Раздел 10. Измерение параметров сигналов

10.1. Измерение частоты (общие сведения)

_{Частота колебаний является важнейшей характеристикой переменного тока, а измерение частоты – одно из основных задач, решаемых в радиотехнике и электронике. Частотой колебаний называют число полных колебаний в единицу времени:}

_(10.1)

_{где – интервал времени, за которое совершается N колебаний. Для гармонических колебаний частота :}

_{где T – период колебаний.}

_{В зависимости от участка частотного спектра и допустимой погрешности для измерения частоты применяют различные способы и приемы измерения, основанные как на использовании методов непосредственной оценки, так и методов сравнения.}

_{На основе метода сравнения реализуются осциллографические способы измерения частоты. К приборам, работающим по методу непосредственной оценки, относятся электронно-счетные (цифровые) частотомеры.}

_{Электронно-счетный частотомер.}

_{Принцип действия электронно-счетного частотомера основан на измерении частоты в соответствии с ее определением (10.1), т.е. на счете числа импульсов за известный, стабильный по длительности интервал времени. Переменное напряжение, частоту которого необходимо измерить, преобразуют в последовательность коротких импульсов с частотой следования, равной . Если сосчитать число импульсов N за интервал времени , то частота:}

_{Структурная схема электронно-счетного частотомера изображена рис.10.1.}

Рисунок 10.1 Структурная схема электронно-счетного частотомера

_{Сигнал частоты поступает на усилитель-формирователь импульсов УФ, который преобразует синусоидальное напряжения измеряемой частоты в последовательность однополярных импульсов. Частота следования этих импульсов равна измеряемой частоте. Импульсы поступают на вход 1 временного селектора ВС. На вход 2 селектора поступает импульс строго определенной длительности. Длительность этого импульса задается генератором высокой частоты ГВЧ с кварцевой стабилизацией и делителем частоты с коэффициентом деления . Частота генератора с кварцевой стабилизацией обычно равна единицы или 5 МГц, и, следовательно, период колебаний равен единицы или 0,2 мкс. При такой длительности времени счета измерять частоты, равные или меньше , невозможно. Поэтому после кварцевого генератора включают декадные делители частоты, на выходе которых образуются частоты в раз ниже частоты генератора, т.е. 100,10 и 1 кГц,100,10,1,0,1 Гц. Таким образом, длительность импульса, определяющего время счета, можно устанавливать степенями от до 10 с. Измеряемая частота при этом определяется по формуле:}

_{Импульс длительностью формируется в блоке управления БУ. Импульсы измеряемой частоты (стробирующие импульсы ) поступают на электронный счетчик импульсов лишь тогда, когда ко входу 2 селектора приложен импульс длительностью . С выхода счетчика информация о числе импульсов , его заполнивших, в виде двоичного кода подается через дешифратор на цифровое отсчетное устройство ( табло ), на котором в цифровом виде фиксируется результат измерения в единицах частоты. Измерение производится повторяющимися циклами, задаваемыми блоком управления.}

_{Одновременно с воздействием на временной селектор управляющее устройство выдает импульсы для автоматического сброса показаний цифрового индикатора и освобождения электронного счетчика от накопления информации, а также для приведения в исходное положения дешифратора и делителя частоты. Для того, чтобы оператор имел возможность провести отсчет показаний по цифровому табло, в управляющем устройстве предусмотрена блокировка временного селектора на некоторый интервал времени, в течении которого на табло сохраняются показания. Этот интервал времени называется временем индикации}

И может регулироваться оператором в пределах нескольких секунд. В частотомере предусмотрены автоматический и ручной режим измерения. В автоматическом режиме счет импульсов повторяется каждый раз по окончанию установленного времени индикации. В режиме ручного управления счет выполняется один раз при нажатии на кнопку; время индикации не ограничивается.

Следует отметить, что для измерения низких частот применение электронно-счетного частотомера нецелесообразно, так как погрешность измерения недопустима велика.

Для того чтобы обеспечить приемлемую погрешность измерения низких частот, переходят к измерению периода с последующим пересчетом в частоту. Принцип измерения периода аналогичен рассмотренному принципу измерения частоты с той разницей, что временной селектор открывается импульсом, формируемым из напряжения, период

которого необходимо измерить, а длительность этого периода определяется подсчетом импульсов , получаемых от высокостабильного генератора. Если на счетчике прошлоимпульсов с частотой следования, то измеряемый период:

Современные электронно-счетные частотомеры кроме измерения частоты и периода колебаний могу измерять отношения частот ( при наличии двух входов ) вести подсчет импульсов, длительность импульса, выдавать калиброванные частоты, быть подключены через соответствующий порт к цифровым системам передачи измеряемой информации. Основными характеристиками электронно-счетных частотомеров являются:

• Чувствительность по входу;

• Диапазон измеряемых частот;

• Относительная погрешность измеряемых параметров;

• Время индикации результатов измерений;

• Режимы работы прибора.