Ознакомление с принципом работы

1. Цифровые частотомеры (ЦЧ) предназначены для измерения среднего или мгновенного значения частоты периодического сигнала, а также абсолютного или относительного отклонения частоты от номинального значения. Принцип действия ЦЧ среднего значения заключается в подсчете числа периодов Тх неизвестной частоты f_x за образцовый интервал времени Т_о, формируемый прибором. Результат измерения:

N =Т_x/Т_о=1/T_of_x.

2. Структурная схема ЦЧ среднего значения изображена на рисунке. Генератор образцового интервала времени ГОИВ, состоящий из генератора импульсов ГИ и формирователя временного интервала ФВИ, вырабатывает прямоугольный импульс U_то длительностью То, в течение которого открыт ключ К, и импульсы Un(t) измеряемой частоты fx, сформированные из входного напряжения Ux(t) усилителем-формирователем УФ, поступают в счетчик Сч. Количество импульсов N, подсчитанное Сч, пропорционально измеряемой частоте. Результат измерения индицируется ЦСОИ.

Проведение эксперимента

1. Запустим осциллограф по ранее собранной схеме в режиме измерения частоты:

2. Судя по тому, что измеряемая частота имеет значение 5 Гц – а период – 30 секунд, то выходное значение N должно иметь вид числа порядка 1/150 - а значит в работе осцилографа есть ошибка!

3. Причины появления погрешности в цифровом измерители частоты сходны с причинами таковых при измерении периода – несовпадение начала исследуемой волны с образцовой.

4. Следовательно природа и формулы значений погрешностей будут сходными:

_КВ =  1/N =  1/T₀f_x

5. Подтвердим это рядом замеров. Результаты замеров и соответствующих расчётов внесём в таблицу 2.

Таблица №2

№ замера	1	2	3	4	5
То (сек)	30	30	30	30	30
Fх (Гц)	5	6	7	8	9
N	0.571	2.857	6.286	4	2.778
КВ	1.75	0.35	0.16	0.25	0.36

6. Абсолютная погрешность квантования включает в себя два слагаемых: t₁ и t₂. Погрешность t₁ можно устранить, осуществляя запуск ГОИВ от фронта входного сигнала. Тогда t₁=0, а максимальная относительная погрешность квантования

_КВ^’ = - 1/T₀f_x

Погрешность квантования можно также уменьшить, если запуск ГОИВ осуществить в момент, соответствующий середине периода измеряемой частоты. В этом случае погрешность квантования уменьшится вдвое. При заданной погрешности измерения максимальное значение образцового интервала времени Т_о обратно пропорционально нижней частоте f_Xmin диапазона измерения. Поэтому ЦЧ среднего значения нецелесообразно применять при измерении низких частот, так как время измерения при этом значительно возрастает.

7. Частотомеры мгновенного значения предназначены для измерения в диапазоне низких и инфранизких частот.

8. Принцип работы ЦЧ мгновенного значения основан на измерении периода T_x=N_T/f_o, который определяет частоту

f_x = f₀ / N_T.

Все существующие схемы ЦЧ мгновенного значения отличаются только способом преобразования результата измерения периода в обратно пропорциональную величину. В последних моделях ЦЧ для этого используются встроенные вычислительные устройства на базе микропроцессоров.

Частотомеры номинальных значений (ЧН) и процентные частотомеры (ПЧ) предназначены для точного измерения отклонения частоты от номинального значения в узком диапазоне частот.

Цифровые фазометры