Цифровой частотомер

Упрощенная структурная схема ЭСЧ в режиме измерения частоты представлена на (рис.9.1). Схема содержит следующие элементы: входное устройство (ВУ), формирующее устройство (ФУ), временной селектор (ВС), опорный генератор (ОГ), делитель частоты (ДЧ), устройство формирования и управления (УФУ), электронный счетчик (ЭС), дешифратор (Дш) и цифровой индикатор (ЦИ).

Рисунок 9.1 – Структурная схема ЭСЧ в режиме измерения частоты

Входное устройство обеспечивает усиление или, наоборот, ослабле­ние входного сигнала и его фильтрацию.

Формирующее устройство преобразует исследуемый сигнал в после­довательность импульсов, частота следования которых равна частоте исследуемого сигнала.

Временной селектор представляет собой логическую схему, кото­рая обеспечивает пропускание на электронный счетчик сформирован­ные импульсы измеряемой частоты только при наличии на управля­ющем входе стробирующего импульса, длительность которого опреде­ляет время измерения.

Опорный генератор является источником сигнала калиброванного временного интервала. В этих целях, как правило, используется высо­костабильный термостатированный кварцевый генератор частотой 1 или 5 МГц. С помощью формирующего устройства опорного генератора вы­рабатывается последовательность импульсов, поступающих на делитель частоты. Делитель частоты формирует последовательность импульсов, частота следования которых в 10ⁿ (n = 1, 2, 3...) раз ниже частоты сигнала опорного генератора.

Устройство формирования и управления на основе сигнала, посту­пающего с делителя частоты, обеспечивает получение прямоугольного строб-импульса, длительность которого определяет время счета и со­ответственно время измерения.

Электронный счетчик обеспечивает подсчет и запоминание числа импульсов, прошедших через селектор за время строб-импульса.

Информация с электронного счетчика через дешифратор поступает на цифровой индикатор, на табло которого появляется информация в единицах частоты. Перед началом нового цикла измерений необходимо подготовить счетчик, сбросив показания прошлого цикла. Это делается через цепь сброса от устройства управления.

Таким образом, как следует из описания структурной схемы при­бора, при измерении частоты на первый вход ВС поступает последова­тельность импульсов с периодом Т_х, определяемым частотой исследу­емого сигнала f_х, причем Т_х = 1/f_x. На второй вход ВС поступает строб-импульс длительностью

∆Т=10ⁿТ_кв, (9.1)

где Т_кв — период следования импульсов с опорного кварцевого генератора.

На электронный счетчик проходит группа импульсов, число ко­торых

(9.2)

Если не учитывать погрешность дискретизации и сравнивать значе­ния для ∆Т из равенств (9.1) и (9.2), то имеем

откуда

(9.3)

Таким образом, измеряемая частота равна числу импульсов N, образованных из измеряемого сигнала, а f_кв ∙ 10^-n — коэффициент, определяющий единицу измерения частоты и число значащих цифр при отсчете (рис.9.2).

Рисунок 9.2 – Временная диаграмма работы ЭСЧ в режиме измерения частоты

Принято выделять две основные составляющие погрешности изме­рения частоты δ_f. Первая составляющая - это погрешность форми­рования образцового интервала времени ∆Т, в течение которого вре­менной селектор пропускает импульсы, т.е. проводится измерение. Эта погрешность определяется погрешностью меры, т.е. нестабильностью частоты кварцевого генератора δ_кв.

Вторая составляющая – погрешность дискретизации δ_Д, возникает за счет потери части периода измеряемых импульсов ∆t₁, ∆t₂ и приблизительно составляет ∆N = ±1 импульс.

Относительная погрешность дискретизации

(9.4)

Тогда, относительная погрешность измерения будет равна

(9.5)