Меню

Измерение частоты прибор для измерения интервалов времени частоты



Тема 3.2 Приборы и методы измерения частоты и интервала времени

Методы измерения частоты и интервала времени. Устройство, принцип действия, технические характеристики, разновидности, область применения частотомеров. Измерение интервалов времени. Измерительные генераторы. Блок-схема. Генераторы R-C, L-C, на биениях, шума, стандартных сигналов, импульсные. Характеристики сигналов. Правила настройки и подключения. Согласующие устройства. Правила техники безопасности.

При изучении методов измерения обратить особое вни­мание на области их применения, на возможные точности измерений тем или иным методом.

Непосредственное измерение частоты производят частотомерами, в основу которых положены различные методы измерения в зависимости от диапазона измеряемых частот и требуемой точности измерения. Наиболее распространенными методами измерения частоты являются: метод перезаряда конденсатора, резонансный метод, метод дискретного счета , метод сравнения измеряемой частоты с эталонной. Частотомеры используются нечасто. По большей части функции встроенного в мультиметр частотомера оказывается достаточно. Но в тех случаях, когда нужен точный результат или внешнее управление, без специального прибора не обойтись. Такие частотомеры могут измерять частоту, период и скважность периодических сигналов, определять длительность интервалов, осуществлять эталонный отсчет времени. Сложные модели предусматривают возможность вычислительной обработки результатов совокупности измерений и несколько каналов для реализации сложных алгоритмов запуска счета, обработки сигналов с разными параметрами или выполнения относительных измерений.

Генераторы используется гораздо реже и, в основном, при отладке и испытаниях различных устройств. Генераторы делятся на низкочастотные, высокочастотные и функциональные. Первые формируют синусоидальный сигнал или меандр с частотой от нескольких герц до сотен килогерц, вторые — с частотами до сотен мегагерц с возможностью модулирования сигнала по заданному закону внешним или внутренним сигналом. Функциональные генераторы формируют сигналы сложной формы (синус, прямоугольник, треугольник, пила, трапеция) в диапазоне частот до десятков мегагерц с заданной скважностью, а также цифровые сигналы с уровнями ТТЛ и КМОП. Некоторые модели могут работать как генераторы качающейся частоты (по заданному закону) или формировать простейший амплитудно- или частотно-модулированный сигнал.

Метод перезаряда конденсатора за каждый период измеряемой частоты — среднее значение тока перезаряда пропорционально частоте и измеряется магнитоэлектрическим амперметром, шкала которого проградуирована в единицах частоты. Выпускают конденсаторные частотомеры с пределом измерения 10 Гц — 1 МГц и погрешностью измерения ±2%.

Резонансный метод, основанный на явлении электрического резонанса в контуре с подстраиваемыми элементами в резонанс с измеряемой частотой. Измеряемая частота определяется по шкале механизма подстройки. Метод применяется на частотах более 50 кГц. Погрешность измерения можно уменьшить до сотых долей процента.

Метод дискретного счета лежит в основе работы электронно-счетных цифровых частотомеров. Он основан на счете импульсов измеряемой частоты за известный промежуток времени. Обеспечивает высокую точность измерения в любом диапазоне частот.

Метод сравнения измеряемой частоты с эталонной — электрические колебания неизвестной и образцовой частот смешиваются таким образом, чтобы возникли биения некоторой частоты. При частоте биений, равной нулю, измеряемая частота равна образцовой. Смешение частот осуществляют гетеродинным способом (способ нулевых биений) или осциллографическим.

Решение многих радиотехнических задач связано с измерением интерва­лов времени. Обычно приходится измерять как очень малые (единицы пико-секунд) так и очень большие (сотни секунд) интервалы времени. Интервалы времени могут также быть не только повторяющимися, но и однократными.

Различают два основных способа измерения интервалов времени: осцилографический и цифровой.

Измерение интервалов времени с помощью осциллографа проводится по осциллограмме исследуемого напряжения с использованием «линейной» развертки. Из-за нелинейности развертки, а также больших погрешностей отсчета начала и конца интервала общая погрешность измерения составляет единицы процентов. В последние годы интервалы времени в основном изме­ряются цифровыми методами.

Измерения интервалов времени с помощью цифрового частотомера — измерение интервала времени Тх цифровым методом основано на заполнении его импульсами , следующими с образцовым периодом Т0, и подсчете числа Mx этих импульсов за время Тх.

Вопросы длясамопроверки

1. Каковы наиболее распространенные методы измерения временных интервалов?

2. Нарисуйте структурную схему цифрового измерителя временных интервалов.

3. Какие существуют методы уменьшения погрешнос­ти?

4. Какие методы измерения частоты вы знаете?

5. Нарисуйте функциональную схему осциллографического частотомера.

6. Каковы источники погрешности измерения частоты путем заряда и разряда конденсатора?

7. Каков принцип действия волномера?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Тема 2.6 Измерение частоты и интервалов времени

Измерение частоты. В частотно-измерительной технике главной величиной периодического сигнала является период – наименьший интервал времени, через который повторяется произвольно выбранное мгновенное значение периодического сигнала, а частота определяется как величина, обратная этому периоду.

Для измерения промышленной частоты могут применяться стрелочные приборы электродинамической системы. На низких частотах применяют электронно-счетные частотомеры и осциллографы. На высоких и сверхвысоких частотах применяют резонансные частотомеры.

Приборы для измерения частоты (в обозначении типа имеют букву Ч):

Ч1 – стандарты частоты и времени;

Ч2 – частотомеры резонансные;

Ч3 – частотомеры электронно-счетные;

Ч4 – частотомеры гетеродинные, емкостные, мостовые;

Ч5 – синхронизаторы частоты, преобразователи частоты;

Ч6 – синтезаторы частот; делители и умножители частоты;

Ч7 – компараторы частотные, фазовые, временные.

Методы измерения частоты:

Метод линейной развертки. Сигнал измеряемой частоты подается на вход Y осциллографа. Измеряется интервал времени tх, в который попадает целое число N периодов сигнала. Тогда частота f = 1/T=N/tx .

Метод синусоидальной развертки (фигур Лиссажу). К отклоняющим пластинам Y подводят напряжение измеряемой частоты fy, а к пластинам Х — напряжение от образцового генератора с частотой f = fx (рисунок 2.27, а). При этом частоту f изменяют до тех пор, пока на экране осциллографа не получится наиболее простая и неподвижная фигура Лиссажу. Определив затем по ней отношение частот n = fy/fx = fy/f, находим fy = nfx. Практически величину n удобно находить как отношение числа точек пересечения фигуры Лиссажу горизонтальной линией к числу точек пересечения фигуры вертикальной линией (рисунок 2.27, б).

Рисунок 2.28. Фигуры Лиссажу для разного соотношения частот и различных фазовых сдвигов

Данный метод целесообразно использовать, если n не превышает 10. При большем отношении частот фигура получается неразборчивой. В этом случае для измерения частоты необходимо использовать метод круговой или эллиптической развертки.

Если фигура Лиссажу на рисунке 2.19, б получилась при частоте f= 1000 Гц, то n = fy/ f = 6 / 2 = 3, откуда f y = n∙ f = 3∙1000 = 3000 Гц.

На рисунке 2.28 приведены фигуры Лиссажу при различных частотах и фазовых углах сдвига синусоидальных напряжений. Кривые, приведенные на рисунке 2.29, наглядно поясняют образование фигур Лиссажу на экране осциллографа.

Читайте также:  Алгоритм измерения глазного дна

Рисунок 2.29. Получение фигур Лиссажу при отношении частот 1:1 и сдвиге фаз φ = 0 о (а), φ = 45 о (б)

Метод круговой развертки (яркостных меток времени). На входы X и Y осциллографа подаются синусоидальные сигналы образцовой частоты f, сдвинутые по фазе на 90º друг от друга, а на вход Z – сигнал измеряемой частоты fх. В результате на экране осциллографа получается прерывистая окружность (рисунок 2.30), по количеству разрывов n которой находится отношение частот: fх= n f.

Измерение интервалов времени дискретным методом счета. Измеряемый интервал времени tх заполняется импульсами с известным образцовым периодом их следования Тобр 9 / 17 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая > >>

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Источник

10. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ И ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ

10. ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ И ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ

Измерение частоты и интервалов времени, а также хранение и воспроизведение их единиц лежат в основе многочисленных измерительных задач, решаемых в совре­менной радиотехнике. Техническая аппаратура для частотно-временных измерений образует единый комплекс приборов и средств, обеспечивающий возможность прове­дения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону час­тоты и времени. Последнее определяет принципиально высокую точность измерений

10.1. Общие сведения

Частота f или период Т относятся к основным параметрам любого гармо­нического или периодического процесса. В общем случае под частотой по­нимают число идентичных событий, происходящих за единицу времени. Для периодических, но не гармонических колебаний строго справедливо лишь понятие периода. Однако и в этом случае часто говорят о частоте, понимая под этим величину, обратную периоду.

Единица циклической частоты f — герц (Гц) — соответствует одному колебанию за 1 с. Отметим, что исторически в радиотехнике высокие часто­ты принято обозначать буквой f , а низкие — F.

Напомним, что гармонический сигнал записывается как

u(t) = Umcos((ωt + φ0) = Ucos φ(t), (10.1)

где Um — амплитуда; ω — угловая (круговая) частота; φ0 — начальная фаза;

φ(t) = ωt + φ0 — полная (текущая, мгновенная) фаза.

Угловая частота ω = 2πf выражается в рад/с и равна изменению текущей фазы сигнала φ(t) за единицу времени. Угловая частота записывается для вы­соких и низких частот соответственно как ω = 2πf и Ω= 2π F. Для гармониче­ских сигналов (в том числе и искаженных по форме, но не по периоду следо­вания) частота определяется числом переходов через ось времени (т. е. через нуль) за единицу времени.

При непостоянстве частоты используется понятие мгновенной угловой частоты ω(t) = dφ(t)/dt = 2π f(t), где f(t) — мгновенная циклическая часто­та. При описании методов измерения частоты имеется будем иметь в виду ее среднее значение за время измерения. Различают также долговре­менную и кратковременную нестабильности частоты, связанные соответст­венно с постоянным изменением частоты за длительный и короткий интерва­лы времени и с ее флуктуационными изменениями. Граница между этими не-стабильностями условна и задается путем указания времени измерения.

Так как измерение частоты, по самому ее определению занимает определен­ный промежуток времени, то результатом измерения является усредненное на интервале времени Тсч значение частоты и, следовательно, можно ожидать, что погрешность измерения частоты будет зависеть от времени усреднения.

Интервалом времени △t в общем случае называется время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. К числу таких интер­валов относятся, например, период колебаний, длительность импульса или длительность интервала, определяемая разносом по времени двух импульсов.

Периодом Т называется интервал времени, через который регулярно по­вторяются мгновенные значения гармонического или периодического сиг­нала u(t). Отсюда следует, что u(t) = u(t + nT), где п = 1, 2, 3, … . Для гармо­нического сигнала, например для u(t) = Umsin(2πt/T) = Umsinφ(t), период коле­бания Т можно также определить, как интервал времени, в течение которого фаза сигнала φ(t)(в радианах) изменяется на 2π .

Частота f и период колебания Т дуальны (т. е. двойственны, равноправны) и связаны формулой f = 1/T. Поскольку эти две физические величины нераз­рывно связаны, измерение одной величины можно заменить другой. Но на практике чаще измеряется частота.

Аппаратура для частотно-временных измерений образует единый комплекс приборов, обеспечивающий возможность проведения измерений с непосредст­венной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени. Это факти­чески гарантирует возможность принципиально высокой точности измерений.

Основными измерительными приборами и средствами частотно-временных измерений являются:

приемники сигналов эталонных частот и компараторы;

преобразователи частоты сигналов;

частотомеры на основе метода заряда-разряда конденсатора;

цифровые измерители частоты и интервалов времени.

Базой для частотно-временных измерений служит группа Государствен­ных стандартов частоты — высокоточных мер частоты и времени, объеди­няющая рубидиевый, цезиевый, водородный и кварцевый стандарты. При­вязка к ним практических измерений осуществляется приемниками сигналов эталонных частот, передаваемых радиостанциями Государственной службы частот и времени, а также компараторами и преобразователями частоты сиг­нала. Последние применяются для переноса частоты или спектра измеряемо­го сигнала в тот диапазон частот, где наиболее целесообразно производить необходимое измерение.

В зависимости от участка частотного спектра и допустимой погрешности для измерения частоты применяют различные способы и приемы измерения, основанные как на использовании методов сравнения, так и методов непо­средственной оценки.

В методах сравнения (резонансный, гетеродинный и с помощью осцилло­графа) используют сравнение измеряемой частоты с частотой источника об­разцовых колебаний. Эти методы применяются в основном для градуировки генераторов различных измерительных приборов. На основе метода сравне­ния действуют осциллографические способы измерения частоты и гетеро­динные частотомеры. Для их реализации необходим образцовый генератор более высокой точности и устройство сравнения (сличения) частот. Перечис­лим методы, основанные на использовании осциллографа в качестве устрой­ства сравнения:

• определение частоты методом фигур Лиссажу;

• определение интервалов времени (периода, длительности импульса и т.д.) с использованием калиброванной развертки осциллографа;

• определение частоты с помощью яркостных меток на круговой развертке.

Первые два из перечисленных методов рассмотрены в лабораторных работах. Третий метод реализуется при условии, что неизвестная частота fx больше образцовой f0. Кру­говая развертка создается при подведении к входам У и X осциллографа гармони­ческих сигналов образцовой частоты f0, сдвинутых взаимно по фазе на 90°. По­давая гармонический сигнал с измеряемой частотой fx на вход Z модуляции ярко­сти луча осциллографа и регулируя частоту f0, можно получить практически не­подвижную модулированную по яркости круговую развертку (рис. 10.1).

Читайте также:  Составляющие погрешности измерений какая наиболее значимая

Если N — число ярких дуг (или темных промежутков между дугами) на круговой развертке, то частота fx=Nf0 (на рис. 10.1, fx=10f0.Все осциллографические методы имеют невысокую точность (относительная погрешность измерений порядка 10 -1…5-10 -2). Верхняя граница диапазона измеряемых частот onределяется параметрами осциллографа и для большинства из них не превышает 500 Мгц.

К приборам , работающим по методу непосредственной оценки ,относятся резонансные частотомеры и измерители частоты, использующие метод заряда и разряда конденсатора. Современное измерение частоты методом непосредственной оценки главным образом выполняется электронно-счетным, илицифровым (дискретного счета) методом, на основе которого создаются цифровые (электронно-счетные — ЭСЧ частотомеры). К достоинствам этого метода относится высокая точность измерений, широкий диапазон измеряемых частот; возможность обработки результатов наблюдений с помощью вычислительных устройств (микропроцессоров, персональных компьютеров и пр.). Цифровые частотомеры позволяют измерять не только частоту колебаний, но и интервалы времени.

Источник

Измерение частоты и временных интервалов. Цифровые частотомеры

Для измерения частоты и временных интервалов применяются цифровые частотомеры, работа которых основана на методе дискретного счета.

Этот метод заключается на подсчете числа импульсов, сформированных из входного измеряемого сигнала, в течение определенного интервала времени, которое называется временем счета и равно длительности строб-импульса.

Рассмотрим структурную схему цифрового частотомера при измерении частоты сигнала (см. рисунок 26).

Рисунок 26 – Измерение частоты сигнала при помощи цифрового частотомера

Исследуемый гармонический сигнал с частотой fx подается на входное устройство ВУ, которое усиливает или ослабляет его до значения, требуемого для работы ФИ (формирователя импульсов).

ФИ преобразует гармонический сигнал в последовательность коротких однополярных импульсов с крутыми фронтами, следующих с периодом Тх и называемых счетными.

Эти импульсы поступают на один из входов временного селектора ВС, на второй вход ВС от УУ (устройства формирования и управления) подается строб-импульс прямоугольной формы длительностью Т > Тх. Интервал Т называют временем счета.

Под действием строб-импульса ВС открывается и в течение его длительности пропускает Nx импульсов на вход счетчика СИ.

Для формирования строб-импульса на УУ поступают короткие импульсы с периодом Т0 от схемы, состоящей из кварцевого генератора КГ образцовой частоты fкв и декадного делителя частоты ДДЧ, каждая декада которого уменьшает частоту кварцевого генератора в 10 раз. Счетчик подсчитывает число импульсов Nx и выдает соответствующий цифровой код в УЦО.

Результат измерения частоты отображается УЦО в виде:

fx = Nx · 10 n , n — предел измерения; Nx — число импульсов подсчитанных счетчиком за время Т

Если n = 6, то измерения проводятся в МГц.

Перед началом измерений УУ сбрасывает показания счетчика в нуль.

Рассмотрим структурную схему цифрового частотомера при измерении периода сигнала (см. рисунок 27)

Рисунок 27 – Измерение периода сигнала при помощи цифрового частотомера

При измерении периода (длительности импульсов) подсчитывается количество импульсов опорной частоты (частоты заполнения или меток времени) за время длительности строб-импульса, при этом его длительность равна периоду исследуемого сигнала.

Измерение интервала времени Тх цифровым методом основано на заполнении его импульсами, следующими с образцовым периодом Т и подсчете числа Мх этих импульсов за время Тх.

Исследуемый гармонический сигнал с периодом Тх после прохождения ВУ и ФИ преобразуется в последовательность коротких импульсов с измеряемым периодом Тх.

В УУ из этих импульсов формируется строб-импульс прямоугольной формы и длительностью Тх, и поступает на один из входов ВС.

На второй вход ВС подаются короткие импульсы с образцовым периодом Т0, сформированные ДДЧ из колебаний КГ.

Под действием строб-импульса ВС открывается и пропускает на счетчик СИ число Мх счетных импульсов в течение интервала времени Тх, равном длительности строб-импульса.

Счетчик подсчитывает количество импульсов Mx и выдает соответствующий цифровой код в УЦО.

Результат измерения периода отображается УЦО в виде Тх = Мх × 10 -n

где n – предел измерения.

Мх – число импульсов, подсчитанных счетчиком за время Тх

При n = 6, УЦО отображает число Мх, соответствующее периоду Тх, выраженному в мкс.

Источник

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ И ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ

Основным параметром любого периодического сигнала U(t) является его период Т, равный наименьшему интервалу времени, через который повторяют­ся мгновенные значения U(t), т. е. U(t)=U(t+T). Таким образом, понятие пе­риода имеет физический смысл для детерминированных сигналов, мгновенные значения которых известны в любой момент времени. В общем случае интервал времени Δt — это время, истекшее между моментами двух событий.

Величина f=1/T называется частотой периодического сигнала и характери­зует в общем случае число идентичных событий в единицу времени. Если сигнал является гармоническим, то пользуются дополнительным понятием угловой ча­стоты со, определяемой изменением фазы гармонического сигнала в единицу вре­мени и равной ω = 2πf.

Время и частота неразрывно связаны между собой, и измерение одной ве­личины может быть заменено измерением другой. Наиболее распространенным является измерение частоты, что нашло свое отражение в приводимой ниже клас­сификации приборов для измерения частоты и времени. В диапазоне СВЧ в ряде случаев измеряют длину волны X и определяют по результатам этих измерений f = c/λ, где с—скорость распространения электромагнитных колебаний в свобод­ном пространстве. Однако более точным является прямое измерение частоты.

Частотно-временные измерения могут быть не только абсолютными, но и от­носительными. Задачей относительных измерений является оценка изменения частоты во времени — нестабильности частоты. Различают долговременную неста­бильность, связанную с систематическим смещением частоты за длительное вре­мя, и кратковременную нестабильность, определяемую флюктуационными изме­нениями частоты. Граница между долговременной и кратковременной нестабильностями условна и определяется при конкретных измерениях путем указания интервала времени измерения. Количественно нестабильность частоты оценива­ют среднеквадратической относительной случайной вариацией частоты (неста­бильность σ)и среднеквадратическим относительным отклонением (нестабиль­ность δ).

Под нестабильностью σ понимают величину

(5.1)

где = (fi+1-fi) — относительная вариация частоты; = (1/n) — средняя относительная вариация частоты; fiи fi+1 значения частоты, соседние в ряду наблюдений; fн—номинальное значение частоты, а п—число вариаций. Нестабильность δ определяется по формуле

, (5.2)

где — относительное отклонение частоты; — среднее арифметическое значение ряда наблюдений.

Приборы для измерения частоты и времени образуют широко распространен­ную подгруппу Ч (см. § 2.1), внутри которой выделяют стандарты частоты и времени (Ч1), частотомеры резонансные (Ч2), электронно-счетные (Ч3) и гете­родинные (Ч4), а также синхронизаторы и преобразователи частоты (Ч5), син­тезаторы частоты, делители и умножители (Ч6), приемники сигналов эталонных частот, компараторы и синхрометры (Ч7) и, наконец, преобразователи частоты в другую электрическую величину (Ч9). Кроме того, измерители интервалов вре­мени исторически были включены в подгруппу И, где они образуют вид И2.

Читайте также:  Как измерить фокусное расстояние спутниковой антенны

Основой всех частотно-временных измерений в СССР является группа стан­дартов — высокоточных мер частоты и времени, в которую входят водородный, рубидиевый, цезиевый и кварцевый стандарты. Для привязки конкретных изме­рений к этим стандартам необходима дополнительная аппаратура, образующая виды 45, 46 и 47. Весь этот комплекс измерительной аппаратуры входит в си­стему «Государственный эталон времени и частоты СССР — потребитель» и экс­плуатируется силами Государственной службы времени и частоты СССР (см. § 1.7.4). В курсе он не рассматривается, за исключением синтезаторов частоты, которые применяются как измерительные генераторы.

Измерение частоты может осуществляться как прямым счетом числа иден­тичных событий за интервал времени измерения и делением полученного числа на этот интервал (по определению частоты), так и путем сравнения с частотой источника образцовых колебаний. Конкретная реализация этих методов опреде­ляется физическими свойствами сигналов различных частот и способами их получения и передачи на расстояние. По мере развития радиоизмерительной тех­ники одни методы и приборы сменяли другие, расширялись функциональные воз­можности частотомеров, унифицировалась номенклатура их. В настоящее вре­мя серийно выпускаются только электронно-счетные (цифровые) частотомеры. В качестве функциональных узлов измерительных генераторов диапазона СВ4 применяются также резонансные частотомеры, где они могут конкурировать по своим параметрам с цифровыми частотомерами. Функции гетеродинных часто­томеров сузились до гетеродинных преобразователей частоты цифровых часто­томеров. Учитывая эти обстоятельства, ограничимся рассмотрением принципа работы и структурных схем резонансных и цифровых частотомеров, а также из­мерителей интервалов времени.

РЕЗОНАНСНЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ

Принцип работы резонансных частотомеров (РЧ) базируется на явлении резонанса в колебательных системах. Основой Р4 является измерительный ре­зонансный контур, связанный с источником сигнала fx и индикатором резонанса. Хотя в принципе РЧ могут применяться для измерения частоты в диапазонах В4 и СВ4, практическое использование их, как уже указывалось, ограничивает­ся диапазоном СВ4. Это легко объясняется возможностью создания в диапазоне СВЧ высокодобротных колебательных систем с резким проявлением резонанса и точной фиксацией его. Именно в диапазоне СВЧ удается реализовать классы точ­ности РЧ 0,005; 0,01; 0,02 и 0,05, позволяющие им конкурировать с цифровыми частотомерами.

Колебательными системами в диапазоне СВЧ являются контуры с распреде­ленными постоянными в виде коаксиальных и волноводных резонаторов. Как из­вестно из теории длинных линий, размеры резонаторов в момент настройки их в

Рис. 5.1. Схематическое устройство резонансного частотомера СВЧ.

резонанс однозначно связаны с длиной волны возбуждаемых колебаний. Это по­зволяет определять по результатам измерения λ искомое значение fx. Рассмотрим в качестве примеров РЧ с коаксиальным полуволновым резонатором (рис. 5.1, а) и с цилиндрическим волноводным резонатором (рис. 5.1, б).

Как видно из рис. 5.1, а, коаксиальный резонатор представляет собой отрезок короткозамкнутой коаксиальной линии, длина которого изменяется перемеще­нием поршня П с помощью микрометрического механизма, снабженного соответ­ствующей шкалой. Связь резонатора с источником сигнала fx и индикатором ре­зонанса — индуктивная, осуществляемая с помощью петель связи 1 и 2. Индика­тор резонанса состоит из детекторной камеры 3 с полупроводниковым диодом и индикатора И, в качестве которого при измерении частоты непрерывных сигна­лов применяются магнитоэлектрические приборы, а при измерении частоты импульсно-модулированных сигналов — селективные измерительные усилители.

Резонанс в такой системе наступает каждый раз, когда l= nλ/2, где я=1,2,3, . и фиксируется по максимальным показаниям И. Если отсчитать по шкале микрометрического механизма положения П, соответствующие двум соседним резонансам (li и /г), то

т. е. по результатам измерения Δl определяется λи далее fx. Соотношение (5.3) и конструкция механизма перемещения П определяют оптимальный диапазон из­меряемых fx ≈ 2,5 . 10 ГГц. На более низких частотах применяют РЧ с коакси­альными четвертьволновыми резонаторами, а на более высоких—РЧ с волноводными резонаторами.

Из рис. 5.1 видно, что РЧ с волноводным и коаксиальным резонаторами ана­логичны по конструкции и методике измерения fx. Разница заключается в том, что для РЧ с волноводным резонатором вместо (5.3) справедливо соотношение Δl = λ в/2, где

определяется не только значением λ, но и критической длиной волны λк, завися­щей от типа возбуждаемой в резонаторе волны. Чаще всего в качестве волно­водных резонаторов применяют короткозамкнутые отрезки цилиндрических волноводов, возбуждаемые через отверстие 4 в центре торцевой стенки (рис. 5.1, б). В этом случае в волноводе возбуждается волна типа Н11 скритической длиной = 3,41, а.

Методика (5.3) не совсем удобна, так как требует отсчетов двух положений П. Поэтому шкалу механизма перемещения П часто предварительно градуируют в значениях fx, и тогда мы получаем прямоотсчетный РЧ с фиксацией только одного резонанса. Класс точности таких РЧ определяется как добротностью ре­зонатора, чувствительностью И и погрешностью микрометрического механизма П, так и влиянием на РЧ внешних условий — температуры и влажности. Для ми­нимизации этого влияния применяются материалы с малым температурным ко­эффициентом расширения (например, инвар), температурная компенсация и гер­метизация резонаторов.

ЦИФРОВЫЕ ЧАСТОТОМЕРЫ

Цифровые частотомеры (ЦЧ) являются следующими за ЦВ ха­рактерными представителями ЦИП. Они, как уже отмечалось, прак­тически вытеснили все остальные виды частотомеров и занимают доминирующее положение в комплексе аппаратуры для частотно-временных измерений. Современные типы ЦЧ позволяют измерять fx, Tx, Δtx, отношение частот и нестабильность частоты. При комплектовании соответствующими преобразователями они превраща­ются в ЦВ и мультиметры (см.§3.6).

Общая идея построения ЦИП уже рассмотрена в гл. 3 и конкре­тизирована на примере ЦВ. Опираясь на классификацию ЦВ и дан­ные ГОСТ 22335—77, можно утверждать, что подавляющее боль­шинство типов ЦЧ являются приборами прямого преобразования, осуществляющими счет числа идентичных событий за определенный интервал времени измерения. В зависимости от значения этого ин­тервала (называемого иногда «временными воротами») можно вы­делить ЦЧ мгновенных значений, измеряющие fx за один период колебаний Тх (аналогичны неинтегрирующим ЦВ), и ЦЧ средних значений, измеряющие fx путем подсчета числа периодов Тх за ин­тервал времени измерения ТИХ и деления полученного числа на Ти (аналогичны интегрирующим ЦВ).

Несмотря на многофункциональность, современные ЦЧ могут быть охарактеризованы некоторой типовой структурной схемой и определенной номенклатурой параметров, позволяющей оценить их возможности как радиоизмерительных приборов.

Источник