Суть метода заключается в подсчёте числа импульсов N, следующих с неизвестным периодом , прошедших через калиброванные во времени временные ворота длительностью . Число импульсов , откуда можно определить значение измеряемой частоты . Следовательно алгоритм измерения частоты предусматривает выполнение следующих операций:
· формирование временных ворот длительностью
· заполнение временных ворот импульсами, следующими с измеряемой частотой
· подсчет числа импульсов N, попавших во временные ворота
· вычисление соотношения .
Согласно этому алгоритму измерение частоты не импульсных последовательностей (например, синусоидальной формы) требует промежуточного преобразования исследуемого сигнала. Он может быть преобразован в последовательность коротких импульсов, моменты появления которых соответствуют началу периодов исследуемого сигнала, либо в последовательность импульсов, соответствующих положительным полупериодам исходного сигнала.
Структурная схема цифрового частотомера и временные диаграммы его работы в режиме измерения частоты показана на рис.43.
|
|
Напряжение измеряемой частоты f0 поступает на входное устройство ВУ частотомера, представляющего собой частотно-компенсированный аттенюатор. Формирующее устройство ФУ1 преобразует исходную последовательность в последовательность коротких импульсов. В состав ФУ1 входит усилитель-ограничитель с дифференцирующей цепочкой (или триггер Шмитта), что позволяет исключить зависимость выходного сигнала ФУ1 от амплитуды напряжения измеряемой частоты.
Временной селектор ВС пропускает измеряемые импульсы в течение длительности временных ворот Т0, формируемых узлом формирования и управления УФУ из частоты f0 кварцевого генератора КГ.
Частота КГ обычно равна 1 или 5МГц, поэтому для получения требуемой длительности Т0 используют декадные делители частоты ДЧ, на выходах которых формируются частоты в 10q раз ниже частоты генератора. Поэтому длительность временных ворот (времени счета) можно установить декадными ступенями от 10-6-10с.
В результате этого на электронный счетчик СТ поступит импульсов. Эта информация с помощью дешифратора и УФУ будет показана устройством отображения информации УОИ (светодиодные индикаторы, ЖКИ- дисплей и пр.).
Погрешность измерений определяется главным образом нестабильностью частоты КГ(10-8 - 10-9) и погрешностью за счёт несинхронности измеряемых импульсов и временных ворот (погрешностью дискретности). Причем вторая составляющая является доминирующей.
Погрешность дискретности обратно пропорциональна числу импульсов N, прошедших в счетчик СТ за время Т0
|
|
.
Полученное выражение позволяет определить необходимое время счета (длительность Т0), обеспечивающее необходимую точность измерения df частоты fх. Так, чтобы измерить частоту 10кГц с точностью ±0,1%, необходимо установить "время счета" на частотомере не менее 0,1с. Измерение частоты 1кГц с точностью ±0,01% потребует Т0=10с, что в ряде случаев невозможно из-за высоких требований к временной стабильности источника измеряемой частоты.
Можно указать ряд способов уменьшения погрешности дискретности:
· увеличение длительности временных ворот (требует большого времени измерения)
· применение умножителей измеряемой частоты
· синхронизация фронта временных ворот с измеряемой частотой (уменьшение погрешности в раз)
· измерение периода синусоидальных колебаний с последующим пересчетом в частоту
· применение специальных устройств для измерения погрешности дискретности.
Решением проблемы в частотомерах с жесткой логикой (без микропроцессора) является переход на измерение периода низкочастотных сигналов с дальнейшим вычислением fх по известной формуле (4й способ).