Презентация на тему Цифровые методы измерения частоты и интервалов

Т - наименьший интервал времени, через которые повторяются мгновенные

значения U(t). U(t) = U( t+T )

Классификация приборов для измерения частоты и интервалов времени

Угловая частота ω ω = 2 π f
ω - изменение фазы гармонического сигнала в единицу времени.

f = 1 / T - частота периодического сигнала.
Частота f - число идентичных событий в единицу времени.

измерениях оценивается изменение частоты во времени – нестабильность частоты.
Долговременная

нестабильность – систематическое смещение частоты за длительное время
Кратковременная нестабильность – определяется флуктуационными изменениями частоты.
Граница между долговременной и кратковременной нестабильностью условна; определяется путем указания интервала времени измерения.

– стандарты частоты и времени;
Ч2 –

резонансные частотомеры;
Ч3 – электронно-счетные частотомеры;
Ч4 – гетеродинные, мостовые и емкостные частотомеры;
Ч5 – синхронизаторы и преобразователи частоты;
Ч6 – синтезаторы, делители и умножители частоты;
Ч7 – приемники сигналов эталонных частот, компараторы и синхрометры;
Ч8 – преобразователи частоты в другую электрическую величину.

событий за интервал времени измерения и делением полученного числа

на этот интервал (по определению частоты) ;

2. путем сравнения с частотой источника образцовых колебаний (сравнение с мерой) .

перезаряда конденсатора (низкая точность, ограниченный частотный диапазон) – не

используются сейчас;
резонансный метод;
метод сравнения (гетеродинные частотомеры);
метод дискретного счета (цифровой);
осциллографический метод

В настоящее время серийно выпускаются только электронно – счетные (цифровые) частотомеры.

интервалов времени Δtx, отношения частот f1 / f2 и

нестабильности частоты.

При комплектовании ЦЧ соответствующими преобразователями ЦЧ превращаются в ЦВ и мультиметры.

Цифровые частотомеры - в основном, приборы прямого преобразования ( осуществляется счет числа идентичных событий за определенный интервал времени ).

базы) различают:

ЦЧ мгновенных значений (измеряют fx за один

период колебаний Tx );

ЦЧ средних значений (измеряют fx путем подсчета числа периодов Tx за интервал времени измерения Ти > Tx и деления полученного числа на Ти.

– формирующие устройства. Преобразуют гармонические сигналы в короткие импульсы,

соответствующие моментам перехода сигналов через нуль (при увеличении сигнала или при уменьшении сигнала).

БОЧ – блок образцовых частот. В качестве БОЧ применяется кварцевый генератор с системой делителей и умножителей частоты.

на вход ВУ1,
Блок образцовой частоты БОЧ подключается к ФУ2.

Число импульсов N, зафиксированное счетчиком, связано с Tx и Tи соотношением:

Tи = N · Tx fx = N / Tи

При Ти = 10n cекунд ( n = 0; ±1; ±2…) показание счетчика
соответствует fx.
→ Прямоотсчетный интегрирующий ЦЧ.

к ФУ1.
Интервал времени измерения задается величиной Tx , а

счетными являются импульсы, сформированные БОЧ.

Tx = N ( T0 / 10n )

где 10n (n = 0; ± 1; ± 2…) - коэффициент умножения f0.

При достаточно больших значениях Tx и n частоту можно измерить за один период сигнала ‑ неинтегрирующий ЦЧ.

В практических схемах ЦЧ в общем случае интервал времени измерения выбирается равным 10m Tx (m =0, 1, 2,…), поэтому:
Tx = N ( T0 / 10n+m)

частоты f1 подается на вход ВУ1,
сигнал меньшей частоты f2

– на вход ВУ2.

Интервал Ти формируется из сигнала частоты f2, а счету подвергаются импульсы, сформированные из сигнала частоты f1.

N = f1 / f2

интервальный (стоп) импульсы, которые фиксируют интервал времени измерения. Эти

импульсы формируются с помощью ФУ3 и ФУ4.
Счету подвергаются импульсы образцовой частоты, прошедшие селектор.

При всех режимах ЦЧ счетчик считает импульсы, прошедшие через селектор, открытый в течение времени измерения Ти.
Время измерения Ти называется временем счета.
Ти устанавливается в нc, мкc, мс, с.

; 1.5 ; 2.0 ; 2.5 ;

5.0
n = - 4 ; -5 ; …..

Значение δ0 должно нормироваться для интервалов времени из следующего ряда:
10 ; 15 ; 30 мин ; 1 ; 2 ; 8 ; 24 час 10 ; 15 ; 30 сут. ; 6 ; 12 мес.

f0 (n = 0, ± 1,

± 2 …)

m – число периодов Tx ( m = 0, 1, 2 ….)

на низких частотах
– погрешность дискретности
Способы повышения точности:
1. Переход

от измерения частоты к измерению периода (чем ниже частота, тем эффективнее становится режим измерения Tx, появляется возможность измерения частоты за один период сигнала).
2. Умножение частоты в k раз и последующее измерения частоты kfx.
3. Способ растяжки дробной части периода Tx (верньерный способ). Дробная часть периода ΔTx растягивается в k раз и вновь заполняется импульсами входного сигнала.

значение частоты fx , является быстродействие счетчика импульсов.
Для

расширения диапазона измеряемых частот:

1. Предварительное деление частоты входного сигнала

Дополнение ЦЧ гетеродинными преобразователями частоты и перенос частоты в область промежуточных (разностных) частот.
Разностная частота fр измеряется ЦЧ: fр = fx – n f0 < Δf УПЧ ,
значение измеряемой частоты находится: fx = n f0 + fр

измерители интервалов времени (ИИВ).
вид И2 - хронометры
При измерении Δtx

используются:
1. методы прямого преобразования;
2. метод сравнения.

метода преобразования Δtx в цифровой код
Основное ограничение, препятствующее

применению ЦЧ в качестве ИИВ – погрешность дискретности.

Для минимизации погрешности дискретности требуется, чтобы Δtx >> Т0.
При повторяющихся интервалах можно увеличить время счета в 10m раз и усреднить результаты измерений.

в сторону меньших значений.
стробоскопический метод;
нониусный метод.

нестабильностью ГНИ и ГСчИ.

При большом числе n нестабильность

может приводить к появлению ложных совпадений.