Giảm nhỏ r 1 xung đếm

Để làm giảm nhỏ loại sai số r1, do sự không đồng bộ giữa xung mở cửa và xung đếm, có thể thực hiện bằng một trong các cách sau:

-Tăng tần số chuẩn. Nh† vậy, kết quả đếm m r 1 sẽ có m>>1. Song biện pháp này lại bị giới hạn về tốc độ của bộ đếm, nó làm cho thiết bị đo thêm phức tạp về cấu tạo và tăng giá thành.

-Tăng chu kỳ xung tín hiệu đo là q.T_x. Thực hiện biện pháp này bằng cách biến đổi tín hiệu cần đo thành dãy xung có chu kỳ bằng T_x; sau đó, tiếp tục chia cho q bằng bộ chia tần, có dãy xung có chu kỳ bằng q.T_x. Tần số xung chuẩn ở đây vẫn đ†ợc giữ nguyên, nên sai số r1 xung vẫn giống khi đo với chu kỳ T_x. Do đó, tác dụng của các số r1 xung đếm bị giảm đi q lần.

Vấn đề tăng thời gian ở đây cũng còn tác dụng kéo theo sự giảm một cách tỷ lệ nữa về tác dụng sai số của sai số tri-gơ. Tuy nhiên, biện pháp này cũng bị giới hạn.

Hai ph†ơng pháp trên đã đ†ợc thực hiện khi sử dụng tần số-mét chỉ thị số để đo tần số nhất là khi tr†ờng hợp tần số cần đo là tần số thấp. Sự giới hạn của các ph†ơng pháp này là ở khả năng cấu tạo của thiết bị đo, ở khả năng của bộ tạo tần số chuẩn.

Một ph†ơng pháp để giảm nhỏ sai số r1 nữa là “ph†ơng pháp đếm nội suy”. Hình 4-30 là giản đồ thời gian để minh hoạ nguyên lý ph†ơng pháp đo này.

ở đây, cần đo đ†ợc cả hai phần chu kỳ do sự không đồng bộ tạo nên, giữa s†ờn xung bắt đầu của tín hiệu xung cửa với xung đếm thứ nhất và giữa xung đếm cuối cùng với s†ờn xung kết thúc của xung cửa.

Hình 4-30a là khoảng cách giữa xung bắt đầu và xung kết thúc, bằng khoảng thời gian cần đo 'T_x, là độ rộng xung cửa tín hiệu.

Hình 4-30b là xung đếm, có chu kỳ T_c, bằng chu kỳ của tín hiệu số chuẩn. Các xung đếm chứa đầy trong khoảng thời gian xung cửa 'T_x với số l†ợng đếm là m₀ (hình 4-30c). Xung đếm thứ nhất chậm sau s†ờn xung bắt đầu của xung cửa một khoảng bằng 't₁, trong khi s†ờn xung kết thúc của xung cửa chậm sau xung tiếp ngay sau xung đếm m₀ một khoảng thời gian bằng 't₂ (hình 4-30c và 4-30d). Nh† vậy, khoảng thời gian cần đo bằng:

'T_x=m₀T_c + 't₁-'t₂

Nếu ta đo đ†ợc các khoảng thời gian 't₁ và 't₂chính xác thì có thể giảm tối thiểu ảnh h†ởng của sai số r1.

Hình 4-30

Một cách thực hiện để đo't₁ và 't₂ nh† sau:

Dùng một tụ điện, cho nạp điện trong khoảng thời gian 't₁, với đ†ờng nạp cần thật tuyến tính. Sau đó, cho tụ điện phóng điện với tốc độ biến đổi chậm hơn nhiều, ví dụ bằng một phần nghìn của tốc độ khi nó nạp điện. Іờng phóng điện cũng thật tuyến tính (hình 4-30e). Cũng lại dùng xung đếm có chu kỳ T_c để đo khoảng thời gian 1000 't₁, với

số l†ợng xung đếm đ†ợc làm m₁, hình 4-30f và 4-30g; mà ở đây vẽ đ†ợc với thang độ thời gian t^* khác đi, cho tiện vẽ và quan sát. Khoảng thời gian 't₂ cũng đ†ợc thực hiện bằng cách làm t†ơng tự trên, và với số l†ợng xung đếm đ†ợc trong khoảng thời gian 1000't₂ là m₂. Do đó, ta có:

c 1

1 T

t m 1000'

c 2

2 T

t m 1000'

Thay thế vào trên, ta đ†ợc:

c 2 1 0 c

2 1 0

x 1000F

) m m m 1000 ( 1000

T ).

m m m 1000

T (

'

Để đơn giản hơn, đặt

(1000m₀+m₁-m₂) = m, và 1000F_c=F’_c ta có:

c x F' T m '

Từ kết quả này, ta thấy: sai số r1 ở đây đã đ†ợc đo với chu kỳ xung đếm mới 1000

' T

T_x ^c , nghĩa là t†ơng đ†ơng với xung đếm có tần số cao gấp 1000 lần tần số tín hiệu chuẩn F_c.

Để minh hoạ, ta xét một ví dụ cụ thể. Giả sử ta cần đo chu kỳ T_x =100Ps với một thiết bị số có xung đếm với tần số chuẩn là F_c =10MHz. Nh† vậy sai số r1 tính theo giá trị sai số tuyệt đối là:

'T=rT_c = r0,1Ps

và trị số sai số t†ơng đối của sai số r1 sẽ là:

001 , m 0

1 T

T

x c

r á

ạ ă ã â rĐ ááạ ăă ã â rĐ

G hay 1%

Nếu cũng với xung đếm nh† trên, để đo chu kỳ T_x =1,5Ps thì sai số tuyệt đối r1 xung đếm bằng:

'T=r0,1Ps

Trị số sai số tuyệt đối này có tính độc lập với chu kỳ xung cần đo T_x, song trị số sai số t†ơng đối sẽ lớn hơn:

G_r= 0,2 = 20%

Nếu thực hiện ph†ơng pháp đo nội suy, mà vẫn dùng xung đếm có tần số nh† trên, F_c = 10MHz, để đo chu kỳ T_x = 0,5Ps, thì sai số t†ơng đối sẽ là 0,0002; nghĩa là 0,02%, chứ không phải 20% nh† trên. Nh† vậy, nếu muốn đạt cùng độ chính xác nh† trên, với ph†ơng pháp đo trực tiếp, ta phải dung một tần số chuẩn phải có tần số đếm 10GHz, và bộ đếm phải có tốc độ đếm cao hơn nhiều.

4.4.2 Bộ đếm trong thiết bị đo số

Bộ đếm trong thiết bị đo số đ†ợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong các thiết bị điều khiển, trong máy tính,... Trong máy đo, th†ờng dùng để phân chia tần số; biến đổi tự động t†ơng tự-số và số-t†ơng tự, điều khiển thiết bị làm việc theo ch†ơng trình, thực hiện đo đếm và chỉ thị số trong các máy đo số.