Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Приборы и преобразователи измерения частоты




 

Основными измерительными приборами и средствами частотновременных измерений являются:

• осциллографы;

• приемники сигналов эталонных частот и компараторы;

• преобразователи частоты сигналов;

• частотомеры резонансные;

• частотомеры на основе метода заряда-разряда конденсатора;

• частотомеры цифровые;

• цифровые измерители частоты и интервалов времени.

Измерение частоты в электро- и радиотехнике производится в диапазоне от 0 до 1011 Гц. На низких частотах (от 20 до 2500 Гц, но особенно в окрестности 50 и 400 Гц) используются электромеханические приборы: резонансные электромагнитные частотомеры и частотомеры на основе электромагнитных и электродинамических (ферродинамических) логометров. Их схемы приведены на рис. 5.18. Принцип работы логометрических частотомеров основан на зависимости разности вращающих моментов, воздействующих на скрепленные между собой подвижные катушки 1 и 2 с токами I1и I2, как от частоты, так и от положения катушек. Сопротивление, емкость и индуктивность в цепи прибора подбирают таким образом, что частота резонанса напряжений близка к средней частоте диапазона измерения fср.

 

аб

 

Рис. 5.18. Частотомеры на основе электромагнитного (а) и электродинамического (б) логометров

 

При средней частоте диапазона fср токи в рамках равны, а следовательно, вращающие моменты, действующие на подвижную систему логометра, также равны между собой, и стрелка прибора занимает среднее положение. При отклонении частоты от средней величины меняется соотношение токов в подвижных катушках, и прибор будет показывать изменение частоты в ту или иную сторону. Такие частотомеры просты по устройству и позволяют настраивать резонансный контур на различные частоты. Основная погрешность электромеханических аналоговых частотомеров составляет 1,0−2,5%. Они имеют узкие диапазоны измерения и используются в качестве щитовых приборов.

В лабораторных условиях нередко для измерения частоты используют осциллографы. Это оправданно, если к точности измерения не предъявляется жестких требований. Получение фигур Лиссажу, использование круговой развертки с модуляцией яркости, определение частоты исходя из измеренного значения периода напряжения − наиболее распространенные способы осциллографических измерений частоты.

Цифровой(дискретного счета) метод измерения частоты реализован в цифровых частотомерах. Принцип действия цифрового частотомера основан на измерении частоты в соответствии с ее определением, т.е. на счете числа импульсов за интервал времени. Данные приборы удобны в эксплуатации, имеют широкий диапазон измеряемых частот (от нескольких герц до сотен мегагерц) и позволяют получить результат измерения с высокой точностью (относительная погрешность измерения частоты 10-6…10-9).



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).

Принцип измерения частоты гармонического сигнала цифровым методом поясняет рис. 5.19, где приведены структурная схема цифрового частотомера в режиме измерения частоты и временные диаграммы его работы.

Исследуемый гармонический сигнал частоты fx подается на входное устройство (ВУ), усиливающее или ослабляющее его до значения, требуемого дляработы последующего устройства частотомера (см. рис. 5.19, а). Снимаемый с выхода ВУ гармонический сигнал и1(см. рис. 5.19, б)поступает на формирователь пульсов (ФИ), преобразующий его в последовательность коротких однополярных импульсов и2, следующих с периодом Тх = 1/fхиназываемых счетными. Причем передние фронты этих импульсов практически совпадают с моментами перехода сигнала и1 через нулевое значение на оси времени при его возрастании. Схемотехнически формирователь ФИ состоит из усилителя-ограничителя и компаратора (триггера Шмитта).

 

а − структурная схема; б − временные диаграммы

 

Счетные импульсы и2поступают на один из входов временного селектора (ВС), на второй вход которого от устройства формирования и управления (УФУ) подается строб-импульси3 прямоугольнойформыикалиброваннойдлительностиТ0>Тх.Интервал времени Т0называют временемсчета.



Временной селектор открывается строб-импульсом и3и в течение его длительности пропускает группу (пакет) из Nx импульсов и2на вход счетчика (СЧ). В результате с временного селектора на счетчик поступает пакет из Nx импульсов u4.

Первый счетный импульс, попавший во временные ворота Т0строб-импульса (см. рис. 5.19, б), опережает его передний фронт на время ∆tн, а срез ворот и последний счетный импульс, появляющийся до среза, разделяет интервал ∆tк. Из рис. 5.19, бследует, что

Т0 = Nx Тх − ∆tн + ∆tк = Nx Тх− ∆tд,

где ∆tн и ∆tк − абсолютныепогрешностидискретизацииначала и конца интервала Т0, вызванные случайным положением стробимпульса относительно счетных импульсов и2; ∆tд = ∆tн − ∆tк −общаяабсолютнаяпогрешностьдискретизации.

Пренебрегая в вычислениях погрешностью ∆tд, получаем, что число импульсов в пакете Nx = Т0>х= Tfхи, следовательно, измеряемая частота пропорциональна числу счетных импульсов, поступающих на счетчик:

fх = Nx /Т0.

Для формирования строб-импульса на УФУ поступают короткие импульсы с периодом Т0(на рисунке для упрощения не показаны) от схемы, включающей кварцевый генератор (КГ) образцовой частоты fкв и декадный делитель частоты (ДДЧ) следования импульсов с коэффициентом деления Kд (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. Т0= Kд/ fкв. Таким образом, fх= Nx fкв/ Kд.Отношение fкв/Kдможно дискретно изменять вариацией Kд, т.е. за счет изменения числа декад декадного делителя частоты. Счетчик подсчитывает число импульсов Nx и выдает соответствующий код в цифровое отсчетное устройство (ЦОУ). Отношение fкв/ Kдвыбирается равным 10n Гц, где п−целое число. При этом ЦОУ отображает число Nx,соответствующее измеряемой частоте fх в выбранных единицах. Например, если за счет изменения Kдвыбран коэффициент п = 6, то число Nx,отображаемое на ЦОУ, соответствует частоте fx,выраженной в мегагерцах. Перед началом измерений УФУ сбрасывает показания счетчика в нуль.

Диапазон измеряемых частот цифровых частотомеров ограничен снизу погрешностью дискретизации, а сверху − конечным быстродействием используемых счетчиков и делителей частоты. Верхний предел измерения частоты достигает 500 МГц, и его расширяют способом гетеродинного преобразования (переноса) измеряемой частоты в область более низких частот. Гетеродинирование − это процесс нелинейного взаимодействия двух напряжений, в результате которого кроме исходных частот ω1 и ω2 возникают комбинационные частоты |nω1 ± mω2|, где n и m −целые числа.

В современных цифровых частотомерах широко применяются кварцевые синтезаторы частот, создающие сигналы с дискретной сеткой частот. Цифровые частотомеры с программно-управляемыми синтезаторами частот и микропроцессорами являются перспективными измерительными приборами благодаря высокой точности, широкому диапазону измеряемых частот, надежности и удобству включения в автоматизированные измерительные системы.

 


mylektsii.ru - Мои Лекции - 2015-2019 год. (0.008 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал