|
Измерение частоты
1. Общие сведения.
2. Метод сравнения.
2.1 звуковой;
2.2 гетеродинный;
2.3 осциллографический (самостоятельно)
3. Резонансный метод.
4. Метод дискретного счёта.
1. Частотой колебаний называют число полных колебаний в единицу времени:
f = n/t
Для гармонических колебаний частота:
f =1/Т, где Т – период колебаний
Единица частоты Гц определяется как одно колебание в одну секунду. Частота и время неразрывно связаны между собой, поэтому измерение той или другой величины диктуются удобством эксперимента и требуемой погрешностью измерения. В Международной системе единиц СИ время является одной из семи основных физических величин. Частота электромагнитных колебаний связана с периодом колебаний Т и длиной однородной плоской волны в свободном пространстве следующими соотношениями: и
где с – скорость света, равная 299 792, 5 0,3 км/с.
Спектр частот электромагнитных колебаний, используемых в радиотехнике, простирается от долей Гц до тысяч ГГц.
Международный консультативный комитет по радио (МККР) предложил упорядочить наименования в спектре частот, применяемых для радиосвязи. Этот спектр разбит на 9 полос, внутри которых частоты меняются в 10 раз. Полосы обозначаются цифрами от 4 до 12, диапазонами частот, диапазонами и метрическими наименованиями длин волн и соответствующими аббревиатурами
(Таблица 1.)
№ полосы | Диапазон частот | Диапазон волн | Сокращённое обозначение | |
по частотам | по длинам волн | |||
3 – 30 кГц | 100 – 10 км (мириаметровый) | ОНЧ (VLF) – очень низкие | СДВ – сверхдлинные | |
30 – 300 кГц | 10 – 1 км (километровый) | НЧ (LF) – низкие | ДВ – длинные | |
300 – 3000 кГц | 1000 – 100 м (гектометровый) | СЧ (MF) – средние | СВ – средние | |
3 – 30 МГц | 100 – 10 м (декккаметровый) | ВЧ (HF) – высокие | КВ – короткие | |
30 – 300 МГц | 10 – 1 м (метровый) | ОВЧ (VHF) – очень высокие | УКВ – ультра- короткие | |
300 – 3000 МГц | 100 – 10 см (дециметровый) | УВЧ (UHF) – ультравысокие | ДЦМВ – деци- метровые | |
3 – 30 ГГц | 10 – 1 см (сантиметровый) | СВЧ (SHF) – сверхвысокие | СМВ – санти- метровые | |
30 – 300 ГГц | 10 – 1 мм (миллиметровый) | КВЧ (EHF) – крайне высокие | ММВ – милли- метровые | |
300 – 3000 ГГц | 1 – 0,1 мм (децимиллиметровый) | – | – |
В радиотехнической практике чаще всего измеряется частота, иногда период и реже длина волны. Измерение частоты выполняется с наибольшей точностью по сравнению с другими видами радиоизмерений, поэтому многие физические величины подлежащие измерению, преобразуют во временные и частотные для последующего точного измерения.
В зависимости от участка спектра и требуемой точности применяют следующие методы измерения частоты: метод перезаряда конденсатора, резонансный метод, метод сравнения и метод дискретного счёта.
В соответствии с ГОСТом 15.094 - 69 «Приборы электронные радиоизмерительные. Классификация. Наименования и обозначения» Приборы для измерения частоты и времени относят к подгруппе Ч:
Ч1 – установки для проверки измерителей частоты воспроизведения образцовых частот, слияние частот сигналов;
Ч2 – частотомеры резонансные;
Ч3 – частотомеры электронно-счётные;
Ч4 – частотомеры гетеродинные, ёмкостные, мостовые;
Ч5 – преобразователи частоты сигнала;
Ч6 – синтезаторы частот; делители и умножители частоты;
Ч7 – приёмники сигналов эталонных частот; компараторы частотные, фазовые; временные; синхронометры;
Ч9 – преобразователи частоты.
2. Метод сравнения для измерения частоты получил широкое распространение благодаря его простоте, пригодности для использования практически в любом диапазоне частот и сравнительно высокой точности результата измерения. Для измерения частоты fx методом сравнения необходимо иметь источник образцовых частот fобр. и индикатор равенства или кратности
fx и fобр В связи с этим метод сравнения может быть реализован трёмя способами:
2.1 С помощью акустических биений:
При этом способе сравниваются две звуковые частоты с помощью акустических биений. Если fx и fобр отличаются друг от друга, то в телефоне BF1 слышно два тона. При fобр.= fx слышен один тон, значение fx определяется по шкале G1.
Гетеродинный способ реализуется по структурной схеме:
Данный способ называется гетеродинным потому, что в качестве источника образцовой частоты используется генератор с плавно изменяющейся частотой – гетеродин.
2.2 Осциллографический способ – пригоден для любых частот в пределах полосы пропускания электронно-лучевой трубки. Измерение можно производить при линейной, синусоидальной и круговой развёртках.
3. Резонансный метод измерения частоты заключается в сравнении измеряемой частоты с собственной резонансной частотой градуированного измерительного колебательного контура.
На Рис. 3 представлена структурная схема, поясняющая измерение частоты резонансным методом. Данный метод применяется в диапазоне ВЧ и СВЧ.
Источник напряжения измеряемой частоты fx с помощью элемента связи Эсв соединяется с прецизионным измерительным контуром ИК, который настраивается в резонанс с частотой fx. Момент резонанса фиксируется по максимальному показанию индикатора, присоединённого к контуру через второй элемент связи Эсв. Измеряемая частота определяется по градуированной шкале микрометрического механизма настройки с большим числом отсчётных точек. Контур и индикатор конструктивно объединены в устройство, называемое резонансным частотомером.
Измерительный контур резонансного частотомера в зависимости от диапазона частот, для которого он предназначен, выполняется с сосредоточенными или распределёнными параметрами.
Резонансные частотомеры с сосредоточенными параметрами в настоящее время вытеснены полностью цифровыми частотомерами.
В диапазоне СВЧ применяют частотомеры с распределёнными параметрами, колебательный контур такого частотомера выполняют либо в виде отрезка коаксиальной линии, либо в виде объёмного резонатора.
4. Метод дискретного счёта:
Сущность данного метода заключается в следующем: переменное напряжение, частоту которого fx нужно измерить, преобразуют в последовательность односторонних импульсов частотой следования, равной fx.
Если сосчитать число импульсов N за известный интервал времени Т, то частоту можно определить:
Рис. 4. Структурная схема ЭСЧ частотомера
Входное устройство ВхУ состоит из аттенюатора или компенсированного делителя напряжения, с помощью которого устанавливается напряжение, необходимое для нормальной работы формирующего устройства ФУ. В ФУ из входного переменного напряжения U fx формируются короткие прямоугольные импульсы U фу, форма этих импульсов не должна изменяться при изменении частоты и амплитуды входного напряжения в установленных для данного прибора приделах. В качестве ФУ используется триггер Шмитта или специальные схемы на туннельных диодах. Временной спектр ВС предназначен для пропускания импульсов на электронный счётчик Эсч в течение (время счёта).
формируется из частоты генератора с кварцевой стабилизацией Г кв:
В управляющем устройстве УУ вырабатывается импульс напряжения U уу длительностью . С помощью этого импульса временной селектор открывается и на ЭС2 проходит группа импульсов . Эта информация через дешифратор ДШ поступает на цифровой индикатор ЦИ и на табло появляются показания в единицах частоты.
После кварцевого генератора включены декадные делители частоты, ДЧ, на выходах которых образуются частоты в 10n (n = 1, 2, 3, 4 …) раз ниже частоты Г кв.
УУ одновременно с воздействием на ВС выдаёт импульсы для автоматического сброса показания с табло ЦИ и освобождения ЭС2 от накопленной информации, а также для приведения в исходное состояние дешифратора ДШ, ДЧ. В УУ предусмотрена блокировка ВС на интервал времени, в течение которого сохраняется информация на табло. Этот интервал времени называется временем индикации.
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 34 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| | Таблица 1. Ведомость расчета ресурсов на производство работ по объекту |