Измерение частоты и интервалов времени

Цель: научится измерять частоту и интервал времени

Ход работы:

1. Основные сведения.        

2. Измерение частоты приборами непосредственной оценки при помощи частотомеров.        

3. Вывод.

Измерение частоты и интервалов времени необходимо для решения многих научных и технических задач.

Частотой f называется число одинаковых событий или циклов процесса, происходящих в единицу времени. Единицей измерения циклической частоты f является герц (Гц), что соответствует одному событию за 1 с. Отмстим, что исторически в радиоэлектронике высокие частоты (ВЧ) принято обозначать буквой /, а низкие частоты (НЧ) — F. Гармонические сигналы характеризуются также угловой, или круговой частотой. Выражаемой в радианах на секунду (рад/с) и равной изменению фазы сигнала < (t) в единицу времени. Угловая частота обычно записывается для высоких и низких частот соответственно, как = 2  и = 2nF. Для гармонических сигналов (в том числе и искаженных) частота определяется числом переходов через ось времени, т.е. через нуль за единицу времени.

В настоящем разделе для описания методов измерения частоты применяется ее среднее значение за время измерения. При этом также необходимо иметь в виду долговременную и кратковременную нестабильность частоты, которая связана соответственно с постоянным изменением частоты за длительный и короткий интервалы времени и с ее флуктуационными изменениями. Граница между этими нестабильностями условна и она задастся путем указания времени измерения.

Интервалом времени М в общем случае называется время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. К числу таких интервалов относятся, например, период колебаний, длительность импульса или длительность интервала, определяемая сдвигом по времени двух импульсов.

Периодом Т любого периодического детерминированного сигнала u(t) называется наименьший интервал времени, через который регулярно и последовательно повторяется произвольно выбранное мгновенное значение этого сигнала.

Для синусоидального сигнала вида где т — целые натуральные числа, период колебания определяется как интервал времени, в течение которого фаза сигнала <u(t), выраженная в радианах, изменяется на 2п.

Поскольку эти две физические величины неразрывно связаны между собой, то измерение одной величины можно заменить измерением другой величины. На практике же чаще всего измеряют частоту.

Измерение частоты, периода и других временных параметров электрических сигналов является одной из важнейших задач в радиотехнике и телекоммуникационных системах. Технические средства для частотно-временных измерений образуют единый комплекс приборов, обеспечивающий процесс проведения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени. Это фактически гарантирует возможность получения высокой точности измерений.

Основными измерительными приборами и средствами измерений обозначенных величин являются: осциллографы, приемники сигналов эталонных частот и компараторы, преобразователи частоты сигналов, резонансные частотомеры, частотомеры на основе метода заряда-разряда конденсатора, цифровые частотомеры, цифровые измерители интервалов времени.

Измерение частоты чаще всего выполняется с помощью цифрового метода (дискретного счета), на базе которого создаются цифровые (электронно-счетные) частотомеры. К достоинствам цифрового метода относятся высокая точность измерений, широкий диапазон измеряемых частот, возможность обработки результатов измерений с помощью вычислительных средств (микропроцессоров, персональных компьютеров и др.). Кроме того, цифровые частотомеры дают возможность измерять не только частоту колебаний, но и интервалы времени.

Для измерения частоты также применяются и методы сравнения с частотой источника образцовых колебаний (резонансный, гетеродинный и с помощью осциллографа). Гетеродинное преобразование частоты применяется лишь в том случае, когда требуется перенос частоты СВЧ-колебания в область, удобную для измерения цифровыми приборами.

Методы сравнения в основном используются для градуировки генераторов различных измерительных приборов. Их техническая реализация требует обязательного наличия образцового генератора или устройства сравнения частот более высокой точности.

Вывод: частотомеры измеряют частоту и интервалы времени