頻率與時(shí)間的測(cè)量課件

第6章頻率與時(shí)間測(cè)量

6.1頻率與時(shí)間測(cè)量的特點(diǎn)與方法6.2通用電子計(jì)數(shù)器6.3等精度時(shí)間/頻率測(cè)量6.4EE3376型可程控通用計(jì)數(shù)器簡介6.1頻率與時(shí)間測(cè)量的特點(diǎn)與方法6.1.1頻率與時(shí)間測(cè)量的特點(diǎn)：頻率：周期信號(hào)在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)，單位是Hz周期：出現(xiàn)相同現(xiàn)象的最小時(shí)間間隔。

特點(diǎn)：（1）時(shí)頻測(cè)量具有動(dòng)態(tài)性質(zhì)。 （2）測(cè)量精度高。 （3）測(cè)量范圍廣。 （4）頻率信息的傳輸和處理比較容易。6.1.2頻率測(cè)量的方法（1）諧振法：利用LC回路的諧振特性進(jìn)行測(cè)頻(如諧振式波長表可測(cè)無源LC回路的固有諧振頻率）,測(cè)頻范圍為0.5~1500MHz。（2）外差法：改變標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)頻率，使它與被測(cè)信號(hào)混合，取其差頻，當(dāng)差頻為零時(shí)讀取頻率。這種外差式頻率計(jì)可測(cè)高達(dá)3000MHz的微弱信號(hào)的頻率，測(cè)頻精確度為10-6左右。（3）示波法：在示波器上根據(jù)李沙育圖形或信號(hào)波形的周期個(gè)數(shù)進(jìn)行測(cè)頻。這種方法的測(cè)量頻率范圍從音頻到高頻信號(hào)皆可。（4）電子計(jì)數(shù)器法：直接計(jì)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)被測(cè)信號(hào)的脈沖數(shù)，然后以數(shù)字形式顯示頻率值。這種方法測(cè)量精確度高、快速，適合不同頻率、不同精確度測(cè)頻的需要。6.2通用電子計(jì)數(shù)器6.2.1通用電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)性能（1）測(cè)試性能：儀器所具備的測(cè)試功能，如測(cè)量頻率、周期、頻率比等。（2）測(cè)量范圍：儀器的有效測(cè)量范圍。在測(cè)頻和測(cè)周期時(shí)，測(cè)量范圍不同。測(cè)頻時(shí)要指明頻率的上限和下限；測(cè)周期時(shí)要指明周期的最大值和最小值。（3）輸入特性：通用電子計(jì)數(shù)器一般由2~3個(gè)輸入通道組成，需分別指出各個(gè)通道的特性。（4）測(cè)量準(zhǔn)確度：常用測(cè)量誤差來表示，主要由時(shí)基誤差和計(jì)數(shù)誤差決定，時(shí)基誤差由內(nèi)部晶體振蕩器的穩(wěn)定度確定。（5）閘門時(shí)間和時(shí)標(biāo)：由機(jī)內(nèi)時(shí)標(biāo)信號(hào)源所能提供的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)決定。（6）顯示及工作方式：

顯示位數(shù)：可顯示的數(shù)字位數(shù)，如常見的8位。 顯示時(shí)間：兩次測(cè)量之間顯示結(jié)果的時(shí)間，一般是可調(diào)的。顯示方式：有記憶和不記憶兩種顯示方式。（7）輸出：包括儀器可輸出的時(shí)標(biāo)信號(hào)種類、輸出數(shù)據(jù)的編碼方式及輸出電平等。6.2.2通用電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量功能1.頻率測(cè)量

頻率的測(cè)量實(shí)際上就是在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)的變化次數(shù)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)。設(shè)開門時(shí)間為T，在時(shí)間T內(nèi)，從主門通過的脈沖個(gè)數(shù)為N，則被測(cè)信號(hào)的頻率fx為用E312A型通用計(jì)數(shù)器測(cè)一輸入頻率fx=100000Hz的信號(hào)，顯示電路所顯示讀數(shù)隨閘門時(shí)間的不同而不同，見表。2.周期測(cè)量周期是頻率的倒數(shù)，因此周期的測(cè)量和頻率的測(cè)量正好相反。設(shè)被測(cè)信號(hào)的周期為Tx，時(shí)標(biāo)信號(hào)的周期為To，在時(shí)間Tx內(nèi)，有N個(gè)時(shí)標(biāo)脈沖通過主門，則被測(cè)信號(hào)的周期為

Tx=N

To

它實(shí)際上是多個(gè)被測(cè)周期的平均值，即4.相位差測(cè)量

相位差測(cè)量通常是指兩個(gè)同頻率的信號(hào)之間的相位差的測(cè)量。相位差測(cè)量的主要方法有示波器法、比較器法、直讀法等。利用電子計(jì)數(shù)器也可進(jìn)行相位差的測(cè)量，它是時(shí)間間隔測(cè)量的一個(gè)應(yīng)用。瞬時(shí)值數(shù)字相位差測(cè)量原理框圖如圖所示，通過測(cè)量兩個(gè)正弦波上兩個(gè)相應(yīng)點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，可換算出它們之間的相位差。設(shè)被測(cè)信號(hào)周期為Tx，門控信號(hào)u3的寬度，亦即兩個(gè)信號(hào)相位差Δφ對(duì)應(yīng)的時(shí)間為tφ，則：式中，Ts為時(shí)標(biāo)信號(hào)周期。由以上兩式可得：兩次測(cè)量結(jié)果取平均值：再利用上式可得相位差。瞬時(shí)值數(shù)字相位差測(cè)量工作波形：5.頻率比fB/fA測(cè)量頻率比是指兩路信號(hào)源的頻率的比值。其測(cè)量原理與頻率、周期測(cè)量的原理類似。7.自校在使用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量之前，應(yīng)對(duì)電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行自校，一是檢驗(yàn)電子計(jì)數(shù)器的邏輯關(guān)系是否正常，二是檢驗(yàn)電子計(jì)數(shù)器能否準(zhǔn)確地進(jìn)行定量測(cè)量。6.2.3通用電子計(jì)數(shù)器的基本組成通用電子計(jì)數(shù)器一般由六大部分組成。6.2.4通用電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差1.測(cè)量誤差的來源1）量化誤差如圖所示，雖然閘門開啟時(shí)間都為T，但因?yàn)殚l門開啟時(shí)刻不一樣，計(jì)數(shù)值一個(gè)為9，另一個(gè)卻為8，兩個(gè)計(jì)數(shù)值相差1。量化誤差的相對(duì)誤差為:2.測(cè)量誤差分析與提高測(cè)量精度的方法 1）測(cè)頻誤差 通過前面的介紹，測(cè)頻量化誤差可用下式表示： 2）測(cè)周誤差 測(cè)周誤差包括測(cè)周量化誤差和觸發(fā)誤差。 (1)測(cè)周量化誤差。 參照?qǐng)D6.3，以及對(duì)測(cè)頻量化誤差的分析，測(cè)周量化誤差為（6-10） (2)測(cè)周觸發(fā)誤差。 因?yàn)橐话汩T電路采用過零觸發(fā)，可以證明觸發(fā)誤差可按下式近似表示： 3）中界頻率的確定 忽略隨機(jī)誤差，根據(jù)中界頻率的定義，可得到中界頻率的計(jì)算公式： （6-12）（6-11）4）多周期測(cè)量 除采取以上措施外，測(cè)量時(shí)還應(yīng)注意以下事項(xiàng)： (1)每次測(cè)試前應(yīng)先對(duì)儀器進(jìn)行自校檢查，當(dāng)顯示正常時(shí)再進(jìn)行測(cè)試。 (2)當(dāng)被測(cè)信號(hào)的信噪比較差時(shí)，應(yīng)降低輸入通道的增益或加低通濾波器。 (3)為保證機(jī)內(nèi)晶體穩(wěn)定，應(yīng)避免溫度有大的波動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)，避免強(qiáng)的工業(yè)磁電干擾，儀器的接地應(yīng)良好。6.3等精度時(shí)間/頻率測(cè)量6.3.1等精度測(cè)量原理 下圖示出了等精度測(cè)量原理。測(cè)量時(shí)，儀器先產(chǎn)生閘門預(yù)備信號(hào)，由被測(cè)信號(hào)脈沖的上升沿觸發(fā)同步門E，主門E開啟，E計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。與此同時(shí)，時(shí)鐘脈沖的上升沿觸發(fā)同步門T，主門T開啟，T計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。

等精度測(cè)量邏輯時(shí)序圖：6.3.2時(shí)間間隔平均測(cè)量原理 時(shí)間間隔測(cè)量時(shí)序圖如圖所示。6.4EE3376型可程控通用計(jì)數(shù)器簡介 6.4.1EE3376型可程控通用計(jì)數(shù)器原理及電路介紹

6.4.2EE3376型可程控通用計(jì)數(shù)器的