电子测量技术基础第五章ppt课件.ppt

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1、第5章频率时间测量5.1概述5.2电子计数器测频率5.3电子计数器测周期5.4电子计数器测时间间隔5.1.1　时间、频率的基本概念1.时间的定义与标准2.频率的定义与标准5.1.2　频率测量方法概述5.1概述5.2电子计数器测频率5.2.1　电子计数法测频原理频率的定义：周期性信号在一秒钟内变化的周期。如果在一定的时间间隔Ts内计有周期信号的重复变化次数N，则频率可写为：这就是电子计数器测频的基本原理。原理框图：5.2.2电子计数器测频的组成框图组成框图：5.2.2误差分析据误差传递公式，测频的误差为可得误差有两部分，第一项是量化误差；第二项是闸门时间误差。dfx=

2、(dN／T)－(N／T2)dT5.2.2误差分析1.量化误差也叫计数误差或±1个字误差，是电子计数器的固有误差，也是数字仪表特有的误差。T=NTx+Δt1－Δt25.2.2误差分析产生原因：由被测信号和门控信号之间不同步及周期关系任意性引起的。被测信号与门控信号间没有同步锁定关系，门控信号的起始点随开机时刻而随机；被测信号周期是任意的，而门控信号周期是一定的。当Ts与被测Tx的整数倍相当时，产生±1误差更为典型。注意：①与fxT成反比。②当被测fx一定，闸门开启时间Ts越大，±1量化误差对测频误差影响越小；当闸门开启时间Ts一定，被测频率fx越高，±1量化误差对测频误差影响越

3、小。故，电子计数器测频适于测高频频率。5.2.2误差分析2.闸门时间误差(标准时间误差)闸门时间不准引起闸门时间相对误差。产生原因：主要是晶振频率准确度，而整形电路、分频电路、闸门的开关速度等因素也产生影响。设晶振频率为fc(周期为Tc)，分频系数为m，所以有：微分，得5.2.2误差分析2.闸门时间误差(标准时间误差)由前两式可知：考虑相对误差定义中使用的是增量符号Δ，所以用增量符号代替式(5.2-9)中的微分符号，改写为表明：闸门时间的相对误差在数值上等于晶振频率的相对误差。5.2.2误差分析3.总误差将式前几个式子整理得：Δfc有可能大于零，也有可能小于零。若按最坏情

4、况考虑，则测量频率的最大相对误差应写为5.2.2误差分析要提高频率测量的准确度，应采取如下措施：①提高晶振频率的准确度和稳定度以减小闸门时间误差；②扩大闸门时间T或倍频被测信号频率fx以减小±1误差；③被测信号频率较低时，采用测周期的方法测量。5.3电子计数器测周期时间测量在科学技术各领域中十分重要。时间测量主要指周期、上升时间、时间间隔等的测量。5.3.1电子计数器测周期的基本原理1.原理框图T与f互为倒数，则将测频的被测通道与标准通道对调即可。原路框图：5.3.1电子计数器测周期的基本原理工作原理：将被测信号经分频后作为门控信号去控制主闸门开启与关闭，晶振标准信号经分频后

5、通过主闸门进入计数器被计数。2.测量结果显然，测周是将被测周期Tx与标准周期Tc进行比较，若在Tx内对标准脉冲计数值为N，则Tc是晶振经分频后的脉冲周期，大小由“时标选择”开关来选择。5.3.2误差分析类似测频的误差分析。据误差传递公式，由Tx=NTc可得写成增量形式1.量化误差因△N＝±1，而N＝Txfc，有注意：量化误差的影响在被测周期Tx小（即频率高）时大，这与测频时刚好相反。2.晶振误差同测频，为5.3.2误差分析注意：晶振准确度和稳定性的影响与测频相同。则总误差为3.周期倍乘为了减小测量误差，可以减小Tc(增大fc)，但这受到实际计数器计数速度的限制。在条件许可的情

6、况下，应尽量使fc增大。另一种方法是把Tx扩大m倍，形成的闸门时间宽度为mTx，以它控制主门开启，实施计数。计数器的计数结果为：由于ΔN=±1，并考虑上式，因此5.3.2误差分析4.周期倍乘的总误差5.3.2误差分析5.触发误差：在测量周期时，被测信号经放大整形后作为时间闸门的控制信号(简称门控信号)，因此，噪声将影响门控信号(即Tx)的准确性，造成所谓触发误差。5.3.2误差分析式中Un为被测信号上叠加的噪声“振幅值”.当被测信号为正弦波，即ux=Umsinωxt,门控电路触发电平为Up，则5.3.2误差分析于是转换误差为4.总误差将量化误差、晶振准确度影响、触发误差按绝对

7、值公式合成总误差：误差曲线：左图所示。其中10Tx和100Tx两条为采用多周测量的误差曲线。5.3.2误差分析注意：利用电子计数器测周①适于低频（因Tx大，±1误差影响小）；②时标要小（fs大，±1误差影响小）；③采用多周期测量。可减小±1误差影响，还可减小触发误差的影响。对前者，计数N大，±1误差影响就小；对后者，因一个△Tn对应门控输出的一次开启时间，若10个周期则有(△Tn)/10，即有误差（△Tn/10）/Tx，影响就小10倍。此外，提高信噪比（即增大Um/Un），也能减少触发误差的影响。5.3