[工学]第四章 频率和相位的测量.ppt

第四章 频率和相位的测量 第一节 频率的测量方法 1.电动系频率表的结构 采用比率表型，两可动线圈空间错开90°。无工作时呈随遇平衡状态。被测频率等于固定线圈回路的谐振频率时，指针停在标尺中心，即固定线圈轴线位置，标尺两边示值分别为大于或小于谐振频率的值。 2 .电动系频率表工作原理 按接线图，两可动线圈所受力矩分别为: 由于两个力矩方向相反，当平衡时两者相等。联立可得: 3 .电动系频率表标尺特性 当被测频率等于谐振频率时 偏转角α= 0°，指针位于标尺中心，即固定线圈位置。 若被测频率ω ＞ω0 ，则 ，α为负角时，指针将会顺时针偏转。 若被测频率ω ＜ω0 ，则 ，α为正角时，指针将会顺时针偏转。 2、用变换式频率表测量工频 1.变换式频率表的结构 变换式频率表由磁电系测量机构和变换电路组成，变换电路包含方波形成、微分、整流、指示和偏置五个环节，通过变换电路，被测频率转换为一定大小的直流电流，然后通过磁电系测量机构进行测量 。 2.变换式频率表工作原理 被测电压经稳压管双向限幅并经微分转换为尖脉冲，由于电容小充电时间短，可形成尖脉冲波，若用 表示充电电流，则电流脉冲波形可用下式表示： 通过磁电系测量机构的电流平均值为： 由于电路中C0、Ri 很小故上式可简化为： 按式可知，通过磁电系测量机构的电流可以反映被测频率的大小。 3 .变换式电动系频率表标尺特性 工频频率表所测量的频率范围并不要求从0开始，标尺一般为45～55Hz、900～1100Hz等等。变换式频率表可通过调节偏置电阻，改变机械零点的频率读数。得到相应标尺。以45～65Hz的频率表为例，被测输入信号经微分得到的电流方向是从上到下，经过偏置电路的电流是从下到上，调节偏置电路使偏置电流平均值等于45Hz时输入尖脉冲电流的平均值，则机械零点的频率值就等于45Hz。选择指示电表的灵敏度使满度为65Hz。 3、用振簧式频率表测量工频 早期还常用振簧式频率表测量工频频率，振簧式频率表是利用交流电磁铁吸引一排机械振动频率不同的簧片，簧片固有振动频率与电源频率相同时，产生共振的簧片振幅最大，从窗口看，好像簧片顶端被拉长。可以从产生共振的簧片位置读出频率值。 1.比较法 将被测频率与标准频率相比较，通过检测差拍、李沙育图形或混频后的频率求得被测频率。 2.无源测量法 无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接用被测信号进行测量如文氏电桥测频率 和谐振回路测频率。 3.计数法 计数法可适用于工频、低频与高频，由于集成化程度的提高，计数器电路体积小，价格便宜，几乎取代了所有其他形式的测频仪器。 频率的定义： 单位时间(1秒)内周期性事件重复的次数，记为f。 若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则该信号的频率为： fx=N/T 因此，对频率的测量需确定一个取样时间T，在该时间内对被测信号重复变化的次数累加计数，若计数值为N，根据定义可得到被测信号频率值： fx=N/T T=NTx 将被测的周期性信号经过整形后形成的同周期的脉冲序列fx，通过一个“闸门” 送入计数器，并由一个“门控”信号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）。 硬件计数频率计其结构如下图所示，被测信号通过整形，转换为与被测信号频率相同的脉冲，然后对脉冲进行计数，也就是把频率测量转换为脉冲个数的测量。计数器可选用专用的集成电路，外围再配上显示器、放大整形以及电源电路即可组成频率计。 (1)输入通道 输入通道包括放大、整形电路。各种被测信号(如正弦波、三角波、锯齿波等)经过放大、整形后转换成矩形脉冲信号，然后在主闸门的控制下进入十进制计数器。 (2)时间基准电路 由晶体振荡器和分频器组成。石英晶体振荡器产生稳定的时钟信号，经过分频后可以得到一系列周期已知的标准信号。这些信号可以作为计数器的标准计数脉冲(填充脉冲)，也可以作为各种时间基准，控制计数器的门电路。 (3)控制电路 控制电路在所选择的基准时间内打开主闸门，允许整形后的被测脉冲信号输入到计数器中。 (4)计数器和显示器 对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。 1.软件计数频率计的结构 软件计数是指用单片机软件进行计数而构成的频率计，它由单片机，以及外围配置的显示器件、放大整形、电源等电路组成。 2.软件计数频率计的工作原理 整形放大：将任意波形的被测信号，转换为前沿陡峭的脉冲，以利计数。 计数：由单片机内部的计数单元完成，每当被测信号从