电气测试技术第3版 教学课件 作者 林德杰 6.11 频率、时间和相位的测量.ppt

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1、6.11频率、时间和相位的测量6.11频率、时间和相位的测量在生产实践中，周期现象是极为普遍的，例如正弦波信号等。各种传感器和测量电路常将被测量变换成周期信号来进行检测，这是因为频率测量是目前测量精度最高的参量之一，它能达到10-13的精确度。频率和周期是从不同的侧面来描述周期现象的，二者互为倒数关系，即：可见，只要测得一个量就可以换算出另一个量。相位和时间也是密切相关的，二者也可以互相转换，例如50HZ交流电源，一个周期为20ms，对应相位为360°，如果测出时间间隔为5ms，则知相位为90°。可见，可以利用测量时间的方法来测量相位的变化。6.11.1电子计数频率计测频原理6.11.1

2、.1时间基准的产生频率是每秒内信号变化的次数，欲准确地测量频率，必须要确定一个准确的时间间隔。由于稳定度良好的石英晶体振荡器产生的信号的频率稳定度可达10-9量级，所以利用石英晶体振荡器产生周期为T0的脉冲，经过一系列分频可得到几种标准的时间基准，例如，10ms,0.01s,1s,10s等几种，见图6-86。由图可见，图6-86时间基准的产生6.11.1.2计数式频率计的测频原理计数式频率计的测频原理图见图6-87。由晶振产生的信号经分频及门控电路得到具有固定宽度的方波脉冲作为门控信号，时间基准一般又称为闸门时间，控制主门（与门）的一个输入端。被测信号经放大整形后变成一列窄脉冲加于主门的

3、另一输入端。开始测频时，首先令计数器清零，门控信号到来时，主门开启，计数器开始对被测信号脉冲计数，直至门控信号结束，主门关闭，停止计数。若取闸门时间T内通过主门的脉冲个数为N，则被测信号的频率为图6-87计数式频率计测频原理框图6.11.2脉冲累计的测量在工业检测中常需对脉冲进行长间的累计测量。例如，对每班生产的产品进行累计，可将产品变换成脉冲列，然后用计数式频率计进行计数测量。其测量原理与测频原理相似，仅仅是闸门时间较长而已。其原理框图见图6-88。图6-88脉冲累计测量原理框图被测信号经放大整形后加于主门的一端，门控电路的输入端改为人工控制，当按下SB1（起）时，门控电路使主门开放，

4、被测信号进入计数器计数和显示。待按下SB2（停）时，门控电路使主门关闭，停止计数。在起、停这段时间内被测信号变化的次数通过计数后显示出来。6.11.3计数式频率计测量频率比在调试数字电路（如计数器、分频器、倍频器等）时，往往需要测量输入信号和输出信号之间的频率的相对关系。图6-89测量的原理框图6.11.4计数式频率计测量周期6.11.4.1计数式测量周原理周期是信号变化一次所需时间，周期与频率互为倒数关系，因此可用测频法测得fx后，再按TX=1/fX求得周期。此外，也可用被测交变信号作为门控电路的触发信号去控制主门的开闭，取信号一个周期，在此时间内填充由晶振产生的时钟脉冲，通过计数、显

5、示即可测出信号的周期。其原理见图6-90。图6-90计数式测量周期原理框图6.11.5直接测频和测周期中介频率的确定从测频误差公式（6-41）和测周期误差公式（6-44）可见，计数式频率计测频时，被测信号频率fx愈高，误差愈小，反之亦然；而测周期时，被测信号频率fx愈低，误差愈小，反之亦然。因此，必然有一个频率fc，该频率fc时，测频法和测周期法的测量误差相等，频率fc称为中介频率。由式（6-41）和式（6-44）得：经变换，并考虑式（6-39）得：式中，N0为分频系数，k为时标系数（即倍频系数）。由上式可见，当被测信号频率fx大于fc时，用测频法测量误差较小；反之，fx小于fc时，用测

6、周期法测量误差较小。6.11.6脉冲沿时间及脉冲宽度的测量脉冲计数法测量脉冲沿时间和脉冲宽度的原理与计数式测频原相似，原理框图见图6-91。图6-91计数法测量脉冲沿时间tr和脉宽tw原理框图6.11.7时间间隔和长时间的测量计数法测量时间间隔的原理与测周期原理相同，但是控制主门开放时间的不是被测信号的周期，而是由被侧信号产生的两个脉冲的时间间隔所决定。原理见图6-93。图6-93计数法测量时间间隔6.11.8脉冲计数式相位测量原理用计数法测量相位具有快速、直读和精度高的优点。其原理图见图6-95a。图6-95计数测量相位原理6.11.9数字频率计总体框图及工作特性6.11.9.1总体框

7、图及工作原理把前面测频率、测周期、测时间间隔和测频率比等单元电路组合在一起，并用开关和逻辑电路转换各种工作状态，就构成了数字频率计的总体原理框图，见图6-96。6.11.9.2数字频率计主要工作特性及使用1.主要工作特性数字频率计主要技术性能有下列几项：测量范围包括频率、周期、时间间隔、频率比、脉冲累计等诸项上、下限值的范围。输入电压幅值指各通道能够使电路产生正常逻辑关系的下限值以及不得超过的上限值。闸门时间指测频时门控电路输出的脉