Измерение частоты и интервалов времени

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.

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.

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.

времени измерения и делением полученного числа на этот интервал (по определению частоты) ;
2. путем сравнения с частотой источника образцовых колебаний (сравнение с мерой) .

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.

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 ).

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.

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.

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.

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)

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

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.

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.

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

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.

, 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

(ИИВ).
вид И2 - хронометры

При измерении Δtx используются:
1. методы прямого преобразования;
2. метод сравнения.

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.

метод.

ГСчИ.
При большом числе n нестабильность может приводить к появлению ложных совпадений.