第二章頻率、時間和相位的測量課件

第二章頻率、時間和相位的測量第二章頻率、時間和相位的測量1基本內(nèi)容：頻率的測量模擬測量方法

數(shù)字測量方法時間間隔的數(shù)字測量方法相位差的數(shù)字測量基本內(nèi)容：22.1頻率的測量2.1頻率的測量32.1頻率的測量頻率的測量方法可分為模擬法和計數(shù)法兩類模擬法:簡單經(jīng)濟(jì)數(shù)字法:測量精度高,速度快2.1頻率的測量42.1.1頻率的模擬測量一、直接法測頻1.電橋法測頻

取R1=R2=R,C1=C2=C，則平衡條件為：2.1.1頻率的模擬測量取R1=R2=R,C1=C2=C，則52.諧振法測頻利用電感、電容串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路的諧振特性來實(shí)現(xiàn)測頻。

變電感——改變頻段（頻率粗調(diào)）

調(diào)電容——頻率細(xì)調(diào)（電容旋紐按頻率刻度）2.諧振法測頻63．頻率電壓轉(zhuǎn)換法

3．頻率電壓轉(zhuǎn)換法7二、比較法比較法通過利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs和被測頻率fx進(jìn)行比較來測量頻率。其數(shù)學(xué)模型為：

二、比較法82.1.2頻率的數(shù)字測量一、計數(shù)法測量的基本原理在一定的時間間隔T內(nèi)，對周期性脈沖的重復(fù)進(jìn)行計數(shù)。若周期性脈沖的周期為TA，則計數(shù)結(jié)果為

2.1.2頻率的數(shù)字測量一、計數(shù)法測量的基本原理在一定的時間9計數(shù)誤差計數(shù)誤差10當(dāng)

時，；當(dāng)，

時，

；當(dāng)，

時，

；脈沖計數(shù)最大絕對誤差（量化誤差）：脈沖計數(shù)最大相對誤差：當(dāng)時，；11二、通用計數(shù)器的基本組成及工作方式

1、基本組成

二、通用計數(shù)器的基本組成及工作方式1、基本組成122、工作方式

工作方式A端輸入B端輸入計數(shù)結(jié)果測頻率比測頻（待測）（已知）測周（已知）（待測）2、工作方式工作方式A端輸入B端輸入計數(shù)結(jié)果測頻率比測頻13三、頻率（周期）的測量誤差與測量范圍

1．“測頻”方式

①最大相對誤差：

三、頻率（周期）的測量誤差與測量范圍1．“測頻”方式①最14②測量范圍

1°上限受計數(shù)器容量和速度限制

（a）計數(shù)器最大計數(shù)值：

K－十進(jìn)制計數(shù)器位數(shù)

（b）計數(shù)電路一般由多級雙穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，受內(nèi)部狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時間限制，使計數(shù)電路存在最高計數(shù)頻率的限制

－計數(shù)脈沖頻率最大允許故取

或（較小者）

②測量范圍1°上限受計數(shù)器容量和速度限制152°下限受測量精度的要求限制

即測頻范圍：2°下限受測量精度的要求限制測頻范圍：162．“測周”方式

①最大相對誤差

2．“測周”方式①最大相對誤差17②測量范圍

1°測量精度上限受計數(shù)器容量和速度限制

②測量范圍1°測量精度上限受計數(shù)器容量和速度限制182°測量精度下限受測量精度要求限制

測周范圍：

2°測量精度下限受測量精度要求限制測周范圍：193、“測頻”還是“測周”？若被測頻率fx較高,直接測頻的相對誤差較?。蝗舯粶y頻率fx

較低,測周法測頻的相對誤差較小。則可求得一個測頻和測周相對誤差都一樣的中界頻率

f0

為：若直接測頻若測周法測頻3、“測頻”還是“測周”？若被測頻率fx較高,直接測頻的相204．分頻系數(shù)的選擇

1°m越大，精確度越高

2°一般?。ㄒ詎為整數(shù)）3°（K為十進(jìn)制數(shù)顯示位數(shù)）測頻測周

N——顯示數(shù)字

——顯示數(shù)的單位（N=1的

fx

或Tx

）

n——決定小數(shù)點(diǎn)位置改變n只不過改變fx和Tx

的指示數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)位置。4．分頻系數(shù)的選擇1°m越大，精確度越高212.2時間間隔的數(shù)字測量2.2時間間隔的數(shù)字測量222.2時間間隔的數(shù)字測量一、測量原理2.2時間間隔的數(shù)字測量一、測量原理23圖２-2-2時間間隔的測量圖２-2-2時間間隔的測量24二、測量誤差(測量周期)三、測量范圍

二、測量誤差(測量周期)三、測量范圍252.3相位差的數(shù)字測量2.3相位差的數(shù)字測量262.3相位差的數(shù)字測量2.3.1相位-電壓轉(zhuǎn)換法2.3相位差的數(shù)字測量2.3.1相位-電壓轉(zhuǎn)換法27設(shè)，二者相位差對應(yīng)的時差為

工作原理：

1.鑒相

2.低通濾波——求平均值

工作原理：1.鑒相2.低通濾波——求平均值282.3.2相位-時間轉(zhuǎn)換法2.3.2相位-時間轉(zhuǎn)換法29工作原理：

1.鑒相

設(shè)，二者相位差對應(yīng)的時差為

2.時間計數(shù)——相位量化單位

工作原理：1.鑒相設(shè)，2.時間30相位量化誤差

相對量化誤差

相位量化誤差相對量化誤差31例題：采用相位－時間轉(zhuǎn)換法測量兩個頻率為1kHz相位差的正弦信號，若時標(biāo)脈沖頻率為500kHz，試計算相位量化誤差和計數(shù)器計數(shù)結(jié)果。例題：32時標(biāo)周期Tc（或頻率fc）的選擇

若使

，n－決定小數(shù)點(diǎn)位置（），－十進(jìn)制顯示位數(shù)須使（須先測量信號的周期才能選定Tc），或

此時度結(jié)論：因時標(biāo)頻率不能太高，本方法只適用于測量低頻信號的相位差。時標(biāo)周期Tc（或頻率fc）的選擇若使33結(jié)束結(jié)束34第二章頻率、時間和相位的測量第二章頻率、時間和相位的測量35基本內(nèi)容：頻率的測量模擬測量方法

數(shù)字測量方法時間間隔的數(shù)字測量方法相位差的數(shù)字測量基本內(nèi)容：362.1頻率的測量2.1頻率的測量372.1頻率的測量頻率的測量方法可分為模擬法和計數(shù)法兩類模擬法:簡單經(jīng)濟(jì)數(shù)字法:測量精度高,速度快2.1頻率的測量382.1.1頻率的模擬測量一、直接法測頻1.電橋法測頻

取R1=R2=R,C1=C2=C，則平衡條件為：2.1.1頻率的模擬測量取R1=R2=R,C1=C2=C，則392.諧振法測頻利用電感、電容串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路的諧振特性來實(shí)現(xiàn)測頻。

變電感——改變頻段（頻率粗調(diào)）

調(diào)電容——頻率細(xì)調(diào)（電容旋紐按頻率刻度）2.諧振法測頻403．頻率電壓轉(zhuǎn)換法

3．頻率電壓轉(zhuǎn)換法41二、比較法比較法通過利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs和被測頻率fx進(jìn)行比較來測量頻率。其數(shù)學(xué)模型為：

二、比較法422.1.2頻率的數(shù)字測量一、計數(shù)法測量的基本原理在一定的時間間隔T內(nèi)，對周期性脈沖的重復(fù)進(jìn)行計數(shù)。若周期性脈沖的周期為TA，則計數(shù)結(jié)果為

2.1.2頻率的數(shù)字測量一、計數(shù)法測量的基本原理在一定的時間43計數(shù)誤差計數(shù)誤差44當(dāng)

時，；當(dāng)，

時，

；當(dāng)，

時，

；脈沖計數(shù)最大絕對誤差（量化誤差）：脈沖計數(shù)最大相對誤差：當(dāng)時，；45二、通用計數(shù)器的基本組成及工作方式

1、基本組成

二、通用計數(shù)器的基本組成及工作方式1、基本組成462、工作方式

工作方式A端輸入B端輸入計數(shù)結(jié)果測頻率比測頻（待測）（已知）測周（已知）（待測）2、工作方式工作方式A端輸入B端輸入計數(shù)結(jié)果測頻率比測頻47三、頻率（周期）的測量誤差與測量范圍

1．“測頻”方式

①最大相對誤差：

三、頻率（周期）的測量誤差與測量范圍1．“測頻”方式①最48②測量范圍

1°上限受計數(shù)器容量和速度限制

（a）計數(shù)器最大計數(shù)值：

K－十進(jìn)制計數(shù)器位數(shù)

（b）計數(shù)電路一般由多級雙穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，受內(nèi)部狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時間限制，使計數(shù)電路存在最高計數(shù)頻率的限制

－計數(shù)脈沖頻率最大允許故取

或（較小者）

②測量范圍1°上限受計數(shù)器容量和速度限制492°下限受測量精度的要求限制

即測頻范圍：2°下限受測量精度的要求限制測頻范圍：502．“測周”方式

①最大相對誤差

2．“測周”方式①最大相對誤差51②測量范圍

1°測量精度上限受計數(shù)器容量和速度限制

②測量范圍1°測量精度上限受計數(shù)器容量和速度限制522°測量精度下限受測量精度要求限制

測周范圍：

2°測量精度下限受測量精度要求限制測周范圍：533、“測頻”還是“測周”？若被測頻率fx較高,直接測頻的相對誤差較??；若被測頻率fx

較低,測周法測頻的相對誤差較小。則可求得一個測頻和測周相對誤差都一樣的中界頻率

f0

為：若直接測頻若測周法測頻3、“測頻”還是“測周”？若被測頻率fx較高,直接測頻的相544．分頻系數(shù)的選擇

1°m越大，精確度越高

2°一般?。ㄒ詎為整數(shù)）3°（K為十進(jìn)制數(shù)顯示位數(shù)）測頻測周

N——顯示數(shù)字

——顯示數(shù)的單位（N=1的

fx

或Tx

）

n——決定小數(shù)點(diǎn)位置改變n只不過改變fx和Tx

的指示數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)位置。4．分頻系數(shù)的選擇1°m越大，精確度越高552.2時間間隔的數(shù)字測量2.2時間間隔的數(shù)字測量562.2時間間隔的數(shù)字測量一、測量原理2.2時間間隔的數(shù)字測量一、測量原理57圖２-2-2時間間隔的測量圖２-2-2時間間隔的測量58二、測量誤差(測量周期)三、測量范圍

二、測量誤差(測量周期)三、測量范圍592.3相位差的數(shù)字測量2.3相位差的數(shù)字測量602.3相位差的數(shù)字測量2.3.1相位-電壓轉(zhuǎn)換法2.3相位差的數(shù)字測量2.3.1相位-電壓轉(zhuǎn)換法61設(shè)，二者相位差對應(yīng)的時差為

工作原理：

1.鑒相

2.低通濾波——求平均值

工作原理：1.鑒相2.低通濾波——求平均值622.3.2相位-時間轉(zhuǎn)換法2.3.2相位-時間轉(zhuǎn)換法63工作原理：

1.鑒相

設(shè)，二者相位差對應(yīng)的時差為

2.時間計數(shù)——相位量化單位

工作原理：1.鑒相設(shè)，2.時間64相位量化誤差

相對量化誤差

相位量化誤差相對量化誤差65例題：采用相位－時間轉(zhuǎn)換法測量兩個頻率為1kHz相位差的正弦信號