Гетеродинный и резонансный способ измерения частоты

 

1. Гетеродинный метод измерения частоты

Этот способ измерения низких и высоких частот заключается в сравнении частоты исследуемого сигнала с частотой маломощного генератора перестраиваемой частоты (гетеродина).  Сущность гетеродинного метода заключается в сравнении частоты исследуемого напряжения с частотой напряжения перестраиваемого гетеродина, который заранее проградуирован. Такие приборы – гетеродинные частотомеры. Их используют для измерения в диапазонах высоких и сверхвысоких частот, хотя в настоящее время такие приборы самостоятельно не выпускаются. Основное применение гетеродинный метод находит в гетеродинных преобразователях частоты, которые служат для расширения диапазона частоты, измеряемых цифровым частотомером.

 

          

Регулятор образцовой частоты стремится, чтобы выполнялось условие , либо к некоторому фиксируемому значению. По известной частоте f_ОБР гетеродина и разности частот определяют неизвестную частоту. Для однозначности результатов измерения оба генератора должны вырабатывать напряжения чисто синусоидальной формы.

График, поясняющий измерение частоты способом нулевых биений

 

Индикатором разностной частоты может быть светодиод, электромагнитный прибор либо динамическая головка (погрешность ограничена порогом по частоте слышимости 20 Гц.). Погрешность измерения складывается из погрешности меры, т.е. нестабильности частоты и непостоянства градуировочной таблицы гетеродина, погрешностей сравнения и фиксации нулевых биений. Для уменьшения погрешности, связанной с градуировкой гетеродина, в схемах частотомера предусмотрен кварцевый генератор, выполняющий функции образцовой меры. С его помощью поверяют и корректируют градуировочную характеристику шкалы гетеродина.

 

2. Резонансный метод измерения частоты

Частотомеры, использующие явление электрического резонанса, представляют собой колебательную систему (рисунок ниже), настраиваемую в резонанс с измеряемой частотой внешнего источника сигналов. Состояние резонанса фиксируют по наибольшим показаниям индикатора резонанса, пропорциональным току (напряжению) в колебательной системе. Измеряемую частоту отсчитывают непосредственно по шкале калиброванного элемента настройки или с помощью градуировочных таблиц и графиков. Входное устройство осуществляет согласование частотомера с источником сигнала.

   

В качестве входного блока применяется аттенюатор с эмиттерным повторителем.

Входной сигнал подается на колебательный контур (один из элементов, который перестраивается). Ток контура измеряется индикатором резонанса (миллиамперметр).

Для шкалы калибров до 200 МГц. применяется LC и RC контуры. Выше 200 МГц. применяются контуры с распределенными резонаторами (поршни) до постоянства волны. Погрешность в этом случае достигает 0,01 %

 

Цифровой фазометр

 

В его основе лежит преобразование двух синусоидальных напряжений U1 и U2, фазовый сдвиг которых требует измерить, в периодические последовательности коротких импульсов, соответствующих моментам переходов этих напряжений через 0 с производными одинакового знака (данный метод для аналоговых и аналого-цифровых фазометров). Цифровой фазометр построен по схеме с жесткой логикой. Интервалы времени можно измерять методом дискретного счета. Он, естественно, применим и для измерения относительных интервалов времени, соответствующих определенному фазовому сдвигу.

 

 

На рисунке приведена структурная схема цифрового фазометра, измеряющего средние за период фазовые сдвиги. Она состоит из двух частей: измерительного преобразователя (два канала формирования импульсов из исследуемых синусоидальных сигналов и триггер, формирующего прямоугольные импульсы длительностью, равной временному сдвигу ΔТ) и цифрового измерителя.

Исследуемые напряжения, подводимые к входам 1 и 2 прибора, преобразуются в периодические последовательности прямоугольных импульсов длительностью ΔТ и периодом следования Т.

С помощью триггера из этих двух последовательностей формируется периодическая последовательность коротких импульсов длительностью ΔТ и периодом следования Т (рисунок а). Полученные импульсы подаются на вход 1 временного селектора и заполняются счетными импульсами, подводимому к входу 2 селектора (рисунок а и б). Пачки счетных импульсов подаются с выхода селектора в счетчик импульсов (рисунок в). На входе 3 временного селектора действует стробирующий импульс, задающий интервал измерения Тизм (рисунок г). Его выбирают из условия Тизм>>Тн, где Тн - период самого низкочастотного напряжения, исследуемого данным фазометром. В течении времени Тизм пачки счетных импульсов проходят в счетчик, который подсчитывает общее количество импульсов за это время.

При измерении фазового сдвига двухканальным фазометром сказывается аппаратурная погрешность, обусловленная неидентичностью каналов. В современных фазометрах коррекция погрешности выполнена автоматически.