Электронно-счетные частотомеры

Электронно-счетный частотомер измеряет частоту или период сигнала методом дискретного счета. Метод дискретного счета основан на подсчете количества одинаковых событий в течение фиксированного интервала времени. Результат измерений отображается на цифровом индикаторе. Погрешность измерений складывается из двух основных составляющих: нестабильности кварца d_кв и погрешности дискретности d_д. Электронно-счетный частотомер может работать в одном из двух основных режимов: режиме измерения частоты (рис. 8.1) и режиме измерения периода (рис. 8.2).

Рис. 8.1. Структурная схема частотомера в режиме измерения частоты

Исследуемый гармонический сигнал в режиме измерения частоты через входное устройство (ВУ) поступает на формирующее устройство (ФУ), преобразующее его в периодическую последовательность импульсов. Генератор с кварцевой стабилизацией, делитель частоты (ДЧ), управляющее устройство (УУ) и временной селектор формируют временной интервал, в течение которого счетчиком будут подсчитываться импульсы. Погрешность измерения частоты f_x определяется
по формуле

                                ,                         (8.1)

где N – количество периодов исследуемого сигнала, прошедших за интервал времени t.

 

Рис. 8.2. Структурная схема частотомера
в режиме измерения частоты

В режиме измерения периода, наоборот, происходит подсчет количества образцовых импульсов N за период исследуемого сигнала T_x. Здесь генератор с кварцевой стабилизацией, умножитель частоты, управляющее устройство (УУ) и временной селектор формируют последовательность импульсов с образцовой частотой повторения . Количество периодов сигнала с образцовой частотой подсчитывается в течение одного периода исследуемого сигнала. Погрешность измерения периода определяется по формуле

                              .                        (8.2)

Заметим, что погрешность в режиме измерения периода уменьшается при понижении частоты, а в режиме измерения частоты ­– при повышении частоты. Следовательно, высокие частоты следует измерять в режиме измерения частоты, а низкие частоты – в режиме измерения
периода.

Измерители разности фаз

Рассмотрим два гармонических сигнала одинаковой частоты:

,

.

Разность фаз (фазовый сдвиг между ними) вычисляется по формуле

                              ,                       (8.3)

где D t – временной сдвиг между ближайшими положительными переходами рассматриваемых сигналов через 0, T – период повторения сигналов.

Практический смысл имеет измерение разности фаз сигналов, обладающих одинаковой частотой.

Фазовый сдвиг измеряют фазометрами. В качестве меры фазового сдвига используют регулируемые и нерегулируемые фазовращатели.

Для измерения фазового сдвига применяют следующие методы:

– осциллографический метод;

– метод преобразования фазового сдвига во временной интервал.

Существует несколько разновидностей осциллографического метода: метод линейной развертки и метод синусоидальной развертки. Погрешность измерения разности фаз осциллографическим методом в основном определяется толщиной линии на экране электронно-лучевой трубки.

Метод линейной развертки заключается в подаче двух сигналов на входы двухлучевого осциллографа и измерении временного сдвига между ближайшими положительными переходами сигналов через 0.

Метод синусоидальной развертки можно использовать при наличии однолучевого осциллографа. Развертка синхронизируется в одном из сигналов. На входы X и Y осциллографа должны быть поданы следующие сигналы:

,

,

где ,  – соответственно коэффициенты горизонтального и вертикального отклонения луча, a, b – длины полуосей эллипса, отображаемого на экране. Фазовый сдвиг находят из уравнения

.

Наиболее точным является метод дискретного счета, который заключается в измерении интервала времени между положительными переходами сдвинутых по фазе сигналов через 0 путем подсчета количества периодов образцового сигнала. Этот метод аналогичен методу измерения частоты в режиме измерения периода.

Лекция 9