电子测量技术第6章第2部分

1、6 62 25 5电子计数器累加计数和计时电子计数器累加计数和计时 累加计数是电子计数器最基本的功能，累加在一 定时间内被测信号的脉冲个数，测量原理的框图如图 6.7所示。被测信号从A通道输入，经放大整形为脉冲 序列，即时标；门控双稳输出闸门信号，即时基；时 基信号打开闸门，通过的时标由计数器计数并显示， 显示结果N即为计数值。 图6.7 累加计数和计时的原理框图 若A通道加入的是标准时钟信号，则计数器累 计的是开门所经历的时间，这是计时的功能。 6.2.6 6.2.6 电子计数器测量频率比电子计数器测量频率比 图6.8 频率比测量的原理框图 1测量时间间隔的基本原理 时间间隔的测量实际上也是

2、测量信号的时间，因此 与测量周期原理一样，其基本逻辑和测量周期类似。 测量原理的框图如图6.9所示。 6.2.76.2.7 电子计数器测量时间间隔 图6.9 时间间隔测量的原理框图 2相位差的测量 相位差的测量通常是指两个同频率的信号之间的 相位差的测量。相位差的测量是时间间隔测量的一个 应用例子。如图6.10所示的相位差测量，测量的是两 个正弦波上两个相应点之间的时间间隔。 图6.10 相位差的测量波形图 u1与u2 的相位差为: 式中 N计数器的计数值； 被测信号的周期； 标准晶振分频后形成的时标的周期 。 0001 360360360 s x x s x f Nf T NT T T x

3、T s T 在使用电子计数器测量前，应对电子计数器进 行自校检验，一是检验电子计数器的逻辑关系是否 正常；二是检验电子计数器能否准确地进行定量测 试。自校检验的框图如图6.11所示。 6.2.86.2.8 电子计数器的自校 图6.11 自校检验的框图 1中界频率的确定 中界频率定义为：电子计数器测量某信号的频率， 若采用直接测频法和测周测频法的误差相等，则该信号 的频率为信号的中界频率。 式中 中界频率； 标准晶振的振荡频率； 标准晶振分频后形成的时标的周期。 s c kT f f 0 0 f c f s T 629提高测量准确度的方法 所谓多周期测量，是指在测量被测信号的周期时 ，信号不是在

4、被测信号的一个完整波形中取出， 波形时间间隔的起点在一个信号上取出，终点在 若干个周期后的信号中取出。 所以，经“周期倍乘”后再进行周期测量，其测 量精确度大为提高。 2多周期测量法 3测周法测量差频 测周法测量差频是指测量频率时，先把被测频率 降低，然后采用测周法测频，其框图如图6.12所示。 图6.12 测周法测量差频框图 测频误差为 2 xxx x f FTFT fffT fT 式中，fx 被测信号的频率； F 被测信号fx和标准频率f0的差频； 计数器测周的相对误差。 T T 4差频倍增技术 6.3 其他测量时间和频率的方法 6.3.16.3.1 谐振法测频 谐振法测频以LC调谐电路的

5、谐振为基础，即利用 电感、电容的串联谐振回路或并联谐振回路的谐振 特性来实现测频的，如图6.13所示。 图6.13 LC谐振法测频原理图 谐振电路的曲线如图6.14 所示。 式中 被测信号的频率； 谐振时测量回路的 谐振频率； 谐振点附近的频率 。 2 21 ff ff ox x f 0 f 21, f f 2谐振点的判断 谐振法测量频率误差的来源主要有以下几种。 （1）实际中电感、电容的损耗越大，品质因数越 低，谐振曲线越平滑，越不容易找出真正的谐振 点。 （2）面板上的频率刻度是在规定的标定条件下刻 度的。当环境温度、湿度等因数变化时，将使电 感、电容的实际值发生变化，从而使回路的固有 频

6、率变化。 （3）由于频率刻度不能分得无限细，人眼读数常 常有一定误差。 3谐振法测频的误差分析 电桥法测频是利用交流电桥平衡条件与加在该电桥 中的交流工作信号频率有关的特性来进行的。文氏 电桥测频的原理。如图6.15所示。 632电桥法测频 图6.15 电桥法测频的原理图 6.3.3 6.3.3 频率-电压转换法测频 频率-电压转换的方法是把被测信号的频率大小 转换成与之成比例的时间间隔，其原理框图如图 6.16所示。 图6.16 频率-电压转换法测频原理框图 比较法测频就是用标准频率与被测频率进行比较 ，当把标准频率调节到与被测频率相等时，指零 仪表指零，此时的标准频率即为被测频率值。 比较

7、法测频可分为拍频法测频与差频法测频两种 。 6.3.4 6.3.4 比较法测频 拍频现象是指将两个正弦振荡信号在某个线性元 件上叠加，且这两个信号的振荡频率f1、f2相近时， 其合成信号的频率等于两频率之差F，差频的振幅是 随时间变化的近似正弦波，最后用电压表、耳机、 示波器等作为指示器来检测F值。 差频法测频是将待测频率信号与标准频率信号 在非线性元件上进行混频，测出差频信号，然后根 据公式fx = f0 + F求得被测信号的频率fx。 6.3.56.3.5 示波器测频 用示波器测量频率有两种方法。一种是将被测信 号和标准频率信号加到示波器的Y通道，在荧光屏上 测量被测信号的周期；另一种是将

8、被测信号分别加 到示波器的X通道和Y通道，观测荧光屏上显示的李 沙育图形。 6.4.1 6.4.1 项目内容 从定义上看时间是频率的倒数，频率和时间是 可以相互转换的，是否可以说，对于一个交变的 信号，采用测周法和测频法得出结果是一致的。 事实上对于某些频率，采用测量周期的方法和采 用测量频率的方法，引起的误差是不同的。通过 实训分析测频法和测周法的误差，证明中界频率 界定方法是符合实验结果的。 电子计数器电路属于积木式结构，通过时基、 时标和主门的不同组合，可以实现测量频率、频率 比、周期、时间间隔和累加计数等的功能，如将被 测信号整形作为时标、标准晶体振荡器分频信号作 为时基，在主门开启的时基内对时标计数，得出的 结果就是被测信号的频率。 目前，虽然在电子测量仪器中，电子计数器的 测量准确度是最高的。但测频的量化误差、时基误 差和计数误差；测周的量化误差、时基误差和触发 误差还是对测量精度有影响的。在测量前，初步对 被测对象进行分析，了解测量原理和测量误差分析 方法，采取正确的测量方法是减少系统误差最有效 的方法。 6.4.26.4.2 项目相关知识点提示 利用电子计数器测量频率时，扩大主门的开启 时间可减少测量误差。 中界频率是