Уменьшение погрешности дискретности

Из-за больших погрешностей дискретности низкие частоты непосредственно измеряются электронно-счетным частотомером с невысокой точностью. Известны несколько способов повышения точности измерения:

1. Увеличение продолжительности временных ворот . В частотомерах предусматривают максимальные длительности ворот = l0 с и редко = 100 с.

2. Применение умножителей частоты. Например, умножитель частоты ЯЗЧ-28 уменьшает погрешность измерения в раз.

3. Синхронизация фронта временных ворот с импульсом, задающим начало периода , а также измерение дробной части отношения . Аппаратурная реализация этого способа сравнительно сложна.

4. Переход от измерения частоты синусоидального сигнала к измерению его периода.

Измерение периода принципиально не отличается от измерения интервалов времени. Оно сводится к подсчету числа импульсов, следующих с частотой, равной частоте напряжения кварцевого генератора частотомера, и заполняющих измеряемый период .

Рис. 8.3. Структурная схема частотомера в режиме измерения периода

Сигнал подается на вход Б прибора (рис. 8.3). Формирователь 2 канала Б преобразует синусоидальное напряжение в последовательность коротких импульсов с периодом следования . В схеме управления из них формируется стробирующий импульс длительностью , подводимый ко входу 2 временного селектора. На формирователь 1 (канала А) подается напряжение кварцевого генератора, из которого формируются короткие импульсы с периодом следования 1/ . Эти импульсы поступают на вход 1 селектора. Измеряемый период связан с показанием счетчика m и частотой кварцевого генератора соотношением

(8.8)

Погрешность меры при измерении периода та же, что и при измерении частоты, т. е. .

Погрешность дискретности получается во много раз меньшей, чем при измерении частоты. Она тем меньше, чем больше и выше . Поэтому в схеме кварцевого генератора предусмотрены умножители, увеличивающие частоту .

При измерении периода значительный вес может иметь погрешность преобразования, обусловленная действием шумовых помех при формировании временных ворот (ее называют погрешностью запуска триггера). Среднеквадратическая относительная погрешность запуска триггера при измерении периода

, (8.9)

где – среднеквадратическое значение напряжения помехи; – амплитуда напряжения сигнала; – отношение сигнал/помеха.

Эта погрешность получается в q раз меньшей, если измеряются q периодов.

При отношении сигнал/помеха 40 дБ среднеквадратическая относительная погрешность запуска

(8.10)

Предел относительной допускаемой погрешности измерения периода, выраженной в процентах от измеряемого значения, определяется так

(8.11)

Для получения прямопоказывающего цифрового измерителя низких и инфранизких частот применяют схемы, автоматически выполняющие операцию нахождения обратной величины

Возможности электронно-счетных частотомеров

Современные цифровые частотомеры могут быть применены для решения многих измерительных задач. Основные из них:

1. Измерение частоты гармонического напряжения.

2. Измерение частоты следования импульсов. В этом случае сигналы подают на вход А и процесс измерений не отличается от измерения частоты синусоидального напряжения.

3. Измерение периода гармонического сигнала.

4. Измерение периода следования импульсов.

5. Измерение длительности импульса. Сигнал подают на вход Б; измерения аналогичны измерению периода.

6. Измерение интервала времени, заданного двумя импульсами одного источника. Импульсы подводятся ко входу Б прибора. Из них формируется стробирующий импульс, заполняемый импульсами, которые формируются из напряжения кварцевого генератора частотомера.

7. Измерение интервалов времени между двумя импульсами, поступающими от двух источников. Импульсы подаются соответственно на входы А и Б. Узлы частотомера переключаются таким образом, что оба импульса подаются на вход формирователя временных ворот. Последние имеют длительность, равную измеряемому интервалу, и заполняются импульсами одной из стандартных частот кварцевого генератора.

8. Измерение отношения двух частот . Ко входу А подводят напряжение частоты , а ко входу Б – частоты ( ). Период более низкочастотного напряжения задает временные ворота. Из сигнала более высокой частоты формируются импульсы, подсчитываемые за время, пока открыты временные ворота. Показание счетчика дает непосредственно отношение . Возможно измерение и значения , где q = . При этом временные ворота расширяются в q раз с помощью декадного делителя частоты, предусмотренного в канале Б.

9. Измерение вариации частоты.

10. Применение в качестве счетчика импульсов с ручным и автоматическим сбросом показаний.

11. Счет числа N событий (импульсов) с предварительной установкой числа N и выдачей командных сигналов начала и конца счета.

12. Применение как делителя частоты. В некоторых частотомерах с этой целью на переднюю панель выведены гнезда входа и выхода делителя частоты, включенного после кварцевого генератора. Переключатель количества декад в делителе позволяет регулировать коэффициент деления.

13. Использование в качестве источника напряжений стабильных частот. Напряжения всех частот кварцевого генератора (основной, а также получаемых на выходах делителей и умножителей) могут быть сняты со специальных гнезд. Необходимая частота устанавливается с помощью переключателя.

14. Самоконтроль работы всех узлов, за исключением кварцевого генератора.

Кроме того, возможности частотомера расширяются при работе с дополнительными блоками (для некоторых типов приборов, например, Ч3-38, – сменными):

• широкополосным усилителем, повышающим чувствительность (например, усилитель ЯЗЧ-31 повышает чувствительность прибора до 1 мВ в диапазоне 0,1 – 50 МГц);

• компаратором, повышающим разрешающую способность при сличении частот, измерении долговременной нестабильности частоты высокостабильных источников сигналов (например, компаратор ЯЗЧ-27 повышает разрешающую способность до за 1 с);

• преобразователем напряжение – частота, превращающим частотомер в цифровой интегрирующий вольтметр (например, с преобразователем ЯЗЧ-25 частотомер Ч3-38 образует вольтметр постоянного тока с пределами измерения 100 MB – 10 В и погрешностью не более 0,1 %);

• преобразователями частоты сравниваемых по фазе сигналов, которые в сочетании с частотомером образуют фазометр (например, преобразователь ЧК5-24);

• аналого-цифровым преобразователем, превращающим частотомер в измеритель отношения двух напряжений, и т. п.