Измерение частоты методом дискретного счета

Данным методом проводят измерения средней частоты периодического сигнала. Оно заключается в прямом сравнении значения f_x измеряемой частоты с дискретным значением f_обр образцовой частоты, воспроизводимым мерой в качестве единицы. Для этого находят путем дискретного счета число N, показывающее, во сколько раз f_x больше f_обр:

.

Средняя за интервал D T частота периодического сигнала определяется как отношение числа N периодов сигнала к значению D T. Следовательно, если выбрать интервал времени: D T = 1/ f_обр, сосчитать N за этот интервал и вычислить отношение N /D T, то найдем f_x.

Для измерения частоты следования импульсов необходимо:

· сформировать стробирующий импульс (временные ворота) длительностью D T = T_обр;

· заполнить временные ворота импульсами, следующими с частотой f_x;

· сосчитать число N импульсов, попадающих в ворота;

· вычислить f_x = N / D T.

Для измерения частоты f_x непрерывного периодического сигнала (например, синусоидального) достаточно преобразовать исследуемый сигнал в периодическую последовательность либо коротких импульсов, моменты появления которых соответствуют моментам перехода синусоидального сигнала через нулевой уровень с производной одного и того же знака, либо в периодическую последовательность импульсов, соответствующих положительным полупериодам исходного сигнала.

В результате возникает периодическая последовательность импульсов с периодом следования, равным периоду исследуемого сигнала. Исходную частоту находят из формулы f_x = N /D T. Это среднее значение частоты за интервал D T.

Структурная схема электронно-счетного частотомера в режиме измерения частоты представлена на рис. 5.1 а, а соответствующие ей временные диаграммы – на рис. 5.1 б. Периодический сигнал, частоту f_х которого необходимо измерить, поступает на входное устройство прибоpа ВхУ. После усиления или ослабления во входном блоке сигнал подается в формирующее устройство ФУ, где преобразуется в периодическую последовательность импульсов с частотой следования f_х. Эти импульсы подводятся к первому входу временного селектора ВС и походят через него в электронный счетчик ЭСч, если на втором входе селектора имеется стробирующий импульс (длительностью D Т). Так как период выходного сигнала кварцевого генератора Г_кв мал, то для получения требуемой длительности стробирующего импульса в схеме предусмотрен делитель частоты ДЧ, на выходе которого частота в 10 ^п (п = 1, 2, 3, …, 7) раз меньше частоты Г_кв . Из периодической последовательности импульсов, образующейся на выходе делителя частоты, управляющее устройство УУ формирует стробирующий импульс (длительностью D Т), подаваемый на второй вход временного селектора и определяющий продолжительность счета. Таким образом, на ЭСч поступает цепочка импульсов с N= f_x ∙Δ T. Эта информация через дешифратор ДШ поступает на цифровой индикатор ЦИ. Так как Δ T= 10 ^п / f_кв , измеряемая частота определяется выражением

.

Управляющее устройство выдает также импульсы сброса на дешифратор, цифровой индикатор, электронный счетчик и делитель частоты. В УУ предусмотрена также блокировка ВС на время индикации показаний на цифровом табло. Частотомер может работать в автоматическом или ручном режиме. В автоматическом режиме счет импульсов производится каждый раз, когда заканчивается установленное время индикации, при ручном управлении счет выполняется один раз при нажатии на кнопку, время индикации при этом не ограничено.

Погрешности измерения складываются, в основном, из погрешности меры и погрешности сравнения. Погрешность меры определяется нестабильностью частоты кварцевого генератора, она ощутима при измерении очень высоких частот. Погрешность сравнения определяется главным образом погрешностью дискретности. Максимальное значение относительной погрешности дискретности при измерении частоты:

. (5.1)

Предел основной допускаемой абсолютной погрешности цифрового частотомера характеризуется выражением

,

где d_кв – общая погрешность меры (кварцевого генератора).

Способы уменьшения погрешности дискретности при измерении частоты:

1) увеличение длительности временных ворот (продолжительности измерения);

2) увеличение числа импульсов, заполняющих временные ворота, достигаемое

умножением частоты исследуемого сигнала;

3) проведение многократных наблюдений и усреднение их результатов;

4) непосредственное измерение периода исследуемого сигнала с последующим

вычислением частоты.

Поиск по сайту: