時(shí)間與頻率測(cè)量技術(shù)

1、第第6章章 時(shí)間與頻率測(cè)量技術(shù)時(shí)間與頻率測(cè)量技術(shù)頻段的劃分及常用測(cè)頻方法頻段的劃分及常用測(cè)頻方法電子計(jì)數(shù)器的功能電子計(jì)數(shù)器的功能電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差電子計(jì)數(shù)器的應(yīng)用電子計(jì)數(shù)器的應(yīng)用 國(guó)際上規(guī)定30khz以下為甚低頻、超低頻段，30khz以上每10倍頻程依次劃分為低、中、高、甚高、特高、超高等頻段。 音頻:20hz20khz 視頻:20hz10mhz 射頻:30khz幾十ghz 在電子測(cè)量技術(shù)中，常以30khz為界，其以下稱(chēng)為低頻測(cè)量，其以上稱(chēng)為高頻測(cè)量；還有一種劃分方法是：以100khz（或1mhz）為界，其以下稱(chēng)為低頻測(cè)量，其以上稱(chēng)

2、為高頻測(cè)量。一般，正弦波信號(hào)發(fā)生器是以后一種劃分的。6.1 頻段的劃分及常用測(cè)頻方法頻段的劃分及常用測(cè)頻方法 無(wú)源測(cè)頻法 ：利用電路的頻率響應(yīng)特性來(lái)測(cè)量頻率的方法。 無(wú)源測(cè)頻法又分為諧振法和電橋法兩種。 諧振法用lc諧振回路，調(diào)節(jié)電容使其諧振頻率與被測(cè)信號(hào)頻率相同時(shí)，回路電流最大，通過(guò)電表指示其頻率值。這種方法多用于高頻頻段的測(cè)量。 電橋法因調(diào)節(jié)不便，誤差較大，已少使用。測(cè)量頻率方法 有源比較測(cè)頻法 ：將被測(cè)頻率與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)有源信號(hào)相比較的測(cè)量方法。 常用的有源比較測(cè)頻法有拍頻法、差頻法和示波器測(cè)量法。 示波器法有兩種測(cè)頻方法，李薩育圖形法和測(cè)周期法。前者當(dāng)頻率比較高時(shí)，示波器顯示的波形難以穩(wěn)定

3、，所以該方法適用于低頻測(cè)量。由于調(diào)節(jié)不便，已很少使用。用寬頻帶示波器通過(guò)測(cè)量周期的方法獲得被測(cè)信號(hào)的頻率值，雖然誤差較大，但對(duì)于要求不太高的場(chǎng)合是比較方便的。 計(jì)數(shù)法 ：利用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的方法。 實(shí)質(zhì)上，這種方法仍然屬于有源比較測(cè)頻法，計(jì)數(shù)法中最常用、最廣泛使用的測(cè)頻方法是電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻法。 電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻法是利用電子計(jì)數(shù)器顯示單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被測(cè)信號(hào)的周期個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的測(cè)量，這是目前最好的測(cè)頻方法，本章重點(diǎn)介紹電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率和周期的方法。6.2 電子計(jì)數(shù)器的功能電子計(jì)數(shù)器的功能 作用是接受被測(cè)信號(hào)，并對(duì)它進(jìn)行放大和整形，然后送入主門(mén)(閘門(mén))。整形常由施密特電路完成。a通道用于傳輸被

4、計(jì)數(shù)的信號(hào)，b、c通道傳輸閘門(mén)信號(hào)。產(chǎn)生各種控制信號(hào)，用于控制電子計(jì)數(shù)器各單元電路的工作?？刂齐娐酚扇舾砷T(mén)電路和觸發(fā)器組成的時(shí)序邏輯電路構(gòu)成。 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)由石英振蕩器提供，作為電子計(jì)數(shù)器的內(nèi)部時(shí)間基準(zhǔn)。 電子計(jì)數(shù)器的基本組成 測(cè)試性能測(cè)試性能：儀器所具備的測(cè)試功能，如測(cè)量頻率、周期等。 測(cè)量范圍測(cè)量范圍：儀器在不同功能下的有效測(cè)量范圍。對(duì)于不同的功能，其含義是不同的。如測(cè)頻時(shí)，被測(cè)信號(hào)的頻率范圍，一般用頻率的上、下限值表示；而在測(cè)周時(shí)，測(cè)量范圍常用周期的最大、最小值表示。 輸入特性輸入特性：電子計(jì)數(shù)器一般有23個(gè)輸入通道，測(cè)試不同參數(shù)時(shí)，被測(cè)信號(hào)要經(jīng)不同的通道輸入儀器。輸入特性表明電子計(jì)數(shù)器

5、與被測(cè)信號(hào)源相連的一組特性參數(shù)，需分別指出各個(gè)通道的特性。 電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)指標(biāo)電子計(jì)數(shù)器的主要技術(shù)指標(biāo) 輸入耦合方式輸入耦合方式：有ac和dc兩種方式，在低頻和脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)時(shí)宜采用dc耦合方式。 輸入靈敏度輸入靈敏度：指在儀器正常工作時(shí)輸入的最小電壓，如通用電子計(jì)數(shù)器，a輸入通道的靈敏度一般為10100mv。 最高輸入電壓最高輸入電壓：指儀器所能允許輸入的最大電壓。超過(guò)最高輸入電壓后儀器不能正常工作，甚至?xí)p壞。 輸入阻抗輸入阻抗：包括輸入電阻和輸入電容。a輸入通道分為高阻(1m25pf)和低阻(50)兩種。 輸入特性 閘門(mén)時(shí)間和時(shí)標(biāo)閘門(mén)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)

6、決定。根據(jù)測(cè)頻和測(cè)周的范圍不同，可提供的閘門(mén)時(shí)間和時(shí)標(biāo)信號(hào)有多種。 顯示及工作方式顯示及工作方式 顯示位數(shù) 可顯示的數(shù)字位數(shù)。 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。 顯示器件 標(biāo)明所用顯示器的類(lèi)型。 顯示方式 有記憶和非記憶兩種顯示方式。記憶顯示方式只顯示最終計(jì)數(shù)的結(jié)果，不顯示正在計(jì)數(shù)的過(guò)程；非記憶顯示方式，能對(duì)計(jì)數(shù)過(guò)程的值逐個(gè)顯示出來(lái)。 輸出輸出：儀器可輸出的時(shí)標(biāo)信號(hào)種類(lèi)、輸出數(shù)碼的編碼方式及輸出電平。時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生與變換單元時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生與變換單元晶體振蕩器產(chǎn)生 1 mhz的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，經(jīng)分頻、倍頻，形成從10 mhz到0.1 hz以10為系列遞降的一系列不同頻率的機(jī)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)

7、間信號(hào)。時(shí)基電路示意圖時(shí)基電路示意圖6.3 電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量原理電子計(jì)數(shù)器測(cè)量原理圖示 頻率：周期性信號(hào)在單位時(shí)間（1s）內(nèi)變化的次數(shù)，即 t單位時(shí)間； n周期性現(xiàn)象的重復(fù)次數(shù)。6.3.1 測(cè)量頻率測(cè)量頻率tnf 電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻原理電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻原理 被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大、整形后，形成重復(fù)頻率等于被測(cè)信號(hào)頻率 fx 的計(jì)數(shù)脈沖，把它加至閘門(mén)的一個(gè)輸入端。門(mén)控電路將時(shí)基信號(hào)變換為控制閘門(mén)的開(kāi)啟的門(mén)控信號(hào)。只有在閘門(mén)開(kāi)通時(shí)間ts內(nèi)，被計(jì)數(shù)的脈沖才能通過(guò)閘門(mén)，并由十進(jìn)制電子計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)，設(shè)計(jì)數(shù)值為n，則 。即被測(cè)信號(hào)的頻率為 ts是門(mén)控時(shí)間（閘門(mén)時(shí)間），門(mén)控信號(hào)由晶振分頻而來(lái)；

8、 kf是分頻器的分頻系數(shù)； fc為晶振的頻率。xsttn/cfstkntnfx 電子計(jì)數(shù)器的測(cè)頻原理實(shí)質(zhì)是：電子計(jì)數(shù)器的測(cè)頻原理實(shí)質(zhì)是： 以比較法為基礎(chǔ)，將被測(cè)信號(hào)的頻率以比較法為基礎(chǔ)，將被測(cè)信號(hào)的頻率fx和已知的時(shí)基信號(hào)頻率和已知的時(shí)基信號(hào)頻率fs相比，將相相比，將相比的結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來(lái)。比的結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來(lái)。例如例如：閘門(mén)時(shí)間閘門(mén)時(shí)間ts=1s，若計(jì)數(shù)值，若計(jì)數(shù)值n=10000，則顯，則顯示的示的fx為為“10000”hz，或，或“10.000”khz。如閘。如閘門(mén)時(shí)間門(mén)時(shí)間ts=0.1s，則計(jì)數(shù)值，則計(jì)數(shù)值n=1000，則顯示的，則顯示的fx為為 “10.00”khz。請(qǐng)

9、注意請(qǐng)注意：顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位的意義，它顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位的意義，它表表示了頻率測(cè)量的分辨力示了頻率測(cè)量的分辨力。2測(cè)頻方法的誤差分析測(cè)頻方法的誤差分析 量化誤差的相對(duì)值為量化誤差的相對(duì)值為 提高被測(cè)信號(hào)的頻率，或增大主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間，都提高被測(cè)信號(hào)的頻率，或增大主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間，都可降低量化誤差的影響?？山档土炕`差的影響。 例例6.1 被測(cè)信號(hào)的頻率被測(cè)信號(hào)的頻率fx1=10khz，fx2=100khz，閘門(mén)時(shí)間分別設(shè)定為閘門(mén)時(shí)間分別設(shè)定為0.1s，1s，10s，試分別計(jì)算量化誤試分別計(jì)算量化誤差。差。 練習(xí)：設(shè)練習(xí)：設(shè)fx=20mhz，選閘門(mén)時(shí)間，選閘門(mén)時(shí)間ts=0.1s，則由于則由于1

10、誤差而產(chǎn)生的測(cè)頻誤差為？若誤差而產(chǎn)生的測(cè)頻誤差為？若ts增加為增加為1s，則測(cè)頻誤差為？，則測(cè)頻誤差為？（3）測(cè)頻公式誤差）測(cè)頻公式誤差 測(cè)頻的公式誤差為測(cè)頻的公式誤差為 由于的符號(hào)可正可負(fù)，若按最壞情況考慮，可得由于的符號(hào)可正可負(fù)，若按最壞情況考慮，可得電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的最大相對(duì)誤差計(jì)算公式為電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率的最大相對(duì)誤差計(jì)算公式為 通常，要求標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度比量化誤差的影響小一個(gè)通常，要求標(biāo)準(zhǔn)頻率的準(zhǔn)確度比量化誤差的影響小一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，晶振頻率準(zhǔn)確度的影響可以忽略掉。數(shù)量級(jí)。因此，晶振頻率準(zhǔn)確度的影響可以忽略掉。（4）測(cè)頻計(jì)數(shù)誤差）測(cè)頻計(jì)數(shù)誤差 計(jì)數(shù)誤差是指在測(cè)量頻率時(shí)，由于被計(jì)數(shù)

11、誤差是指在測(cè)量頻率時(shí)，由于被測(cè)信號(hào)中的干擾噪聲影響，使輸入信測(cè)信號(hào)中的干擾噪聲影響，使輸入信號(hào)經(jīng)觸發(fā)器整形后，形成的計(jì)數(shù)脈沖號(hào)經(jīng)觸發(fā)器整形后，形成的計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生了錯(cuò)誤而產(chǎn)生的誤差。發(fā)生了錯(cuò)誤而產(chǎn)生的誤差。 如圖如圖6.5（a）、（）、（b）所示。所示。（5）結(jié)論）結(jié)論 電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率時(shí)要提高頻率測(cè)量的準(zhǔn)確度電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率時(shí)要提高頻率測(cè)量的準(zhǔn)確度（減少測(cè)量誤差）可采取如下措施：（減少測(cè)量誤差）可采取如下措施： 選擇準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度高的晶振作為時(shí)標(biāo)信號(hào)發(fā)選擇準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度高的晶振作為時(shí)標(biāo)信號(hào)發(fā)生器，以減小閘門(mén)時(shí)間誤差。生器，以減小閘門(mén)時(shí)間誤差。 加大分頻器的分頻系數(shù)加大分頻器的分頻系數(shù)k，擴(kuò)

12、大主門(mén)的開(kāi)啟時(shí)，擴(kuò)大主門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間，以減小量化誤差的影響。間，以減小量化誤差的影響。 當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，用測(cè)頻方法測(cè)得的頻當(dāng)被測(cè)信號(hào)頻率較低時(shí)，用測(cè)頻方法測(cè)得的頻率誤差較大，應(yīng)選用其它方法進(jìn)行測(cè)量。率誤差較大，應(yīng)選用其它方法進(jìn)行測(cè)量。 對(duì)隨機(jī)的計(jì)數(shù)誤差，可提高信噪比或調(diào)小通道對(duì)隨機(jī)的計(jì)數(shù)誤差，可提高信噪比或調(diào)小通道增益來(lái)減小誤差程度。增益來(lái)減小誤差程度。6.3.3 電子計(jì)數(shù)器的測(cè)周功能電子計(jì)數(shù)器的測(cè)周功能測(cè)量周期的原理方框圖 當(dāng)fx較低時(shí)，利用計(jì)數(shù)器直接測(cè)頻，誤差將會(huì)大到不可允許的程度。所以，為了提高測(cè)量低頻時(shí)的準(zhǔn)確度，可改成先測(cè)量周期，然后計(jì)算fx =1/tx。 被測(cè)信號(hào)經(jīng)b輸入通道整形

13、，使其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的矩形波，加到門(mén)控電路，控制主門(mén)的開(kāi)閉，主門(mén)導(dǎo)通的時(shí)間就正好等于被測(cè)信號(hào)的周期。晶振經(jīng)分頻后產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)脈沖同時(shí)送至主門(mén)的另一輸入端，在主門(mén)開(kāi)啟的時(shí)間內(nèi)對(duì)輸入的時(shí)標(biāo)脈沖計(jì)數(shù)，若計(jì)數(shù)值為n，測(cè)被測(cè)信號(hào)周期tx（txts）為 ts是時(shí)標(biāo)脈沖的周期，它由晶振分頻而得到。sxntt 例如：時(shí)標(biāo)t0=1us，若計(jì)數(shù)值n=10000，則顯示的tx為“10000”us，或“10.000”ms。如時(shí)標(biāo)t0=10us，則計(jì)數(shù)值n=1000，顯示的tx為 “10.00”ms。請(qǐng)注意：顯示結(jié)果的有效數(shù)字末位的意義，它表示了周期測(cè)量的分辨力。為便于顯示，多檔時(shí)標(biāo)設(shè)定為10的冪次方。2測(cè)周方法的誤差分析測(cè)

14、周方法的誤差分析（1）公式誤差）公式誤差 測(cè)量周期的相對(duì)誤差為測(cè)量周期的相對(duì)誤差為 其中：其中： 按最壞結(jié)果考慮，周期測(cè)量總的系統(tǒng)誤差按最壞結(jié)果考慮，周期測(cè)量總的系統(tǒng)誤差應(yīng)是兩種誤差之和。應(yīng)是兩種誤差之和。xxcstt fntk1n1xcnknnt f ccccssfffkfkttctxccfkt ff（2）觸發(fā)誤差）觸發(fā)誤差 觸發(fā)誤差是指在測(cè)量周期時(shí)，由于輸入信觸發(fā)誤差是指在測(cè)量周期時(shí)，由于輸入信號(hào)中的干擾噪聲影響，使輸入信號(hào)經(jīng)觸發(fā)器號(hào)中的干擾噪聲影響，使輸入信號(hào)經(jīng)觸發(fā)器整形后，所形成的門(mén)控脈沖時(shí)間間隔與信號(hào)整形后，所形成的門(mén)控脈沖時(shí)間間隔與信號(hào)的周期產(chǎn)生了差異而產(chǎn)生的誤差。的周期產(chǎn)生了差異

15、而產(chǎn)生的誤差。 可以證明觸發(fā)誤差可按下式近似表示：可以證明觸發(fā)誤差可按下式近似表示： 式中式中 k分頻系數(shù)；分頻系數(shù)； 干擾信號(hào)引起的主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間干擾信號(hào)引起的主門(mén)開(kāi)啟時(shí)間誤差；誤差； 信噪比，其中信噪比，其中 觸發(fā)誤差與被測(cè)信號(hào)的信噪比有關(guān)，信噪觸發(fā)誤差與被測(cè)信號(hào)的信噪比有關(guān)，信噪比越高，觸發(fā)誤差越小，測(cè)量越準(zhǔn)確。比越高，觸發(fā)誤差越小，測(cè)量越準(zhǔn)確。mkvvkttmnxn2121xnttmnmvvm （3）結(jié)論）結(jié)論 電子計(jì)數(shù)器測(cè)量周期的總誤差可修正為下式電子計(jì)數(shù)器測(cè)量周期的總誤差可修正為下式 很明顯當(dāng)很明顯當(dāng)tx越大（即被測(cè)頻率越低），越大（即被測(cè)頻率越低），1誤差對(duì)測(cè)周精確度影響越小。也就

16、是說(shuō)，當(dāng)誤差對(duì)測(cè)周精確度影響越小。也就是說(shuō)，當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，采用測(cè)量周期法可被測(cè)信號(hào)的頻率較低時(shí)，采用測(cè)量周期法可提高測(cè)量的精度。提高測(cè)量的精度。 通用電子計(jì)數(shù)器還可測(cè)量?jī)蓚€(gè)被測(cè)信號(hào)頻率的比值。測(cè)量時(shí)，兩個(gè)被比較的信號(hào)（設(shè)fafb）分別加至 a、b輸入通道。頻率較低的信號(hào)fb加至b輸入通道，經(jīng)放大、整形后用作門(mén)控電路的觸發(fā)信號(hào)，頻率較高的fa加至a輸入通道，經(jīng)整形后變成重復(fù)頻率與fa相等的計(jì)數(shù)脈沖。主門(mén)的開(kāi)通時(shí)間為tb=1/fb， 在該時(shí)間內(nèi)對(duì)頻率為fa的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，可得6.3.4 電子計(jì)數(shù)器的其他功能電子計(jì)數(shù)器的其他功能baabffttn頻率比測(cè)量 為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度，還可將頻率較

17、低的信號(hào)的周期擴(kuò)大，即將信號(hào)經(jīng)分頻器后再加至門(mén)控電路。當(dāng)主門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間增大后，計(jì)數(shù)值隨之增大，但由于顯示器可進(jìn)行小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)移位，顯示的比值n不變。頻率比的方框圖 累加計(jì)數(shù) 累加計(jì)數(shù)是指在限定的時(shí)間內(nèi)，對(duì)輸入的計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行累加。測(cè)量原理和測(cè)量頻率是相同的，不過(guò)這時(shí)門(mén)控電路改為人工控制。待計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)a通道輸入，這時(shí)計(jì)數(shù)值就是累加計(jì)數(shù)。 累加計(jì)數(shù)測(cè)量原理圖 時(shí)時(shí) 間間 間間 隔隔 相位差相位差的測(cè)量通常是指兩個(gè)同頻率的信號(hào)之間的相位差的的測(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。相位差的測(cè)量，是時(shí)間間隔測(cè)量的一個(gè)應(yīng)用例子。測(cè)量。相位差的測(cè)量，是時(shí)間間隔測(cè)量的一個(gè)應(yīng)用例子。圖圖6.10所示的相位

18、差測(cè)量，所示的相位差測(cè)量，相位差 u1與與u2 的相位差為的相位差為:式中式中 n計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值；計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值； 被測(cè)信號(hào)的周期；被測(cè)信號(hào)的周期； 標(biāo)準(zhǔn)晶振分頻后形成的時(shí)標(biāo)的周標(biāo)準(zhǔn)晶振分頻后形成的時(shí)標(biāo)的周期。期。0001360360360sxxsxfnftntttxtst 在使用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量前，應(yīng)對(duì)電子在使用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量前，應(yīng)對(duì)電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行自校檢驗(yàn)，一是檢驗(yàn)電子計(jì)數(shù)器進(jìn)行自校檢驗(yàn)，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)驗(yàn)電子計(jì)數(shù)器能否準(zhǔn)確地進(jìn)行定量測(cè)試。試。 自校檢驗(yàn)的框圖如圖自校檢驗(yàn)的框圖如圖6.11所示。所示。自

19、 校 對(duì)于同一被測(cè)頻率，直接利用電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻功能和測(cè)周功能分別測(cè)量時(shí)，都存在量化誤差，而且，當(dāng)頻率較高時(shí)宜用測(cè)頻功能，當(dāng)頻率較低是宜用測(cè)周功能。顯然，存在著某一個(gè)頻率，它使測(cè)頻和測(cè)周的誤差相等，這個(gè)頻率就是中界頻率，記為fz。在不考慮觸發(fā)誤差的條件下，則有 若將測(cè)頻時(shí)的閘門(mén)時(shí)間擴(kuò)大n倍，測(cè)周時(shí)的被測(cè)周期擴(kuò)大m倍，則6.5.4 中界頻率的確定中界頻率的確定1sxxckt ft f czsffkt1sxxcknt fmt f czsmffnkt 被測(cè)信號(hào)頻率大于中界頻率，采用被測(cè)信號(hào)頻率大于中界頻率，采用測(cè)頻法測(cè)頻法。 被測(cè)信號(hào)頻率小于中界頻率，采用被測(cè)信號(hào)頻率小于中界頻率，采用測(cè)周法測(cè)周法。

20、例例6.2 用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量fx=5khz信號(hào)信號(hào)的頻率，分別采用測(cè)頻（閘門(mén)時(shí)間為的頻率，分別采用測(cè)頻（閘門(mén)時(shí)間為1s）和測(cè)周（晶體振蕩頻率）和測(cè)周（晶體振蕩頻率fc=10mhz）兩種測(cè)量方法。試比較這兩種方法由兩種測(cè)量方法。試比較這兩種方法由于量化誤差引起的相對(duì)誤差，并求出于量化誤差引起的相對(duì)誤差，并求出中界頻率。中界頻率。階段類(lèi)型應(yīng)用20世紀(jì)30年代初期粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量微觀粒子數(shù)目、脈沖數(shù)20世紀(jì)50年代以來(lái)電子計(jì)數(shù)器測(cè)量頻率、周期、時(shí)間間隔、電壓、電流、電阻、相位近年來(lái)智能計(jì)數(shù)器計(jì)算計(jì)數(shù)器應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量等6.5 電子計(jì)數(shù)器的應(yīng)用電子計(jì)數(shù)器的應(yīng)用6.

21、5.1 提高測(cè)頻性能的方法提高測(cè)頻性能的方法多周期同步測(cè)量法多周期同步測(cè)量法 取樣門(mén)控時(shí)間是由計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)生，在其控制下，同時(shí)打開(kāi)主門(mén)a和主門(mén)b，使計(jì)數(shù)器a、b工作。實(shí)際計(jì)數(shù)的時(shí)間由同步門(mén)控決定，它是被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍。計(jì)數(shù)器a計(jì)得被測(cè)信號(hào)周期na，計(jì)數(shù)器b計(jì)得時(shí)標(biāo)信號(hào)周期個(gè)數(shù)nb，經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算，得到被測(cè)頻率在采樣時(shí)間內(nèi)的平均值，在顯示器上顯示sbaxtnnf e434bi是一種采用大規(guī)模集成電路的電子計(jì)數(shù)式測(cè)量?jī)x器，能在預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)，累計(jì)待測(cè)輸入信號(hào)來(lái)進(jìn)行頻率測(cè)量，靈敏度高能夠檢測(cè)微弱信號(hào)，有九位高亮度led記憶顯示，讀數(shù)方便、清晰，小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位。 6.5.2 e434bi 型頻率計(jì)

22、數(shù)器簡(jiǎn)介型頻率計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介 e434bi型頻率計(jì)數(shù)器原理方框圖 主機(jī)測(cè)量單元直接計(jì)數(shù)頻率為10mhz，輸入信號(hào)頻率大于10mhz時(shí)，機(jī)內(nèi)的自動(dòng)量程轉(zhuǎn)換電路將被測(cè)信號(hào)經(jīng)預(yù)定標(biāo)分頻器除10后送入主機(jī)測(cè)量，此時(shí)主機(jī)采取了右移小數(shù)點(diǎn)的方法，以保證讀數(shù)與實(shí)際頻率一致。 輸入通道對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大整形，輸出ecl電平直接與預(yù)定標(biāo)分頻器配接。 輸入頻率范圍1hz100mhz。 主機(jī)測(cè)量單元由計(jì)數(shù)器、寄存器、時(shí)基電路、邏輯控制等組成。顯示譯碼驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)led顯示數(shù)碼管，以掃描方式顯示測(cè)量結(jié)果。 由小型溫補(bǔ)晶振器產(chǎn)生10mhz標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。工作原理 測(cè)頻范圍 1hz100mhz。 輸入方式 ac。 波形方式 正

23、弦波、脈沖波。 測(cè)量單位 khz。 靈敏度 30mv（urms=10mv）。 衰減范圍 1、20。 閘門(mén)時(shí)間0.1s、1s、10s。 晶體振蕩器的標(biāo)準(zhǔn)頻率10mhz。技術(shù)指標(biāo) 開(kāi)啟電源 按鍵開(kāi)關(guān)掀下為機(jī)內(nèi)直流電接通，儀器即可正常工作。 選擇閘門(mén)時(shí)間 0.1s：瞬時(shí)頻率；1s：1s內(nèi)平均頻率；10s：10s內(nèi)平均頻率。 濾波器選擇鍵：當(dāng)被測(cè)頻率 100mhz時(shí)，被測(cè)信號(hào)功率大、噪聲大，可將此鍵按下；釋放時(shí)為正常測(cè)試。 衰減選擇鍵 1：不衰減;20：被測(cè)信號(hào)衰減 20倍。 led數(shù)碼顯示 九位led數(shù)碼管顯示測(cè)試結(jié)果，小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位，顯示單位為khz。使用方法 6.6 其他測(cè)量時(shí)間和頻率的方法其他

24、測(cè)量時(shí)間和頻率的方法6.6.1諧振法測(cè)頻諧振法測(cè)頻1諧振法測(cè)頻的基本原理諧振法測(cè)頻的基本原理 諧振法測(cè)頻以諧振法測(cè)頻以lc調(diào)諧電路的諧振為基礎(chǔ)，即利用電感、調(diào)諧電路的諧振為基礎(chǔ)，即利用電感、電容的串聯(lián)諧振回路或并聯(lián)諧振回路的諧振特性來(lái)實(shí)電容的串聯(lián)諧振回路或并聯(lián)諧振回路的諧振特性來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)頻的，如圖現(xiàn)測(cè)頻的，如圖6.13所示。所示。2諧振點(diǎn)的判斷諧振點(diǎn)的判斷 諧振電路的曲線如圖諧振電路的曲線如圖6.14所所示。示。式中式中 被測(cè)信號(hào)的頻率；被測(cè)信號(hào)的頻率； 諧振時(shí)測(cè)量回路的諧諧振時(shí)測(cè)量回路的諧振頻率；振頻率； 諧振點(diǎn)附近的頻率。諧振點(diǎn)附近的頻率。 221ffffoxxf0f21, ff3諧振法測(cè)頻

25、的誤差分析諧振法測(cè)頻的誤差分析 諧振法測(cè)量頻率誤差的來(lái)源主要有以下幾種。諧振法測(cè)量頻率誤差的來(lái)源主要有以下幾種。（1）實(shí)際中電感、電容的損耗越大，品質(zhì)因數(shù)）實(shí)際中電感、電容的損耗越大，品質(zhì)因數(shù)越低，諧振曲線越平滑，越不容易找出真正越低，諧振曲線越平滑，越不容易找出真正的諧振點(diǎn)。如圖的諧振點(diǎn)。如圖6.14虛線所示。虛線所示。（2）面板上的頻率刻度是在規(guī)定的標(biāo)定條件下）面板上的頻率刻度是在規(guī)定的標(biāo)定條件下刻度的。當(dāng)環(huán)境溫度、濕度等因數(shù)變化時(shí)，刻度的。當(dāng)環(huán)境溫度、濕度等因數(shù)變化時(shí)，將使電感、電容的實(shí)際值發(fā)生變化，從而使將使電感、電容的實(shí)際值發(fā)生變化，從而使回路的固有頻率變化?；芈返墓逃蓄l率變化。（3

26、）由于頻率刻度不能分得無(wú)限細(xì)，人眼讀數(shù)）由于頻率刻度不能分得無(wú)限細(xì)，人眼讀數(shù)常常有一定誤差。常常有一定誤差。6.6.2電橋法測(cè)頻電橋法測(cè)頻 電橋法測(cè)頻是利用交流電橋平衡條件與加在該電橋電橋法測(cè)頻是利用交流電橋平衡條件與加在該電橋中的交流工作信號(hào)頻率有關(guān)的特性來(lái)進(jìn)行的。文氏中的交流工作信號(hào)頻率有關(guān)的特性來(lái)進(jìn)行的。文氏電橋測(cè)頻的原理。如圖電橋測(cè)頻的原理。如圖6.15所示。所示。12xfrc6.6.3比較法測(cè)頻基本原理基本原理 利用利用標(biāo)準(zhǔn)頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率fs和被測(cè)量頻率和被測(cè)量頻率fx進(jìn)行比較進(jìn)行比較來(lái)測(cè)量來(lái)測(cè)量頻率。有頻率。有拍頻法、外差法、示波法以及計(jì)數(shù)法拍頻法、外差法、示波法以及計(jì)數(shù)法等。等。

27、數(shù)學(xué)模型為：數(shù)學(xué)模型為： fx=nfs拍頻法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測(cè)頻率疊加，由指示拍頻法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測(cè)頻率疊加，由指示器（耳機(jī)或電壓表）指示。適于器（耳機(jī)或電壓表）指示。適于音頻測(cè)量音頻測(cè)量（很少（很少用）。用）。 差頻法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測(cè)頻率混頻，取出差差頻法：將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測(cè)頻率混頻，取出差頻并測(cè)量。可測(cè)量范圍達(dá)頻并測(cè)量?？蓽y(cè)量范圍達(dá)幾十幾十mhz（外差式頻率（外差式頻率計(jì)）。計(jì)）。 在電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)頻率和周期是周期性信號(hào)最基本的參數(shù)，頻率測(cè)量的準(zhǔn)確度也最高。按信號(hào)不同頻率值可進(jìn)行不同頻段的劃分。 常用的測(cè)頻方法有：無(wú)源測(cè)頻法，有源測(cè)頻法和計(jì)數(shù)測(cè)頻法。但最常用的是計(jì)數(shù)法。 電子計(jì)數(shù)器主要技術(shù)指標(biāo)有：測(cè)試性能、測(cè)量范圍、輸入特性、輸入靈敏度、閘門(mén)時(shí)間和時(shí)標(biāo)等。本章小結(jié)本章小結(jié) 電子計(jì)數(shù)器具有多種測(cè)量功能：測(cè)頻、測(cè)周和測(cè)頻比等等。 電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差有：量化誤差、觸發(fā)誤差和標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差。減小它們的方法分別是增大計(jì)數(shù)值、提高信噪比和選用高穩(wěn)定度的標(biāo)準(zhǔn)頻率。使測(cè)頻和測(cè)量誤差相等的那個(gè)頻率叫中界頻率。 應(yīng)用電子計(jì)數(shù)器測(cè)量時(shí)，選用合適