Berezka7km.ru

Березка 7км
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Измерение частоты, временных интервалов и фазы. Основные сведения об измерении частоты, страница 6

Измерение частоты, временных интервалов и фазы. Основные сведения об измерении частоты , страница 6

Интервал времени от момента окончания счета и до момента сброса показаний счетчика, в течение которого на индикаторном устройстве счетчика сохраняется результат измерения, называется временем индикации. За это время оператор должен успеть воспринять результат измерения. Поэтому обычно время индикации можно плавно регулировать по желанию оператора. Эта задача решается с помощью регулятора "Время индикации", который запирает вход реле времени, входящего в состав БУ, в результате чего выдача стробирующих импульсов прекращается.

Используя выражение (7.1), характеризующее работу электронно-счетного частотомера в режиме измерения частоты, определим абсолютную погрешность измерения частоты. Значение измеряемой частоты, как следует из принципа действия частотомера, определяется косвенным путем. Поэтому предельная абсолютная погрешность будет равна

Нетрудно показать, что DT/T есть ни что иное, как относительная погрешность частоты кварцевого генератора dкв , а погрешность дискретности DN не может превышать единицы счета. Тогда абсолютная предельная погрешность будет выражена формулой:

Выражение для предельной относительной погрешности будет иметь вид:

df = Df x / f x = DN / N + dкв

или d f = 1 / N + dкв

Из полученных выражений видно, что с увеличением времени измерения Тсч как абсолютная, так и относительная погрешности уменьшаются и при неизменном значении измеряемой частоты величина их может быть доведена до значения, определяемого относительной погрешностью частоты кварцевого генератора. Однако на низких частотах уменьшение погрешности приводит к чрезмерно большому увеличению времени измерения. На низких частотах сильно сказывается погрешность единицы счета, она является в этом случае основной.

Для увеличения точности измерений на низких частотах можно использовать умножение измеряемой частоты, но это требует использования дополнительного оборудования. Поэтому в современных частотомерах для повышения точности измерения на низких частотах переходят от измерения частоты к измерению периода низкочастотного сигнала.

Временные диаграммы, иллюстрирующие работу ЭСЧ в режиме измерения периода, представлены на Рис.7.8. В режиме измерения периода переключатель "Режим работы" устанавливается в положение "Период" ("Тx"). Исследуемый сигнал с неизвестным периодом Тx подается на вход "Б" и через входное устройство ВхУБ поступает на формирователь импульсов ФИ 2 и через делитель подается на вход БУ. Таким образом, длительность отпирающего ВС импульса в данном случае определяется измеряемым периодом. На счетный вход временного селектора подаются импульсы, полученные из сигнала кварцевого генератора КГ, который в этом случае используется в качестве генератора меток времени. Для повышения точности измерения число "меток времени" с КвГен увеличивают путем умножения частоты. В результате электронный счетчик считает количество импульсов N с частотой f кв (или кратной ей), поступающих на его вход за один период исследуемого сигнала. Отсюда

При достаточно высокой частоте f кв погрешность дискретности может быть сделана достаточно малой, что и определяет высокую точность измерений. Дальнейшее повышение точности может быть достигнуто измерением нескольких (обычно кратных десяти) периодов, для чего импульсы с выхода ФИ2 подаются на БУ не непосредственно, а через декадный делитель частоты ДЧ, например, с коэффициентом деления равным 10. Результат измерения получается путем усреднения:

за счет чего повышается точность измерений.

Применение умножителей частоты УЧ, позволяет, с одной стороны, повысить точность измерений, с другой — расширить границы измеряемых временных интервалов в сторону более коротких интервалов.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Разрешающее время схемы совпадений должно быть в этом случав больше времени, которое нужно частице, чтобы пролететь расстояние между наиболее удаленными счетчиками. Рассмотрим в качестве примера телескоп, регистрирующий релятивистские частицы, летящие со скоростью около 8 — 10 м / с. Время пролета этого расстояния оставляет 10 — 8 с, поэтому не следует применять схему с меньшим разрешающим временем.  [2]

Потеря информации в статистическом режиме происходит из-за конечного разрешающего времени схем совпадений . Разрешающим временем тр схемы совпадений называется то минимальное время т, между центрами сигналов, при котором импульсы, считаются еще несовпавшими.  [3]

Читайте так же:
Когда замена счетчиков гарантия

Выше при рассмотрении возможностей подавления фоновых импульсов мы приняли значение разрешающего времени схемы совпадений т 2 — 10 — 9 с не случайно. Дело в том, что стабильность срабатывания регистрирующей аппаратуры в рассмотренном эксперименте определялась разбросом импульсов ФЭУ, который не превышал именно 2 не. Если бы мы поставили схему совпадений с меньшим разрешающим временем, то исследуемые сигналы, обладающие аппаратурным случайным разбросом, также подавлялись бы схемой совпадений, причем трудно контролируемым образом, ибо рассчитывать частоту случайных совпадений по приведенным выше формулам мы можем только для случайных ( либо хорошо известных) распределений импульсов.  [4]

Подсчитаем теперь число случайных совпадений фоновых импульсов в предположении, что разрешающее время схемы совпадений составляет т2 не. Если на один вход схемы совпадений приходит в течение 1 секунды п импульсов, то она открыта для приема второго сигнала в течение времени IT. Все сигналы от второго канала, которые придут в течение этого времени на второй вход схемы совпадений окажутся совпавшими. Нетрудно подсчитать, что число таких совпадений будет также равно п пус.  [5]

Полученные закономерности позволяют определить оптимальное время задержки в управляющем канале спектрометра, разрешающее время схемы совпадений и допустимую загрузку спектрометра.  [7]

Как упоминается в Приложении 6, число случайных совпадений растет с увеличением разрешающего времени схемы совпадений , так что всегда выгодно выбирать это время по возможности малым. Минимальная его величина определяется промежутком времени, которое тратит частица на то, чтобы покрыть расстояние от верхнего ряда счетчиков до нижнего, и нестабильностью временного интервала от момента прохождения частицы через счетчик до его срабатывания. В нашем случае определяющую роль играет именно эта нестабильность, составляющая около 10 — 7 сек. Разрешающее время должно поэтому выбираться около 10 — 7 сек.  [9]

Одновременными или совпадающими являются такие импульсы, промежуток времени между соответствующими точками которых меньше разрешающего времени схемы совпадений .  [10]

Для получения надежных результатов при большой загрузке спектрометра ( — 105 см — 2с — 1) необходимо выбирать время задержки и разрешающее время схемы совпадений такими, чтобы отношение полезных отсчетов к ложным было максимальным. Из анализа временного распределения следует, что для этого время задержки и разрешающее время схемы совпадений должны быть выбраны возможно минимальными.  [12]

Результаты расчета и анализа характеристик сцинтилляционного спектрометра быстрых нейтронов с бороводородным сцинтиллятором показали, что из всех рассмотренных составов наиболее подходящим для спектрометра является состав II, т.е. смесь равных количеств ксилола ( или фенилциклогексана) с триме-тилборатом при обогащении бора В10 до 80 %, которая залита в кювету 080 мм. Разрешающее время схемы совпадений при использовании этого сцинтиллятора должно быть 1 5 мкс.  [14]

Потеря информации в статистическом режиме происходит из-за конечного разрешающего времени схем совпадений. Разрешающим временем тр схемы совпадений называется то минимальное время т, между центрами сигналов, при котором импульсы, считаются еще несовпавшими.  [15]

Поправки на мертвое время счетчиков и электронной аппаратуры

При измерении числа событий (например, числа прохождений быстрых частиц через счетчик) приходится вносить поправки, связанные с тем, что после очередного срабатывания счетчик и связанная с ним электронная аппаратура в течение некоторого времени оказываются нечувствительными или не вполне чувствительными к прохождению следующей частицы. Для упрощения задачи обычно пренебрегают периодом неполной чувствительности и делят время на два участка – участок полной и участок нулевой чувствительности. Время нулевой чувствительности обычно называют мертвым временем аппаратуры. В показания счетчиков должна вводиться поправка на мертвое время.

Пусть установка за время измерений t зарегистрировала N событий. Обозначим через τ мертвое время установки после импульса. Полное время нечувствительности, очевидно, составило за этот период Nτ. Обозначим через NИСТ число событий, которое сосчитала бы за время t установка, не обладающая мертвым временем. Из этих событий в среднем NистNτ/t приходится на мертвое время установки и оказалось пропущенным. Имеем, следовательно,

Читайте так же:
Ответственность за не установка общедомового счетчика

Формула (П.20) позволяет вносить поправки на мертвое время счетчиков и электронной аппаратуры и находит широкое применение при обработке опытных данных. Следует, однако, помнить, что применимость этой формулы ограничена случаем, когда поправки малы. При больших поправках следует, например, принимать во внимание время неполной чувствительности (частицы, прошедшие в этот период, могут не только не регистрироваться, но и продлевать мертвое время установки). Формула (П.20) не является в этом случае удовлетворительной, и сама нуждается в уточнении. Уточнение формулы, впрочем, обычно не имеет большого смысла, так как при малых поправках все формулы дают практически совпадающие результаты, а при больших поправках вид точной формулы сильно зависит от особенностей применяемой аппаратуры и никогда не бывает сколько-нибудь хорошо известен.

Заметим, что вид формулы (П.20) существенно связан со случайным характером распределения регистрируемых частиц во времени. В самом деле, пусть /t = 0,2. Это означает, что суммарное мертвое время счетчиков составляет пятую часть всего времени их работы. При равномерном распределении импульсов установка успевала бы восстановить свою работоспособность задолго до прихода следующей частицы, и никаких просчетов не наблюдалось бы. Просчеты появляются только из-за нерегулярного прихода следующих частиц.

При работе с электронной аппаратурой нередко возникают случаи, когда распределение импульсов во времени, не будучи равномерным, не является все-таки вполне случайным, как это имеет место для прохождений частиц через счетчик Гейгера. Такие случаи возникают, например, при регистрации частиц установкой, содержащей механический регистратор и электронную пересчетную схему. При не очень больших коэффициентах пересчета мертвое время такой установки определяется самым медленно действующим ее звеном – механическим счетчиком. В тех случаях, когда загрузка механического счетчика велика, установка начинает давать просчеты. Эти просчеты не могут, однако, быть учтены с помощью формулы (П.20), так как приходящие с пересчетной схемы на механический счетчик импульсы распределены во времени существенно равномернее, чем импульсы, поступающие на вход пересчетной схемы. Для уяснения вопроса приведем следующее простое рассуждение.

Пусть на вход пересчетной схемы в секунду поступает в среднем N случайно распределенных во времени импульсов, и пусть коэффициент пересчета равен n. На выходе пересчетной схемы образуется в среднем N/n импульсов в секунду.

Средний промежуток времени, разделяющий два импульса на входе пересчетной схемы, равен, очевидно, 1/N, а стандартное отклонение этого времени, грубо говоря, равно ему самому (см. ниже).

На выходе пересчетной схемы средний промежуток времени t между импульсами составляет n/N. За время t через схему проходит в среднем Nt частиц. Стандартное отклонение этого числа составляет . Разделив на среднюю скорость счета, найдем среднюю флюктуацию времени t:

Наибольший интерес представляет не сама флюктуация времени, а его относительная флюктуация

Как видно из (П.21), величина флюктуации сильно зависит от n. Если при работе без пересчета (n = 1) средняя флюктуация времени между двумя импульсами, как уже отмечалось, равна среднему значению этого времени, то при n = 16 она равна уже всего 1/4, при n = 64 – всего 1/8 этого времени и т. д.

Более равномерное распределение импульсов существенно улучшает условия работы механического счетчика, включенного после пересчетной схемы. Формула (П.20), в частности, дает при этом сильно завышенные результаты и непригодна для расчетов.

Разработка универсального счетчика импульсов

В производстве и на конвейерных линиях часто возникает задача подсчета продукции или операций оборудования. Во многих случаях станки уже имеют комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих получить данную информацию. Также существуют специализированные счетчики, адаптированные под конкретную задачу или оборудование. Но при наличии разнотипного оборудования затраты на программное сопряжение становятся существенными. Хотелось бы иметь простой универсальный счетчик, который легко адаптируется под разные задачи и передает события на сервер для дальнейшей аналитики. Об опыте разработке такого счетчика и пойдет речь в данной статье.

Читайте так же:
Счетчик топлива фланцевый vzo 25

Оптические датчики и их особенности

Чаще всего при подсчете продукции или отслеживании механического перемещения внешним датчиком используются оптические датчики барьерного, рефлекторного или диффузионного типа.

Рисунок 1. Типы датчиков (И - источник, П - приемник, О - объект).

Рисунок 1. Типы датчиков (И — источник, П — приемник, О — объект).

Принцип работы барьерного датчика очень простой — имеются разнесенные в пространстве источник света и приемник, между ними проходят объекты, тем самым закрывая источник света от приемника. Полученный сигнал с фотоприемника коррелирует с прохождением объекта и практически не требует обработки. Однако системы с таким датчиком не лишены недостатков — обычно это несколько модулей, требуется прокладка кабелей и юстировка оптической системы. В случае рефлекторного и диффузионного типа датчиков установка проще, так как источник и приемник находятся в одном корпусе. Рефлекторный датчик принимает отраженный от объекта или специальной отражающей метки свет, а диффузионный — рассеянный, учитывая при этом его интенсивность. Но для датчиков этих типов полученный сигнал требует дальнейшей обработки. Вне зависимости от выбранного типа датчика, для счета обычно используется независимый микрокомпьютерный или микропроцессорный блок как отдельное устройство.

Первый прототип датчика

Так как нам хотелось бы иметь устройство в едином корпусе, максимально адаптируемое под разные задачи, было решено: во-первых, использовать датчик работающий на отражение, во-вторых, реализовать блок подсчета на встроенном компьютере.

За отправную точку было решено взять аналоговую часть универсального тахометра, который работает на отраженном свете. В этом случае на движущийся механизм (например, вал) крепится яркая светоотражающая метка, наводится луч света, и прибор показывает частоту вращения. Источником света может выступать как лазер, так и обычный светодиод. В первом прототипе нашего счетчика импульсов за источник света был взят светодиод, использовалась линза с фокусным расстоянием 35 мм. На одном операционном усилителе был собран компаратор, на другом буферный элемент. Также была собрана цепочка, обеспечивающая плавающий порог срабатывания компаратора.

Рисунок 2. Первый прототип датчика - принципиальная схема.

Рисунок 2. Первый прототип датчика — принципиальная схема.

Испытания показали работоспособность в диапазоне 10-30 см с очень контрастными метками (использовали световозвращающий скотч). Но такой результат нас еще не устраивает, так так датчик на просвет работает на значительно больших расстояниях. Также система оказалась чувствительна к включению/выключению освещения в помещении, и при использовании подобного подхода от этого недостатка избавиться не получится.

Второй прототип датчика

В следующей версии для улучшения чувствительности и расстояния срабатывания датчика добавили гистерезис, настраиваемый с помощью подстроечного резистора. Остальные элементы были подобраны эмпирически в предыдущих опытах.

Рисунок 3. Второй прототип датчика - принципиальная схема.

Рисунок 3. Второй прототип датчика — принципиальная схема.

Второй прототип работал лучше предыдущего — увеличилось расстояние срабатывания и снизились требования к отражающим характеристикам меток. Однако все еще имеется ряд проблем. Во-первых, на низкой скорости движения объектов был замечен пропуск импульсов. Это связано с тем, что схема плавающего порога успевала подстроиться под изменения. Во-вторых, при глянцевой поверхности объекта счетчик давал много ложных срабатываний, так как не хватало гистерезиса. Но поднимать гистерезис бесконечно нельзя, система просто перестанет реагировать на обычные метки. И в-третьих, что самое печальное, в некоторых случаях счетчик ловил пульсацию бюджетного освещения в производственных помещениях.

Третий прототип датчика

В результате проведенных опытов стало понятно, что нельзя обойтись без дополнительной настройки системы, которую можно осуществить только с помощью микроконтроллера. Также для исключения влияния помех от фонового освещения решили добавить модуляцию опорного сигнала и преобразование Фурье на приемнике. Корпус уже был разработан и изготовлен на предыдущих этапах, и нам хотелось вписаться в его габариты. Так выбор пал на практически единственный вариант — STM32G030J6M6 Cortex — M0+ c ADC 2.5Msps в корпусе SOIC-8. Отличное решение для непрерывной обработки данных от АЦП. Общение с микроконтроллером осуществляется по шине I2C.

Читайте так же:
Обнулить счетчик картриджа ксерокс

Рисунок 4. Третий прототип датчика - принципиальная схема.

Рисунок 4. Третий прототип датчика — принципиальная схема.

На операционном усилителе собран трансимпедансный усилитель тока фотодиода. Лазер модулируется дискретным сигналом от таймера, потому что в данном случае нет необходимости получать чистый синус. Для совместимости с предыдущими решениями был сделан дискретный вывод для использования аппаратного счетчика событий (1й пин разъема P1), а конфигурация осуществляется один раз при старте системы. Таким образом, сохраняется полная преемственность с уже написанным ПО.

В микроконтроллере реализованы генерация сигнала ШИМ, обработка оцифрованных данных и общение по I2C. За генерацию ШИМ отвечает таймер, синхронизированный с АЦП. Данные передаются в память по DMA и обрабатываются по половинам — пока заполняется первая половина буфера, вторая анализируется. Сам алгоритм обработки данных получится следующий:

Рисунок 5. Алгоритм обработки данных

Рисунок 5. Алгоритм обработки данных

Микрокомпьютер

С оптическим датчиком разобрались, теперь вернемся к самому устройству. Помимо датчика, нам также нужно реализовать подсчет импульсов и отправку данных на сервер для дальнейшей аналитики. Со всем этим справится одноплатный компьютер. Основные требования к нему следующие:

возможность запускать программу на Python 3,

место для пары сетевых библиотек,

интерфейсы Ethernet и Wi-Fi для связи с сервером,

питание по micro USB или PoE,

производительность — не критично,

время включения — не более 2 минут,

хранилище данных не требуется, так как мы хотим передавать их на сервер, и буфера в оперативной памяти будет достаточно.

Сначала мы использовали Orange Pi zero, однако, учитывая их немалые габариты и невозможность нормально сделать PoE, решено было поискать другие варианты. Так взгляд пал на одноплатный компьютер VoCore, характеристики которого полностью подходили под задачу. Изучив предложения на китайском рынке, был найден очень похожий вариант выпускаемый массово — процессор RT5350, 32Mb RAM, 8/16Mb Flash.

Рисунок 6. Одноплатный компьютер VoCore.

Рисунок 6. Одноплатный компьютер VoCore.

Он немного больше, чем оригинальный VoCore, зато под модулем остается место для размещения компонентов, а также у модуля есть удобный разъем для подключения к основной плате. Схематика незначительно отличается от оригинального VoCore, так что конфигурацию от VoCore можно легко адаптировать под китайского товарища.

Конструктив

Рисунок 7. 3Д модель счетчика.

Рисунок 7. 3Д модель счетчика.

Для удобство калибровки системы было решено дать одну степень свободы оптическому датчику, разместив его в отдельной поворотной голове.

Рисунок 8. Поворотная часть корпуса.

Рисунок 8. Поворотная часть корпуса.

От люфта и случайного поворота защищает пружина и фрикционная шайба. Для большинства задач этого оказывалось достаточно. Материнская плата, модуль PoE и сам компьютер расположены максимально компактно в основной части корпуса.

Рисунок 9. Основная часть корпуса.

Рисунок 9. Основная часть корпуса.

Так как партии пока относительно небольшие корпус изготавливается методом SLS печати.

Итак, в итоге у нас получилась следующая архитектура устройства:

вычислительный модуль (одноплатный компьютер),

основная плата, на которой расположены разъемы Ethernet, USB, I2C, светодиоды и кнопка,

плата питания (устройство может питаться как от microUSB так и от PoE).

Подсчет срабатываний

Теперь пара слов о том, как реализован подсчет срабатываний датчика. Независимо от типа датчика, алгоритм подсчета импульсов остается одинаковым. Выход датчика подключается к GPIO процессора. Количество импульсов подсчитывалось через GPIO interrupt. Для этого требуется настроить GPIO на вход и включить прерывания. Об этом хорошо написано, например, тут. Число срабатываний можно посмотреть командой cat /proc/interrupts | grep gpiolib. Если же требуется реагировать на каждое событие или записывать время его срабатывания, то уже придется написать простую программу. Данный подход хорошо себя зарекомендовал и является необходимым и достаточным источником данных для подобного класса датчиков. В случае датчика с микроконтроллером, нужно перед началом работы загрузить необходимые параметры по I2C.

Читайте так же:
Таймер счетчик счетчика внешних событий

Заключение

Итак, что мы имеем на выходе? Компактное устройство для подсчета импульсов с оптическим датчиком и готовой реализацией отправки данных на сервер по Ethernet или WiFi. Была реализована передача данных по MQTT. Адаптивная архитектура также позволяет легко подключать практически любой другой датчик по I2C или SPI через переходник. На данный момент имеются такие варианты счетчиков: лазерный с аналоговой обработкой сигналов, лазерный с цифровой обработкой сигналов, а также индукционный счетчик для подключения внешнего промышленного индукционного датчика. Разработанный корпус позволил осуществлять поворот оптического модуля, а также его замену на другой тип датчика. В ближайших планах хотим подключить тепловизионный датчик для мониторинга нагруженных узлов в производстве.

Z-Tower — Форум жильцов ЖК "Загорье"

Михневская, 8. Ягодная, 4, 6, 8. Новая высотка Москвы. ЖК "Загорье".

Диспетчерская: 8(499)401-01-13
Заказ пропусков на авто: 8(495)984-39-04
Охрана, центральный пост: 8(925)134-03-47

  • Ссылки
  • Z-TowerСписок форумовЖК Загорье. Z-Tower. Михневская, дом 8. Ягодная, дома 4, 6, 8.Основной форум Z-Tower

Неверное время на электросчетчиках

Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Сообщение s-urbanas » 25 сен 2018, 12:05

Re: Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Вот это не понял. Причем тут время и показания счетчика?

Re: Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Сообщение s-urbanas » 25 сен 2018, 12:47

Вот это не понял. Причем тут время и показания счетчика?

Я имею ввиду расчет по тарифу:

Т1 пик (7-00 — 10-00 , 17-00 — 21-00) — 5,16 руб.
Т2 ночь (23-00 — 7-00) — 1,35 руб.
Т3 полупик (10-00 — 17-00, 21-00 — 23-00) — 4,30 руб.

Так например в 17:00 у вас должен происходить расчет по тарифу Т3 (полупик), а по факту на счетчике 18:00 и расчеты уже производятся по тарифу Т1 (пик).

Re: Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Re: Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Сообщение ALEXON » 25 сен 2018, 17:12

Re: Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Re: Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Сообщение s-urbanas » 25 сен 2018, 17:28

Чем в итоге кончилась ваша история? Оставили все как есть или удалось прижать МЭС, чтобы те перепрограммировали счетчик? Производитель этих счетчиков рекомендовал три варианта: 1. привезти счетчик им, для перепрограммирования 2. найти стороннюю фирму, которая выезжает к заказчику сама 3. купить любой адаптер USB-RS485 и сделать все самим.

А может попросить нашу УК, чтобы та связалась с подрядной организацией для перенастройки счетчиков всего ЖК?

Re: Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Сообщение cadet » 25 сен 2018, 18:04

Re: Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Сообщение AnSab » 25 сен 2018, 18:07

Re: Неверное время на электросчетчиках

  • Цитата

Сообщение ALEXON » 25 сен 2018, 20:13

s-urbanas писал(а): Чем в итоге кончилась ваша история? Оставили все как есть или удалось прижать МЭС, чтобы те перепрограммировали счетчик? Производитель этих счетчиков рекомендовал три варианта: 1. привезти счетчик им, для перепрограммирования 2. найти стороннюю фирму, которая выезжает к заказчику сама 3. купить любой адаптер USB-RS485 и сделать все самим.

А может попросить нашу УК, чтобы та связалась с подрядной организацией для перенастройки счетчиков всего ЖК?

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector