2.4 Измерение частоты, интервалов времени и фазового сдвига.
Цифровые частотомеры.
Частотомеры- приборы, измеряющие частоту. Измерение частоты методом непосредственной оценки производится цифровыми-счетными частотомерами. Цифровые частотомеры предназначаются для точных измерений частоты импульсных сигналов в диапазоне 10Гц-50ГГц; используются для измерения отношения частот, периода , длительности импульсов, интервалов времени.
Поскольку цифровые частотомеры являются многофункциональными измерительными приборами, то в зависимости от режима их работы можно проводить измерение не только частоты и отношения двух частот, но и интервалов времени (периода следования периодических сигналов и интервала, заданного временным положением двух импульсов).
Исследуемый гармонический сигнал частоты fx подается на входное устройство (ВУ), усиливающее или ослабляющее его до значения, требуемого для работы последующего устройства частотомера .Снимаемый с выхода ВУ гармонический сигнал u1 поступает на формирователь импульсов (ФИ), преобразующий его в последовательность коротких однополярных импульсов и2, следующих с периодом Тх = 1/fx и называемых счётными.
Счётные импульсы и2 поступают на один из входов временного селектора (ВС), на второй вход которого от устройства формирования и управления (УФУ) подается строб-импульс u3 прямоугольной формы и калиброванной длительности T0 > Tx. Интервал времени T0 называют временем счета.
Временной селектор открывается строб-импульсом u3 ,и в течение его длительности пропускает группу (пакет) из Nx импульсов и2 на вход счетчика (СЧ). В результате с временного селектора на счетчик поступает пакет из Nx импульсов.
Число импульсов в пакете Nx = T0 / Tx = T0fx и, следовательно, измеряемая частота пропорциональна числу счетных импульсов, поступающих на счетчик:
fx= Nx / T0
Для формирования строб-импульса на устройство УФУ поступают короткие импульсы с периодом T0 от схемы, включающей кварцевый генератор (КГ) образцовой частоты fкв и декадный делитель частоты (ДДЧ) следования импульсов с коэффициентом деления Кд (каждая декада уменьшает частоту fкв в десять раз). Период импульсов на выходе декадного делителя частоты и длительность строб-импульса равны периоду сигнала на выходе делителя частоты, т.е. T0 = Кд / fкв. Поэтому выражение (10.5) удобнее представить в виде
fx = Nx fкв / Кд
Счетчик подсчитывает число импульсов Nx и выдает соответствующий код в цифровое отсчетное устройство (ЦОУ). Отношение fкв/Кд выбирается равным 10n Гц, где п — целое число. При этом ЦОУ отображает число Nx , соответствующее измеряемой частоте fx в выбранных единицах. Например, если за счет изменения Кд выбран коэффициент п = 6, то число Nx , отображаемое на ЦОУ, соответствует частоте fx, выраженной в МГц. Перед началом измерений УФУ сбрасывает показания счетчика в нуль.
Измерение частоты осциллографом.
Частоту исследуемого сигнала можно определить, если сигнал измеряемой частоты подать на У-вход осциллографа, использовать линейную развертку и получить на экране несколько периодов исследуемого сигнала.
Измерение временных интервалов.
Измерение интервала времени производят преобразованием интервала в пропорциональное ему число импульсов.
Можно измерить интервал времени с преобразованием масштаба времени. Суть преобразования масштаба времени заключается в том, что значение измеряемого интервала преобразуется в импульс.
Можно измерить временной интервал методом сравнения временных интервалов. Измеритель интервалов предназначен для измерения временных интервалов периодических процессов микросекундного диапазона длительностей.
Измерение сдвига по фазе осциллографом.
Сдвиг по фазе рассчитывают по параметрам, измеренным с изображения на экране – по осциллограммам напряжения при линейной развертке и фигурам Лиссажу при круговой развертке.
Вопросы для самоконтроля
Дайте определение частоты.
Как производится измерение частоты цифровым частотомером?
Как производится измерение частоты осциллографом?
Лабораторная работа №7
Измерение частоты сигнала частотомером.
Изучение методов измерения частоты цифровым частотомером.
Вопросы для самоконтроля:
Поясните принцип измерения частоты цифровым частотомером.
Поясните принцип измерения периода цифровым частотомером.
Лабораторная работа №8
Измерение фазового сдвига электронным осциллографом.
Измерение фазового сдвига по осциллограммам напряжения при линейной развертке и по фигурам Лиссажу.
Вопросы для самоконтроля:
1. Поясните метод измерения сдвига по фазе в режиме линейной развертки.
2. Поясните метод измерения сдвига по фазе по фигурам Лиссажу. (по фигуре эллипса)