Цифровые частотомеры

43.6.1 Измерение частоты

 

Принцип действия цифрового (электронно-счетного) частотомера построен по схеме, в которой подсчитывается число импульсов N, соответствующее числу периодов неизвестной частоты fx за известный высокоточный интервал времени, называемый временем измерения Ти. Если за время Ти подсчитано N импульсов, то среднее значение измеряемой частоты вычисляют по формуле:

, (43.5)

 

При времени измерения Ти = 1 с количество подсчитанных импульсов (периодов) N и есть значение измеряемой частоты (Гц), т.е. f x = N.

На рисунке 43.5 приведён пример построения схемы одного из цифровых частотомеров.

 

 

Рисунок 43.1 – Схема цифрового частотомера

 


U

Входное устройство, состоящее из широкополосного усилителя и аттенюатора, предназначено для согласования частотомера с источником сигнала, а также для усиления или ограничения напряжения на входе до значения, запускающего формирователь. Последний преобразует синусоидальные или периодические импульсные сигналы в последовательность импульсов постоянной амплитуды с большой крутизной фронтов, независимо от входного сигнала, частота следования которых равна частоте измеряемого сигнала (рисунок 43.2).

 

 

Рисунок 43.2 – Временные диаграммы, поясняющие принцип работы

частотомера

 

 

Временной селектор (электронный ключ с двумя входами) открывается строб-импульсом, вырабатываемым устройством управления (схемой автоматики), на высокоточное время измерения и пропускает эти импульсы на электронный счётчик. Цифровой индикатор автоматически выдаёт результат измерения в герцах. Генератор меток времени состоит из генератора образцовой частоты 1 МГц с кварцевой стабилизацией (кварцевого генератора) и делителя частоты. Делитель частоты делит частоту кварцевого генератора 1 МГц декадными ступенями до 0,01 Гц, т.е. 100; 10; 1 кГц, 100; 10; 1; 0,1; 0,01 Гц. Полученные частоты используют для формирования высокоточного времени измерения - меток времени, равных соответственно 10-6; 10-5; 10-4; 10 -3; 10 -2; 10 -1; 1; 10; 100 с.

Устройство управления (автоматики) управляет всем процессом измерения и обеспечивает регулируемое время индикации 0,3 - 5 с результатов измерения на цифровом табло; сброс счётных декад и других схем в "нулевое" состояние перед каждым измерением; режим ручного, автоматического и внешнего пуска прибора; вырабатывает из частот, поступающих с делителей, строб-импульс, открывающий селектор на время счёта; импульс запуска цифропечатающего устройства.

Электронный счётчик, предназначенный для счёта поступающих с временного селектора N импульсов; состоит из нескольких последовательно соединённых счётных декад, каждая из которых соответствует определённому порядку частоты fx (единицам, десяткам, сотням герц и т. д.). Цифровой индикатор обеспечивает отображение результатов измерений, поступающих с дешифратора. Последний преобразует двоично-десятичный код, поступающий со счётных декад, в десятичный.

Основная особенность последовательного счёта импульса, положенного в основу работы цифровых частотомеров, состоит в увеличении погрешности измерения при уменьшении частоты.

Относительная погрешность измерения частоты:

 

, (43.6)

 

Значение первой компоненты ΔN/N погрешности дискретности зависит от соотношения времени измерения Ти ("временных ворот" селектора) и периода Тх = l/fx исследуемого сигнала. Погрешность дискретности в основном обусловлена несовпадением моментов появления счётных импульсов относительно фронта и спада строб-импульса: если Ти не­кратные числа, то погрешность счёта импульсов ΔN = 0, если же Ти и Тх - некратные числа, то значение ΔN зависит от взаимного расположения Ти и Тх, т. е. несовпадения моментов их появления; при этом максимальная абсолютная погрешность счёта импульсов ΔN не превышает одного импульса ΔN=±1, определяющего младший разряд счёта.

Значение второй компоненты погрешности ΔТИ/ТИ определяется нестабильностью частоты кварцевого генератора fo, задающего "временные ворота" прибора Ти.

Относительная погрешность времени измерения равна относительной погрешности частоты внутреннего кварцевого генератора и составляет значение порядка 10 -7, т. е. ΔТИ/ТИ = Δfo/fo=δо.

Итак, относительная погрешность измерения (%) частоты:

 

, (43.7)

 

или, если учесть δо= 10-7 , то

 

, (43.8)

 

где fx - измеряемая частота, Гц.

Как следует из (43.8), относительная погрешность измерения частоты исследуемого сигнала при прочих равных условиях зависит от его значения. Относительная погрешность измерения частоты ничтожна при измерении высоких частот и велика при измерении низких частот. Например, если fx = 10 МГц, Ти = 1 с, то δf = 2 ∙ 10-5 %; если fx = 10 Гц, Ти = l c, тo δf=10 %.

Следовательно, при измерении высоких частот погрешность обусловлена в основном нестабильностью кварцевого генератора, а при измерении низких частот - погрешностью дискретности. Для уменьшения погрешности измерения низких частот необходимо увеличить время измерения, но это не всегда возможно, поэтому в цифровых частотомерах либо применяют умножители, позволяющие повышать измеряемые частоты в 10п раз, либо переходят от измерения частоты исследуемого сигнала к измерению его периода Тх с последующим вычислением значения измеряемой частоты по формуле fx= 1/TX.








Дата добавления: 2015-01-13; просмотров: 4814;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2026 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.008 сек.