《測(cè)試儀器第七章》word版-文庫(kù)吧
2025-08-02 05:36 本頁(yè)面
【正文】 圖可見(jiàn)，由于≠而使兩次采樣所得的誤差(以面積A+與A代表)不相等。因此除非=，否則≠0 。 下面分析時(shí)帶來(lái)的誤差。仍然采用，則。第一次采樣時(shí)若≠0，有讀差，利用式(7－3)，代入得 此式表示，γ=0，則sinπkγ=0，△n1=0。但有意義的是若πkγ=1，也能得到△n1=0，因此時(shí)sin(πkγ1)=0。它的物理意義如圖78所示。由圖可見(jiàn)，若πkγ=1，采樣時(shí)間的始端與終端和kT1時(shí)間的始端與終端的距離分別相等，即處在kT1的正中位置，因而在采樣時(shí)間內(nèi)干擾電壓基波的積分平均值等于零。利用這一原理，可以用一次采樣法獲得很高SMR值，已有若干利用此原理設(shè)計(jì)的提高SMR值的方法，讀者可參閱文件[1]。 現(xiàn)在再回到二次采樣法的討論。第一次采樣后經(jīng)過(guò)約半周期，當(dāng)干擾電壓負(fù)向通過(guò)零點(diǎn)時(shí)進(jìn)行第二次采樣，這時(shí)=kT1(1γ)，但初始點(diǎn)相位由于隔了半周期而成為(π+2)，仍代入式(73)得 （711）將兩次采樣值相加，得最后的干擾誤差為 （712）相應(yīng)地 （713）由式(7—13)可知，若γ=0，則sin(πkγ)=0，或1=2，則=0，均可使SMR=。這是理想情況。但即使γ≠0及1≠2，只需γ較小和2―1=Δ也較小，由于sin(πkγ)及亦因而很小，其積將更小，從而可望得到較高的SMR值。例如，取γ==2，2=，2―1=時(shí)得它比前面的固定采樣時(shí)間法(其計(jì)算例中SMR=58dB)為佳，應(yīng)指出的是實(shí)際工作中(21)可以做得遠(yuǎn)小于，因而SMR可望獲得更高值。 相隔半周期兩次采樣法的缺點(diǎn)是必須進(jìn)行兩次采樣，降低了采樣速度。另一方面，對(duì)于高次諧波中的偶次諧波來(lái)說(shuō)，兩次采樣所產(chǎn)生的兩個(gè)誤差符號(hào)相同，因而不能抵消。四、γ=0法前面兩種方法仍然受頻偏γ的影響，因此，近年來(lái)趨向于采用使γ=0的方法，即盡量使T=kT1的條件在電網(wǎng)頻率有波動(dòng)時(shí)仍能得到保證的方法。方法之一是將工頻電壓精確地整形成方波，如果方波的周期TS與工頻周期T1完全相等，并用TS作采樣時(shí)間，則γ永遠(yuǎn)等于零，使SMR→。 現(xiàn)以圖79所示整形電路為例。220 V工頻電壓經(jīng)變壓器降壓至38 V，經(jīng)雙向齊納管限幅，初步整形為近似的矩形波，再經(jīng)二極管雙向限幅，然后輸入運(yùn)算放大器構(gòu)成的零值比較器，輸出前后沿均很陡峭的矩形波，周期為T(mén)S。取其兩個(gè)上跳沿或下跳沿去控制采樣時(shí)間，波形關(guān)系示于圖710中。串模干擾電壓與經(jīng)變壓器來(lái)的工頻電壓(即38V電壓)之間一般說(shuō)來(lái)是有相位差1存在的。但只要1是定值，仍可保證TS=T1。但由于噪聲影響，方波邊緣會(huì)發(fā)生抖動(dòng)，以及整形方波控制后面的采樣門(mén)電路時(shí)，門(mén)電路輸出的采樣方波持續(xù)時(shí)間受門(mén)電路翻轉(zhuǎn)延遲時(shí)間的影響，不可避免地使TS不完全等于T1，即TS=T1 177。 △T下面計(jì)算由于△T的存在造成的誤差。利用式(710)可寫(xiě)出 (714)由于這里TS=T1(1γ)(假定ΔT1是正的)，則 (715)一般情況下，采取工頻電壓整形法后，電網(wǎng)頻率波動(dòng)引起的γ值已不存在，這里的γ是整形電路不夠完善而引起的，其值自然要比電網(wǎng)頻率波動(dòng)的γ要小得多，因而可望獲得很高的SMR值。 設(shè)ΔT=4181。s，T1=20ms，1=，求得可見(jiàn)效果甚佳。當(dāng)然，1也有可能相當(dāng)大，使公式中sin(πγ－1)這一項(xiàng)增大而降低SMR。計(jì)算表明，即使1= (這實(shí)際上是不會(huì)出現(xiàn)的極限狀態(tài))，為達(dá)到SMR=l00dB所需的△,這按目前的技術(shù)能力是可以實(shí)現(xiàn)的。令這一方法雖好，但帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題，即TS不是常數(shù)。對(duì)于各類(lèi)V－T轉(zhuǎn)換型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，機(jī)內(nèi)的時(shí)鐘頻率f0是固定的，由于TS的變化，將使TS與時(shí)鐘的周期失去固定的比值關(guān)系。以雙斜積分型轉(zhuǎn)換器為例，被測(cè)電壓Ux與轉(zhuǎn)換出來(lái)的時(shí)間T2的關(guān)系為 式中 T2——對(duì)參考電壓UR的積分時(shí)間， T1——對(duì)被測(cè)電壓Ux的采樣時(shí)間，相當(dāng)于這里的Ts為使對(duì)時(shí)鐘信號(hào)在T2時(shí)間內(nèi)的計(jì)數(shù)值nx能與Ux成正比，必須保證：T1=Ts=nR及T2=nx，代入上式，有 顯然，只有nR=常數(shù)時(shí)，nx與的比值不變。若電網(wǎng)頻率波動(dòng)使Ts產(chǎn)生177。ΔTs的變化，nR也會(huì)相應(yīng)變化，這將造成工頻整形法的誤差。欲使這一誤差消失，出發(fā)點(diǎn)是保持這一項(xiàng)不變。設(shè)當(dāng)產(chǎn)生177。ΔTs變化時(shí)，令UR也相應(yīng)產(chǎn)生177?！鱑R的變化，由于，若能保證如下條件：就能保持nx不變，即不產(chǎn)生誤差。按照比例的性質(zhì)，由上式可得 以代入上式得所需的補(bǔ)償電壓177。△UR為這一電壓可由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，當(dāng)測(cè)出ΔTS后，先將其轉(zhuǎn)換成數(shù)碼，再經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生相應(yīng)的ΔUR，圖711即為實(shí)現(xiàn)方案之一。 工作過(guò)程如下：采樣開(kāi)始前在五位同步可逆計(jì)數(shù)器中預(yù)置20000。采樣一開(kāi)始，即以周期=1181。s的時(shí)鐘脈沖經(jīng)由TS信號(hào)控制的與門(mén)進(jìn)入計(jì)數(shù)器作減法。若TS=20ms，采樣結(jié)束時(shí)計(jì)數(shù)器的示數(shù)為零，輸入數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的數(shù)碼亦為零，后者不產(chǎn)生補(bǔ)償電壓ΔUR。若TS因電網(wǎng)頻率波動(dòng)而有+△T產(chǎn)生，則在20ms之后，即在計(jì)數(shù)器內(nèi)的數(shù)字已減至零，與門(mén)尚未關(guān)閉，此時(shí)控制電路將使計(jì)數(shù)器作加法。在采樣結(jié)束的瞬間，計(jì)數(shù)器中將存入n=個(gè)數(shù)，后者使數(shù)/模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生相應(yīng)的。在反向積分時(shí)，以進(jìn)行積分，使反向積分時(shí)間相應(yīng)縮短而達(dá)到應(yīng)有的準(zhǔn)確值，消除了由于大于20ms帶來(lái)的誤差。反之，若20ms，則采樣結(jié)束時(shí)計(jì)數(shù)器中就剩下若干數(shù)，產(chǎn)生一△，使相應(yīng)拉長(zhǎng)，糾正了不夠長(zhǎng)帶來(lái)的誤差。 五、鎖相頻率跟蹤法 =0法可保證T≈k，但如前所述，產(chǎn)生了因177?！鞫兊膯?wèn)題。除使用177?！餮a(bǔ)償這一誤差的方法外，另一種方法是使時(shí)鐘頻率跟蹤作相應(yīng)的變化，即使相應(yīng)變化，從而保證不變。其數(shù)學(xué)關(guān)系式為 (717) 圖7—1 1 產(chǎn)生補(bǔ)償電壓177。ΔV的邏輯控制為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤變化，采用了鎖相頻率跟蹤技術(shù)。這種方法一般地比產(chǎn)生的方法所用的元件較少，因而為近代數(shù)字電壓表廣泛采用。鎖相頻率跟蹤技術(shù)有數(shù)字式及模擬式兩類(lèi)，現(xiàn)分別介紹之：(一）數(shù)字式鎖相頻率自動(dòng)跟蹤法。圖7—12為此法的系統(tǒng)原理圖。圖7一１2數(shù)字式鎖相頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)原理圖由圖中可見(jiàn)，采樣時(shí)間T=ω是的固定倍數(shù)，因ω是計(jì)數(shù)器的分頻系數(shù)。由壓控振蕩器產(chǎn)生，壓控振蕩器由鑒相器的輸出信號(hào)177。△T通過(guò)數(shù)字式電壓發(fā)生器產(chǎn)生的控制。鑒相器將工頻整形電壓與由計(jì)數(shù)器來(lái)的經(jīng)過(guò)幾倍分頻的信號(hào)電壓進(jìn)行比較鑒相產(chǎn)生時(shí)間信號(hào)177?！?。這一鎖相系統(tǒng)在達(dá)到穩(wěn)定時(shí)有 =n 設(shè)工頻周期為，由m個(gè)工頻周期形成一個(gè)信號(hào)(這是一般情況，當(dāng)然亦
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