Статья: Цифровые частотомеры
Классификация частотомеров
Частотомер – это радиоизмерительный прибор, который используется для определения частоты периодического процесса и частот гармонических составляющих спектра сигнала.
Современные частотомеры классифицируются следующим образом:
- По конструкции частотомеры делятся на стационарные, переносные и щитовые.
- По области применения частотомеры делятся на два класса средств измерений: радиоизмерительные и электроизмерительные приборы. В состав электроизмерительных приборов входят электронно-счетные, аналоговые, вибрационные, а также частично конденсаторные. К радиоизмерительным приборам относятся электронно-счетные, гетеродинные, резонансные и конденсаторные частотомеры.
- По методу измерения частотомеры делятся на приборы сравнения и приборы непосредственной оценки.
- По физическому смыслу измеряемой величины частотомеры делятся на аналоговые частотомеры (для измерения частоты синусоидальных колебаний), приборы для измерения частоты дискретных событий (конденсаторные и электронно-счетные), а также приборы для измерения гармонических составляющих (вибрационные, гетеродинные, резонансные).
Устройство и узлы цифрового частотомера
Цифровой частотомер – это частотомер, при помощи которого можно измерять период и частоту электрических сигналов различной формы, а также длительность импульсов и отношение частот двух электрических сигналов.
Цифровой частотомер используется для определения частоты импульсного или переменного электрического тока в процессе настройки радиоаппаратуры. Данное устройство также часто применяется на электрических станциях с целью отслеживания частоты переменного тока, который подается на линии электропередач.
Измерение параметров сигнала осуществляется при помощи сравнения одного длинного интервала времени с набором более мелких. В этом случае один интервал - измеряемый, а другой - образцовый. Квантование (сравнение и замена длительного интервала времени набором более коротких) происходит автоматически.
Для измерения разных параметров в цифровых частотомерах используются одни и те же узлы, коммутируемые переключателем рода работы прибора. Благодаря этому образуются различные структурные схемы, которые делают возможным измерение выбранного параметра. К основным узлам цифрового частотомера относятся:
- Делитель частоты.
- Электронный ключ.
- Цифровое устройство отсчета.
- Формирователи.
- Генератор импульсов стабильной частоты.
- Устройство управления, являющееся вспомогательным.
Задачи устройства управления заключаются в подготовке основных узлов частотомера к измерениям, а также в обеспечении автоматического, ручного или дистанционного запуска устройства. Органы управления цифрового частотомера выводятся на лицевую панель. У различных модификаций и видов цифровых частотомеров органы управления различны.
Принцип действия цифрового частотомера
Принцип работы цифрового частотомера основывается на подсчете количества периодов неизвестной частоты в образцовом интервале времени, то есть:
$N = To/Tx = То*fo$
где: То - образцовые интервал времени; fx - частота.
Пример частотной схемы и временной диаграммы его работ изображены на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема.
Рисунок 2. Диаграмма.
Здесь: 1 - Усилитель-формирователь; 2 - электронный ключ; 3 - счетчик; 4 - цифровое средство отображения информации; 5 - генератор импульсов; 6 - формирователь временного интервала; 7 - генератор образцового интервала времени.
Генератор образцового интервала времени, входящий в состав цифрового частотомера, в свою очередь состоит из генератора импульса и формирователя временного интервала. Данным элементом вырабатывается прямоугольный импульс, длительность которого равняется образцовому интервалу времени, то есть времени, в течении которого электронный ключ открыт, и импульсы с измеряемой частотой, формирующиеся из входного напряжения Ux(t) усилителем-формирователем, которые поступают на счетчик цифрового частотомера. Количество импульсов в данном случае пропорционально измеряемой частоте. Результаты измерения индуцируются цифровым средством отображения информации.
На выше опубликованной схеме работы рассматриваемого цифрового частотомера показано несовпадение измеряемой с началом и концом образцового интервала времени, что является источником погрешности процесса квантования, максимально значение которой можно рассчитать по следующей формуле:
$j = +- 1/ (To*fx)$
Абсолютная погрешность квантования состоит из двух слагаемых, одно из которых может быть устранено посредством запуска генератора образцового интервала времени от фронта входного сигнала (T’ на временной диаграмме). Тогда формула для расчета погрешности будет иметь следующий вид:
$j’ = - 1 / То/fx$