bài giảng kỹ thuật đo điện- điện tử, chương 16 pot

Chương 16: CƠ CẤU ĐO HIỆN SỐ
§9-1 KHÁI NIỆM CHUNG.
Phần trứơc đã khảo sát các dụng cụ đo điện cơ là loại analog.
Phần này xét các dụng cụ đo hiện số (digital) trong đó:
 Đầu vào tín hiệu cần đo x(t) được gián đoạn hoá theo thời
gian, lượng tử hoá theo mức.
 Số đo đầu ra: thể hiện dưới dạng mã.
 Dụng cụ digital này càng thông dụng do có ưu thế: độ nhạy
cao, tốc độ nhanh, chính xác cao
 dễ dàng đưa vào máy
tính xử lý và tự động hoá toàn bộ quá trình đo lường.
 Nhược điểm: phức tạp, đắt tiền.
§9-2 KHÁI NIỆM VỀ MÃ
VÀ CÁC HỆ BIỄU DIỄN SỐ.
1. Mã: là hìnnh thức biễu diễn tín hiệu (thông tin) ở hệ đếm này
hay hệ đếm khác theo quy tắc xác đònh.
Trong các lónh vực kỹ thuật khác nhau người ta sử dụng các
loại mã khác nhau.
Lónh vự c kỹ thuật: mã hoá thông dụng nhất là mã hoá số (KT
đo cũng thế)
2.
Hệ đếm: trong thực tế đời sống, tính toán, kỹ thuật có nhiều
hệ đếm khác nhau như hệ đếm cơ số 10, cơ số 2, 6, 8… Phổ
thông nhất là hệ cơ số 10 và cơ số 2.
Tổng quát ở hệ cơ số P biễu diễn số N có dạng:




n
i

i
i
PapN
1
1
)(
Trong đó: P: là hệ số đếm.
A
i
: là các ký hiệu của hệ số có P giá trò, nó có giá trò
từ 0
 P-1.
m
m
n
n
n
n
PaPaPaPaPaPaPN









 * ** **)(
2

2
1
1
0
1
2
1
1
Trong đó: Các dãy số từ 0n biễu diễn phần nguyên của số N.
Các dãy số từ -1
 -m biễu diễn phần lẻ của số N
Ví dụ
:
Hệ 10:
21012
10
2*52*32*72*42*535.547

 N

2101234
2
2*12*12*02*12*02*12*111,1101075.26

 N
Thông thường người ta dùng:
 Mã 2 trong tính toán.
 Mã 10 cho hiển thò.
 Ngoài ra còn dùng mã 2-10, mã Gray, mã 2-4-2-1.
Mã 10

Mã
2(BCD)
Mã 2-4-
2-1
Mã Gray
0 0000 0000 0000
1 0001 0001 0001
2 0010 0010 0011
3 0011 0011 0010
4 0100 0100 0110
5 0101 0101 0111
6 0110 0110 0101
7 0111 0111 0100
8 1000 1110 1100
9 1001 1111 1101
Ghi chú: Mã 2-10 (mã BCD): mỗi số hạng của chữ số biểu
thò trong hệ đếm 2. Toàn bộ chữ số theo quy luật hệ đếm
10
3. Qui tắc chuyển đổi từ hệ đếm này sang hệ đếm khác:
a.Hệ bất kỳ sang thập phân: phân tích thành đa thức.
Ví dụ:
1522221111
0123
2

b.Từ thập phân sang hệ bất kỳ:
Ví dụ: 7,75
 Phần nguyên: 7
10
=d

2
d
1
d
0
=111
 Phần lẻ:
2
21
101010
11
2
1
2
1
4
1
2
1
25.05.075.0


c. Chuyển đổi từ mã thập phân sang mã 2 – 10
Ví dụ: 159
10
=0001 0101 1001
§9-3 KHÁI NIỆM VỀ GIÁN ĐOẠN HOÁ
VÀ LƯNG TỬ HOÁ.
1. Gían đoạn hoá tín hiệu:
2. Lượng tử hoá tín hiệu:

Là quá trình chia đại lượng X đó thành 1 số hữu hạn các giá trò
X
i
(gọi là các bước lượng tử) bằng nhau:
X
1
=X
2
=…=X
n.
Các đại lượng đặc trưng:
 Độ dòch chuyển góc 
X
(dòch pha).
 Tần số f
X
.
 Thời gian T
X
.
t1
t2
t3
t4
t5
X1
X2
X3
X4
X5

X(t)
t

Biễu diễn X(t) liên tục
thành các giá trò x1, x2,
x3…
 Khoảng cách giữa các
thời điểm lấy mẫu
 t
2
-t
1
= … = t
n
-t
n-1
= Td
 Td: chu kỳ lấy mẫu
 Tần số gián đoạn hoá
fd=1/Td càng lớn càng
tốt (ít sai số)
(fd
2fmax(của phổ))
X=N

X
4
3
2
1

X
N
9-4 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY ĐO HIỆN SỐ.
I. Sơ đồ khối:
 Máy đo Analog: thực hiện bằng tay.
 Máy đo hiện số: qui trình được thực hiện tự động: kết quả
thể hiện dưới dạng số.
Người ta chia máy đo hiện số ra làm 4 loại:
1. Máy đo hiện số dùng để đo các đại lượng lượng tử hoá
tự nhiên:
X=NX
i
2. Máy đo hiện số dùng để đo các đại lượng dễ lượng tử hoá
trực tiếp
a.Các đại lượng lượng tử hoá trực tiếp về góc (
X
)
b. Các đại lượng dễ lượng tử hoá trực tiếp về thời gian (T
X
)
Ví dụ: Sơ đồ khối của máy đo thời gian hiện số.
Khối thu nhận
Đếm xung
Chỉ thò
X N
Góc sang mã
Mã sang mã
Chỉ thò số



x
Thời gian
sang mã
Mã sang mã
Chỉ thò số
T
x

Tao dạng
xung
TX
Khoá
điện tử
Đếm
xung
Chỉ thò
Tx



(Trigger)
(Tạo xung nhòp)
Sơ đồ khối TXN bao gồm những khối sau:
Trong thời gian khoá K mở (t
1
t
2
) số xung đếm được sẽ là:
0
0

fT
T
T
N
X
X

và
0
0
10
NT
f
N
T
x

Đặc điểm: Sai số phụ thuộc:
T
0
T
0
= 1/f
D
Động
f
o
Tạo
xung
vuông

Tạo
xung
hẹp
Tx
t1 t2
Tx
To




Số xung đếm được
 Độ ổn đònh của f
0
.
 Quá trình quá độ của bộ tạo dạng xung.
 Sai số lượng tử hoá
c. Các đại lượng dễ lượng tử trực tiếp về tần số.
Ví dụ:
Chuyển đổi
tần số
–
Mã sang
mã
Chỉ thò số
f
x

Tao dạng
xung TX

Khoá
điện tử
Chỉ thò
fx



TXM
(Tạo xung mẫu)
Đếm
xung




t
t
t
t
t
T
M