30. Классификация методов измерения частоты. Аналоговые методы.

31. Цифровые методы измерения частоты и временных интервалов. Погрешности.

В двух словах, цифровые методы сводятся к подсчету числа импульсов за интервал времени. Режимы работы цифрового частотомера (режим «измерения частоты» или режим «измерения периода») отличаются тем, как (из чего) формируются считаемые импульсы и интервалы, за которые они считаются.

В режиме измерения частоты (рис.6.5) счетные импульсы получают из измеряемого колебания и период этих импульсов равен частоте измеряемого колебания.

Импульсы подсчитываются за время , которое устанавливается оператором равным известной единице времени. Тогда число на счетчике, который подсчитывает импульсы, за время будет равно

=

т.е. число на счетчике будет пропорционально частоте измеряемого колебания . Если взять = 1 секунде, то число на счетчике будет равно частоте в герцах, т.к. оно означает сколько измеряемых периодов (т.е. интервалов ) сосчитается за время равное одной секунде (вспомним, что частота N Герц – это N периодов колебания за секунду). Если , то - частота в кГц и т.д., то есть размер интервала определяет размерность (диапазон) измерения частоты.

В режиме измерения периода (рис.6.6) неизвестным является интервал , а считаемые импульсы устанавливаются с известной частотой (т.е. известным периодом

Число на счетчике

Если, равна 1 Гц , то измеряемый период будет измерен в секундах, если =1 кГц, то в миллисекундах и.т.д.

Цифровые методы измерения временных интервалов реализуются подобно тому, как измерялся период в цифровом частотомере. Для уменьшения погрешности измерения (основной составляющей - погрешности дискретности) используют аппаратные способы уменьшения погрешности дискретности. Ниже рассмотрен метод «трансформации» временного масштаба.

б) – счетные импульсы, следующие с периодом Тсч;

в) – строб длительности измеряемого интервала Тх;

г) – «пачка» счетных импульсов, подсчитанных за измеряемый интервал Тх ;

д) – стробы, длительность которых τ1 и τ2, определяемая погрешностью дискретности;

е) – временные интервалы в К раз большие погрешностей дискретности, т.е. Кτ1 и Кτ2 (последний на рисунке указан не полностью);

ж) – стробы равные Кτ1 и Кτ2 (второй показан не полностью);

в) – «пачка» счетных импульсов, попавших в расширенный в К раз интервал τ1.

Рассмотрим принцип данного метода. Как видно из рисунка результат измерения и измеряемый интервал Тх связаны соотношением:

Тх = Ти +τ1 – (Тсч -τ2)= (N+1)Tсч+ τ1- τ2 = Ти +[ τ1 + (Тсч - τ2)] (7.6)

т. е. измеренное значение (Ти) отличается от измеряемого (Ти) на величину в квадратных скобках, которая и составляет погрешность измерения. Для уменьшения погрешности нужно измерить τ1 и τ 2, величина каждой меньше Тсч. Для того, чтобы измерить интервалы, меньшие Тсч, в данном методе происходит изменение временного масштаба – вместо строба длительностью τi формируется строб в К раз длиннее. Технически это можно, например, получить заряжая конденсатор малой ёмкости напряжением строба длительностью τi, а разряжать с постоянной времени в К раз большей, чем постоянная времени заряда, а после этого подсчитывать счетные импульсы, попавшие в расширенный строб. Тогда число импульсов, попавших в расширенные стробы, будет:

и , откуда и

и окончательно результат можно записать:

(7.7)

Для удобства устанавливают , где М – целое число. Если например К=1000, то разрешающая способность возрастает в 1000 раз, т.е до 0,001Тсч.