时间继电器智能测试仪研究

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1、西华大学硕士学位论文3基于QuartusII和VHDL语言在FPGA芯片ACEX1K30上采用自上而下的数字电子系统设计方法，实现了对时间继电器测试仪的硬件及软件设计；4设计上位PC机虚拟仪器控制程序并将上位PC机虚拟仪器控制程序、接口转换卡与测时间继电器／测频的联调，实现系统的功能。1．4时间／频率测量方法及其产生的误差分析n¨幻旧，时间／频率的测量是电子测量领域的最基本的测量之一。在数字化测量系统中对时间的测量通常都是转化为对频率的测量。由于频率信号抗干扰能力强、易于传输、可以获得较高的测量精度，所以对频率测量方法的研究越来越受到重视。目前许

2、多非频率量的传感信号都要转化为频率信号来进行测量。而常用的时间／频率测量方法通常有以下两类：一类是模拟测量方法，另一类是数字测量方法。1．4．1模拟测量方法及其产生的误差分析n1时间／频率测量技术按工作原理可以分为直接法和比较法两类：1直接法直接利用电路的某种频率响应特性来测量频率值。在某电路中，输入被测频率Fx是电路和设备的已知参数a，b，C，⋯⋯的确定的函数关系。Fx=国(a，b，C，．．⋯)(1一1)(1—1)式中由于a、b、c⋯⋯是电路的已知参数，可根据a、b、c等的值求得Fx的值。这种测量方法简单，但是精度低。其测量误差主要来源于频率特

3、性式的理论误差，各参数的测量误差以及判断误差。用这种方法测量频率的典型方法有电桥法和谐振法。前者用于低频段，后者主要用于高频段或微波段，随着数字电子技术的发展这种测量方法正逐渐被数字测量方法取代。3西华大学硕士学位论文2比较法比较法通过利用标准频率Fo和被测频率Fx进行比较来测量频率Fx的。其测量原理就是调整参数m、n使下式成立：nFx=mFo(m，n为正整数)(1-2)则可求得Fx。利用比较法测量的精确度取决于标准频率Fo和判断上述等式成立的精确度。拍频法、示波器法和差频法等测量频率的方法都是属于此方法的测量范畴。前两种方法主要用于低频频率段的

4、测量，差频法通常用于高频频率段的测量。但是随着数字电子技术的发展模拟测量方法正逐渐被数字测量方法取代，数字测量方法被越来越广泛的应用，下面就对其进行介绍。1．4．2数字测量方法及其产生的误差分析腩¨6¨71电子计数器也是一种利用比较法进行测量的最常见最基本的数字化仪器，是其它数字化测量仪器的基础，因而在时间／频率的测量中被广泛应用。计数器测量方法是其典型的应用。计数器测量方法是根据频率的定义，记下单位时间内周期信号重复的次数。目前该方法被广泛应用的是电子计数器。此方法的测量精度主要取决于基准时间和记数的量化误差，本次设计就是采用的电子计数器法，下

5、面对其进行详细介绍。传统的电子计数器法测频方法通常有以下两种：一种是直接测频法，另一种是测周期法。近年来在传统测频方法的基础上人们又提出了等精度恒误差测频法。1．4．2．1直接测频法所谓直接测频法是根据频率的定义，把被测频率信号经信号调理电路后，加到闸门的输入端，只有在闸门打开时间T(以秒计)内，通过计数器计数被测信号的脉冲个数N，从而通过频率的定义计算出被测信号的频率。直接测频法的原理框图如图1一l所示，工作波形如图1—2所示。脉冲调理电路将被测信号①转变成脉冲信号②，其频率与被测信号频率Fx完全相同，将它送入闸门。4西华大学硕士学位论文闸门的

6、开关时间由门控信号④控制。脉冲⑤为在开门时间内通过闸门的被测脉冲信号被送至计数器计数，时基信号发生器产生精确的开门时间，若在开门期间计数器计数值为N，则被测信号的频率为：Fx=N／T(1—3)只要设置适当的开门时间T，就可以从计数器中直接读出被测信号的频率。此种测量方法的测量相对误差可以表示为：AFx／Fx=AN／N+AFo／Fo(1—4)(1-4)式等号右边第一项为计数相对误差，简称“士1误差”，是由于闸门开启和关闭时刻与计数脉冲之间的时间关系不相关而产生的一种随机误差的最大值；第二项为标准频率误差，即时基频率Fo准确度，是时基信号发生器本身的

7、误差。Fig．1—1PrinciplediagramofdirectwaytOmeasurefrequency图．1—1直接测频法原理框图由于闸门的开关与计数脉冲不相关，即它们在时间轴上相对位置的随机性及反映T／Tx的比值关系的计数值N只能取整数，导致在相同的闸门时间内所计的数值可能不一致。在图1—2中，T为门控闸门开门时间，Tx为被测信号周期，Atl为闸门开启到第一个计数脉冲之间的时间间隔，△t2为闸门关闭到下一个计数脉冲之间的时间间隔，N为计数器的计数值。由图1—2可知：T=(N一1)Tx+Atl+(Tx一△t2)=NTx+Atl一△t2西华

8、大学硕士学位论文①AN=TFrx--N-Atl／Tx--At2／Tx(1-5)②睦i&：!兰&&kb&；&③——』L』—————————