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测频原理│测频方法有哪些?

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供稿:中国工控网 2016/6/21 13:29:54

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  • 关键词: 测频
  • 摘要:简述频率测量原理和几种常见的测频方法

  测频原理

  目前对频率的测量采用的方法主要有:围绕电子计数器计一定时间内的脉冲个数来确定频率;对信号时频变换的算法进行研究。本文主要讨论前者。

  1直接测频法

  电子计数器是一种利用比较法进行测量的最常见、最基本的数字化仪器,是其他数字化仪器的基础。频率在时间轴上是无限延伸的,因此对频率测量需要确定一个取样时间T,在该时间内对被测信号的周期进行累加计数(若计数值为N),根据fx=N/T得到频率值。此种方法由于闸门时间与被测信号不同步,计数时存在±1的计数误差,影响测频精度。

  2等精度测量法

  可见直接测频法虽然设计简单,但是精度不高,为消除“±1计数误差”,对其进行改进如图1所示。

  被测信号经过滤波、放大、分频、整形预处理之后,将处理后的方波信号和闸门时间预置方波信号进行同步控制。同步控制一般由D触发器和三态门来实现。在测频率和周期时,单片机控制中心发出清零信号使三态传输门处于高阻状态,同时给出启动闸门信号,当被测信号整形后的方波信号上升沿到来时,同步控制发出信号,使闸门A和闸门B同时开始对被测信号和标准信号进行计数。当单片机发出结束闸门信号后,fx的方波信号上升沿的到来,将使计数器停止计数,并申请中断服务。这样便实现了闸门的启闭与fx同步,再将中断服务送来的数据送入运算中心进行处理,最后将结果送入显示系统,显示测量结果。时序图如图2所示。

  经分析,误差主要来自标频信号与闸门B不同步产生的“±1”误差,为进一步提高测频精度,提出了基于相位重合的全同步测频方法。

  3全同步测频法

  全同步频率计测频思路:被测信号fx经调理电路处理后与标准频率f0一起被送入相位重合点检测电路,先开启预置闸门,但并不计数,当两信号相位第一次重合时打开实际闸门并开始计数,而实际闸门的关闭是在预置闸门下降沿后的第一个相位重合点到来时关闭的。这样,计数电路在1s内所累积11的脉冲个数就有了频率意义。频率计算公式等精度测频一样,但是因为被测频率、标准频率与闸门达到了真正的一致,理论上彻底消除了±1的计数误差,如图3所示。 

  设开启闸门时脉冲同步时间差为△t1,关闭闸门时脉冲同步时间差为△t2,脉冲的相位同步检测最大误差为△t,则有△t1≤△t,△t2≤△t。不计标准时钟误差,实际闸门与标准时钟同步,实际闸门时间为T,被测信号计数值为Nx,标准时钟计数值为No,则被测信号的频率测量值为:

真实值为:

频率测量的相对误差为:

  由式(3)可知,误差只与脉冲相位检测电路的准确度有关。

审核编辑(王雪)
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