Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 [ 106 ] 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

Верхний предел измерения частоты ограничивается максимальной скоростью счета счетчика импульсов, которая в настоящее время достигает нескольких гигагерц. При Тц= I с емкость счетчика импульсов

должна быть не менее 10".

Расширение частотного диапазона цифровых частотомеров, измеряющих непосредственно частоту в сторону более высоких частот (СВЧ), производится, например, вычитанием из fx известной частоты /о при помощи смесителя и последующего измерения разностной частоты. Сигнал с требуемой частотой fg обычно получается от встроенного синтезатора частот, работающего по принципу умножения частоты генератора квантующих импульсов при помощи схем ФАПЧ или формирования гармоник при помощи нелинейной цепи с последующей фильтрацией перестраиваемым или переключаемым фильтром.

Нижний предел измерения ограничивается допустимой погрешностью квантования

fx, = 100/Тцбк. При бк = 0,1 о/о и Тц = } с /л„,„ = 1000 Гц.

Нижний предел измерения частоты можно снизить, применяя умножитель частоты или увеличивая время Тц.

В универсальных цифровых частотомерах предусматривается возможность измерения отношения двух частот f и fy (рис. 8.7, б).

Если fx>fy, то импульсами с пе1риодом повторения Ту после формирователя Fy можно управлять ключом SW, который будет открыт в течение интервала времени

Ту = \/fy.

в этом случае цифровой отсчет счетчика импульсов, считающего импульш с периодом повторения Т = l/f, равен

Nx-TylT,fJfy.

Если частоты f, и fy близки по значению, то импульсы после формирователя Fy направляются в делитель частоты с коэффициентом деления п. Тогда

Nx = TynlT,f,nlfy.

При измерении низких частот с требуемой в большинстве случаев высокой точностью необходимо весьма значительное время измерения. Поэтому возникла необходимость создания цифрового частотомера низких частот с малым временем измерения Тц. В настоящее время эта задача решена применением цифрового деления в микропроцессоре взаимообратным методом, т. е. получением обратной величины

Возможен также и один из следующих способов: О умножение измеряемой частоты fxB k раз и последующее измерение частоты kfx, для этой цели применяют следящие умножители частоты с k= 100 или 1000;

2) преобразование Тл- i/x и последующее определение цифрового значения МИх,

3) определе1ше периода Тх, создание промежуточной частоты числовое значение которой равно числовому значению этого периода

и* 323



с последующим измерением периода Т„, числовое значение которого равно числовому значению fx\

4) измерение низкой частоты fx вблизи номинального значения fx цифровым частотомером номинальных значений;

5) измерение относительного отклонения измеряемой частоты в процентах fx„ цифровым процентным частотомером (п. 8.2).

Цифровые частотомеры, измеряющие среднюю частоту за 1 или п периодов, работающие в режиме измерения периода

В цифровых частотомерах (рнс. 8.7,в), работающих в режиме измерения Тх, подсчигывается число квантующих импульсов в течение-одного или нескольких п периодов Тх- На формирователь F, включенный после делителя частоты, подается напряжение частоты /л/п, на выходе F получают импульсы с периодом повторения пТх- Первый из этих двух импульсов открывает, а второй закрывает ключ SW. Через открытый в течение времени пТх ключ к счетчику проходят квантующие импульсы с периодом повторения Т. Таким образом, цифровой отсчет счетчика

Nx = пТх1Т„,

где п-число заполняемых квантующими импульсами периодов Тх.

Показания счетчика равны измеряемому периоду Тхв долях секунды. Число п, которое выбирают равным целой степени Ю, определяет положение децимальной точки. Если прибор рассматривать как частотомер, то его показания получаются обратно пропорциональными измеряемой частоте. Это неудобно, так как для определения fx нужно применять или перёсчетные таблицы, или вычислительные устройства, определяющие fx- Для устранения этого недостатка начали применять цифровые частотомеры со встроенными микропроцессорами (МП), в которых по значению Ntx МП определяет

NfllNrx.

Показания частотомера, работающего в режиме измерения периода, определяется нестабильностью частоты квантующих импульсов и погрешностями от квантования и.передачи периода Тх- Относительная погрешность от квантования цифрового частотомера, работающего в режиме измерения периода Тх, составляет

бк = 4 100 = lOO/n-y = fx m/nfo.

В измерителе периода Тх погрешность от квантования можно уменьшить, увеличивая/о. Погрешность от квантования можно уменьшить и увеличением п - числа периодов Тх, заполняемых квантующими импульсами. Если прибор является измерителем длительности одного периода, то относительная погрешность от квантования (%)

- - 100.

6. = i°==100/-;- = /xTo



Погрешность от квантования увеличивается с увеличением частоты.

Верхний предел измерения среднего за п периодов значения частоты по длительности периода определяется погрешностью квантования и скоростью счета счетчика импульсов

/х ==ек/1оого.

При бк = 0.01 о/„, „ = 1 и Го = Ю-" с fx = 1000 Гц. Нижний предел измерения частоты определяется погрешностью квантования и значением Г и может быть выбран любым:

При бк = 10-« и Го == Ю-е с = 1 Гц.

Погрешность передачи периода Гл в интервал Тх между старт-и стоп-импульсом зависит от скорости дрейфа нуля формирователя импульсов и от наличия случайного шума во входном сигнале.

Ы = Тх - Тк AUfp/2nfxUm = 1/дрГх/2л«„. Относительная погрешность

Дд, = AtlTx = 1/дрГх/2ш„, (8.5)

где Удр - скорость дрейфа нуля в секунду.

Следовательно, относительная погрешность преобразования периода Тх в интервал Гх увеличивается по мере снижения частоты. При частотах ниже 10 Гц, малых и значительной скорости дрейфа до нескольких десятых милливольт в секунду она достигает десятых долей процента. Для снижения этой погрешности в универсальных цифровых частотомерах с микропроцессорами на входе предусматривается цифровая или аналоговая фильтрация сигнала, автоматическая установка уровня сигнала перед триггерованием и операционные усилители с очень малым дрейфом.

Нижний предел измерения частоты согласно (8.5) без применения вышеперечисленных мер составляет

min = 1Др/2яМтбд

При и,п = 0,01 В, Ад( = 0,1 % и Мдр = 10 мВ/ч

. 3600 с 1 = п Гтт /mln - 2я 0,01 в-0.001 ~2я-3,6 •

Для уменьшения относительной погрешности преобразования в интервал времениГх можно формировать интервал, состоящий из п периодов. Однако при этом соответственно увеличивается и время измерения.

В этом случае при импульсной форме входного сигнала с длительностью фронта импульса не более 0,5 Го относительная погрешность измерения периода

бг = (бг -f То/пТх).

И 5.U93 - 325





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 [ 106 ] 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166