第二章頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量課件

第二章頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量第二章頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量1基本內(nèi)容：頻率的測(cè)量模擬測(cè)量方法

數(shù)字測(cè)量方法時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量方法相位差的數(shù)字測(cè)量基本內(nèi)容：22.1頻率的測(cè)量2.1頻率的測(cè)量32.1頻率的測(cè)量頻率的測(cè)量方法可分為模擬法和計(jì)數(shù)法兩類模擬法:簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)數(shù)字法:測(cè)量精度高,速度快2.1頻率的測(cè)量42.1.1頻率的模擬測(cè)量一、直接法測(cè)頻1.電橋法測(cè)頻

取R1=R2=R,C1=C2=C，則平衡條件為：2.1.1頻率的模擬測(cè)量取R1=R2=R,C1=C2=C，則52.諧振法測(cè)頻利用電感、電容串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路的諧振特性來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)頻。

變電感——改變頻段（頻率粗調(diào)）

調(diào)電容——頻率細(xì)調(diào)（電容旋紐按頻率刻度）2.諧振法測(cè)頻63．頻率電壓轉(zhuǎn)換法

3．頻率電壓轉(zhuǎn)換法7二、比較法比較法通過利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs和被測(cè)頻率fx進(jìn)行比較來(lái)測(cè)量頻率。其數(shù)學(xué)模型為：

二、比較法82.1.2頻率的數(shù)字測(cè)量一、計(jì)數(shù)法測(cè)量的基本原理在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，對(duì)周期性脈沖的重復(fù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。若周期性脈沖的周期為TA，則計(jì)數(shù)結(jié)果為

2.1.2頻率的數(shù)字測(cè)量一、計(jì)數(shù)法測(cè)量的基本原理在一定的時(shí)間9計(jì)數(shù)誤差計(jì)數(shù)誤差10當(dāng)

時(shí)，；當(dāng)，

時(shí)，

；當(dāng)，

時(shí)，

；脈沖計(jì)數(shù)最大絕對(duì)誤差（量化誤差）：脈沖計(jì)數(shù)最大相對(duì)誤差：當(dāng)時(shí)，；11二、通用計(jì)數(shù)器的基本組成及工作方式

1、基本組成

二、通用計(jì)數(shù)器的基本組成及工作方式1、基本組成122、工作方式

工作方式A端輸入B端輸入計(jì)數(shù)結(jié)果測(cè)頻率比測(cè)頻（待測(cè)）（已知）測(cè)周（已知）（待測(cè)）2、工作方式工作方式A端輸入B端輸入計(jì)數(shù)結(jié)果測(cè)頻率比測(cè)頻13三、頻率（周期）的測(cè)量誤差與測(cè)量范圍

1．“測(cè)頻”方式

①最大相對(duì)誤差：

三、頻率（周期）的測(cè)量誤差與測(cè)量范圍1．“測(cè)頻”方式①最14②測(cè)量范圍

1°上限受計(jì)數(shù)器容量和速度限制

（a）計(jì)數(shù)器最大計(jì)數(shù)值：

K－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器位數(shù)

（b）計(jì)數(shù)電路一般由多級(jí)雙穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，受內(nèi)部狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間限制，使計(jì)數(shù)電路存在最高計(jì)數(shù)頻率的限制

－計(jì)數(shù)脈沖頻率最大允許故取

或（較小者）

②測(cè)量范圍1°上限受計(jì)數(shù)器容量和速度限制152°下限受測(cè)量精度的要求限制

即測(cè)頻范圍：2°下限受測(cè)量精度的要求限制測(cè)頻范圍：162．“測(cè)周”方式

①最大相對(duì)誤差

2．“測(cè)周”方式①最大相對(duì)誤差17②測(cè)量范圍

1°測(cè)量精度上限受計(jì)數(shù)器容量和速度限制

②測(cè)量范圍1°測(cè)量精度上限受計(jì)數(shù)器容量和速度限制182°測(cè)量精度下限受測(cè)量精度要求限制

測(cè)周范圍：

2°測(cè)量精度下限受測(cè)量精度要求限制測(cè)周范圍：193、“測(cè)頻”還是“測(cè)周”？若被測(cè)頻率fx較高,直接測(cè)頻的相對(duì)誤差較小；若被測(cè)頻率fx

較低,測(cè)周法測(cè)頻的相對(duì)誤差較小。則可求得一個(gè)測(cè)頻和測(cè)周相對(duì)誤差都一樣的中界頻率

f0

為：若直接測(cè)頻若測(cè)周法測(cè)頻3、“測(cè)頻”還是“測(cè)周”？若被測(cè)頻率fx較高,直接測(cè)頻的相204．分頻系數(shù)的選擇

1°m越大，精確度越高

2°一般?。ㄒ詎為整數(shù)）3°（K為十進(jìn)制數(shù)顯示位數(shù)）測(cè)頻測(cè)周

N——顯示數(shù)字

——顯示數(shù)的單位（N=1的

fx

或Tx

）

n——決定小數(shù)點(diǎn)位置改變n只不過改變fx和Tx

的指示數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)位置。4．分頻系數(shù)的選擇1°m越大，精確度越高212.2時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量2.2時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量222.2時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量一、測(cè)量原理2.2時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量一、測(cè)量原理23圖２-2-2時(shí)間間隔的測(cè)量圖２-2-2時(shí)間間隔的測(cè)量24二、測(cè)量誤差(測(cè)量周期)三、測(cè)量范圍

二、測(cè)量誤差(測(cè)量周期)三、測(cè)量范圍252.3相位差的數(shù)字測(cè)量2.3相位差的數(shù)字測(cè)量262.3相位差的數(shù)字測(cè)量2.3.1相位-電壓轉(zhuǎn)換法2.3相位差的數(shù)字測(cè)量2.3.1相位-電壓轉(zhuǎn)換法27設(shè)，二者相位差對(duì)應(yīng)的時(shí)差為

工作原理：

1.鑒相

2.低通濾波——求平均值

工作原理：1.鑒相2.低通濾波——求平均值282.3.2相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換法2.3.2相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換法29工作原理：

1.鑒相

設(shè)，二者相位差對(duì)應(yīng)的時(shí)差為

2.時(shí)間計(jì)數(shù)——相位量化單位

工作原理：1.鑒相設(shè)，2.時(shí)間30相位量化誤差

相對(duì)量化誤差

相位量化誤差相對(duì)量化誤差31例題：采用相位－時(shí)間轉(zhuǎn)換法測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻率為1kHz相位差的正弦信號(hào)，若時(shí)標(biāo)脈沖頻率為500kHz，試計(jì)算相位量化誤差和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)結(jié)果。例題：32時(shí)標(biāo)周期Tc（或頻率fc）的選擇

若使

，n－決定小數(shù)點(diǎn)位置（），－十進(jìn)制顯示位數(shù)須使（須先測(cè)量信號(hào)的周期才能選定Tc），或

此時(shí)度結(jié)論：因時(shí)標(biāo)頻率不能太高，本方法只適用于測(cè)量低頻信號(hào)的相位差。時(shí)標(biāo)周期Tc（或頻率fc）的選擇若使33結(jié)束結(jié)束34第二章頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量第二章頻率、時(shí)間和相位的測(cè)量35基本內(nèi)容：頻率的測(cè)量模擬測(cè)量方法

數(shù)字測(cè)量方法時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量方法相位差的數(shù)字測(cè)量基本內(nèi)容：362.1頻率的測(cè)量2.1頻率的測(cè)量372.1頻率的測(cè)量頻率的測(cè)量方法可分為模擬法和計(jì)數(shù)法兩類模擬法:簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)數(shù)字法:測(cè)量精度高,速度快2.1頻率的測(cè)量382.1.1頻率的模擬測(cè)量一、直接法測(cè)頻1.電橋法測(cè)頻

取R1=R2=R,C1=C2=C，則平衡條件為：2.1.1頻率的模擬測(cè)量取R1=R2=R,C1=C2=C，則392.諧振法測(cè)頻利用電感、電容串聯(lián)或并聯(lián)諧振回路的諧振特性來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)頻。

變電感——改變頻段（頻率粗調(diào)）

調(diào)電容——頻率細(xì)調(diào)（電容旋紐按頻率刻度）2.諧振法測(cè)頻403．頻率電壓轉(zhuǎn)換法

3．頻率電壓轉(zhuǎn)換法41二、比較法比較法通過利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fs和被測(cè)頻率fx進(jìn)行比較來(lái)測(cè)量頻率。其數(shù)學(xué)模型為：

二、比較法422.1.2頻率的數(shù)字測(cè)量一、計(jì)數(shù)法測(cè)量的基本原理在一定的時(shí)間間隔T內(nèi)，對(duì)周期性脈沖的重復(fù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。若周期性脈沖的周期為TA，則計(jì)數(shù)結(jié)果為

2.1.2頻率的數(shù)字測(cè)量一、計(jì)數(shù)法測(cè)量的基本原理在一定的時(shí)間43計(jì)數(shù)誤差計(jì)數(shù)誤差44當(dāng)

時(shí)，；當(dāng)，

時(shí)，

；當(dāng)，

時(shí)，

；脈沖計(jì)數(shù)最大絕對(duì)誤差（量化誤差）：脈沖計(jì)數(shù)最大相對(duì)誤差：當(dāng)時(shí)，；45二、通用計(jì)數(shù)器的基本組成及工作方式

1、基本組成

二、通用計(jì)數(shù)器的基本組成及工作方式1、基本組成462、工作方式

工作方式A端輸入B端輸入計(jì)數(shù)結(jié)果測(cè)頻率比測(cè)頻（待測(cè)）（已知）測(cè)周（已知）（待測(cè)）2、工作方式工作方式A端輸入B端輸入計(jì)數(shù)結(jié)果測(cè)頻率比測(cè)頻47三、頻率（周期）的測(cè)量誤差與測(cè)量范圍

1．“測(cè)頻”方式

①最大相對(duì)誤差：

三、頻率（周期）的測(cè)量誤差與測(cè)量范圍1．“測(cè)頻”方式①最48②測(cè)量范圍

1°上限受計(jì)數(shù)器容量和速度限制

（a）計(jì)數(shù)器最大計(jì)數(shù)值：

K－十進(jìn)制計(jì)數(shù)器位數(shù)

（b）計(jì)數(shù)電路一般由多級(jí)雙穩(wěn)態(tài)電路構(gòu)成，受內(nèi)部狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間限制，使計(jì)數(shù)電路存在最高計(jì)數(shù)頻率的限制

－計(jì)數(shù)脈沖頻率最大允許故取

或（較小者）

②測(cè)量范圍1°上限受計(jì)數(shù)器容量和速度限制492°下限受測(cè)量精度的要求限制

即測(cè)頻范圍：2°下限受測(cè)量精度的要求限制測(cè)頻范圍：502．“測(cè)周”方式

①最大相對(duì)誤差

2．“測(cè)周”方式①最大相對(duì)誤差51②測(cè)量范圍

1°測(cè)量精度上限受計(jì)數(shù)器容量和速度限制

②測(cè)量范圍1°測(cè)量精度上限受計(jì)數(shù)器容量和速度限制522°測(cè)量精度下限受測(cè)量精度要求限制

測(cè)周范圍：

2°測(cè)量精度下限受測(cè)量精度要求限制測(cè)周范圍：533、“測(cè)頻”還是“測(cè)周”？若被測(cè)頻率fx較高,直接測(cè)頻的相對(duì)誤差較??；若被測(cè)頻率fx

較低,測(cè)周法測(cè)頻的相對(duì)誤差較小。則可求得一個(gè)測(cè)頻和測(cè)周相對(duì)誤差都一樣的中界頻率

f0

為：若直接測(cè)頻若測(cè)周法測(cè)頻3、“測(cè)頻”還是“測(cè)周”？若被測(cè)頻率fx較高,直接測(cè)頻的相544．分頻系數(shù)的選擇

1°m越大，精確度越高

2°一般取（以n為整數(shù)）3°（K為十進(jìn)制數(shù)顯示位數(shù)）測(cè)頻測(cè)周

N——顯示數(shù)字

——顯示數(shù)的單位（N=1的

fx

或Tx

）

n——決定小數(shù)點(diǎn)位置改變n只不過改變fx和Tx

的指示數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)位置。4．分頻系數(shù)的選擇1°m越大，精確度越高552.2時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量2.2時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量562.2時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量一、測(cè)量原理2.2時(shí)間間隔的數(shù)字測(cè)量一、測(cè)量原理57圖２-2-2時(shí)間間隔的測(cè)量圖２-2-2時(shí)間間隔的測(cè)量58二、測(cè)量誤差(測(cè)量周期)三、測(cè)量范圍

二、測(cè)量誤差(測(cè)量周期)三、測(cè)量范圍592.3相位差的數(shù)字測(cè)量2.3相位差的數(shù)字測(cè)量602.3相位差的數(shù)字測(cè)量2.3.1相位-電壓轉(zhuǎn)換法2.3相位差的數(shù)字測(cè)量2.3.1相位-電壓轉(zhuǎn)換法61設(shè)，二者相位差對(duì)應(yīng)的時(shí)差為

工作原理：

1.鑒相

2.低通濾波——求平均值

工作原理：1.鑒相2.低通濾波——求平均值622.3.2相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換法2.3.2相位-時(shí)間轉(zhuǎn)換法63工作原理：

1.鑒相

設(shè)，二者相位差對(duì)應(yīng)的時(shí)差為

2.時(shí)間計(jì)數(shù)——相位量化單位

工作原理：1.鑒相設(shè)，2.時(shí)間64相位量化誤差

相對(duì)量化誤差

相位量化誤差相對(duì)量化誤差65例題：采用相位－時(shí)間轉(zhuǎn)換法測(cè)量?jī)蓚€(gè)頻率為1kHz相位差的正弦信號(hào)