f₁/f₂,                 (1)

где f₁ — напряжение сигнала синусоидальной формы с большей частотой; f₂ — напряжение сигнала синусоидальной формы с меньшей частотой.

Напряжение с большей частотой f₁ (10 кГц) подают на первый вход измерителя, и из него формируются счетные импульсы. Соответственно напряжение сигнала с меньшей частотой f₂ (1 кГц) поступает на второй вход и из него формируют строб-импульсы.

В результате число импульсов N_x, поступающих на вход декадного счетчика, будет пропорционально частоте f₁ и обратно пропорционально частоте f₂.

Источниками погрешностей измерения отношения частот являются: погрешность дискретности; погрешность, обусловленная флуктуациями длительности строб-импульса из-за внешних помех, поступающих на второй вход измерителя совместно с сигналом частотой f₂.

Для повышения точности измерения отношения частот в измерителе длительность строб-импульса увеличивают в m = 10ⁿ (где n = 0–1–2–3–4). Это позволяет снизить относительную погрешность из-за воздействия внешних помех и относительную погрешность дискретности.

В общем виде относительная погрешность измерения отношения частот имеет вид:

где δ_ш — относительная погрешность из-за влияния внешних помех; δ_д — относительная погрешность дискретности, которая зависит от отношения частот f₁/f₂ и длительности строб-импульса.

График изменения относительной погрешности от длительности строб-импульса в логарифмическом масштабе при частотах сигналов f₁ = 10 кГц и f₂ = 1 кГц приведен на рис. 2.

Рис. 2. Зависимости относительной погрешности измерения отношения частот сигналов в логарифмическом масштабе от длительности строб-импульса при частотах сигналов f1 = 10 кГц и f2 = 1 кГц

На рис. 3–6 представлены имитационные модели преобразователей (1) и (2) сигналов в последовательность кратковременных импульсов, декадного счетчика (4) и сумматора (5), селектора (3).

Рис. 3. Имитационная модель преобразователя сигналов

Рис. 4. Имитационная модель декадного счетчика

Рис. 5. Имитационная модель сумматора счетчика

Рис. 6. Имитационная модель селектора

Результаты исследования имитационной модели измерителя отношения частот при измерении отношения частот f₁ = 10 кГц и f₂ = 1 кГц сигналов синусоидальной формы при различной длительности строб-импульса (времени измерения) представлены на рис. 2.

Таким образом, точность измерения отношения частот зависит как от отношения частот, так и от длительности строб-импульса, которая равна периоду повторения сигнала частотой f₂ или кратна ему.