电子测量技术频率(时间)与相位测量.pptVIP

综上三种测量，其原理都基本相同，不同的是 门控输入信号不同：测频率是石英晶体振荡器产 生的标准作时标，测频率比是以被信号之一作时 标，脉冲累计是人工给时标。 6.3 电子计数器测时间 时间的测量在科学技术各个领域中是十分重要的。我 们讲的时间测量主要指周期、上升时间、时间间隔等的测 量。本节我们重点介绍周期的测量。 在前一节中，我们已经知道频率测量在低频时有较大 的误差，甚至到不可允许的程度。所以，为了提高测量低 频时的准确度，就必须采用测量周期的方法 。 6.3.1 电子计数器测周期的基本原理 电子计数器测周期的原理框图如图6-9所示。 由图可知，它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，而将晶振的标准信号经分频后通过 主闸门进入计数器计数。 图6-9 电子计数器测周期原理框图 由于周期是频率的倒数，测周的原理框图（图6-9）是将测 频原理框图（图6-4）中的被测通道与标准信号通道对调而 来。显然，这种测量方法是将被测周期T与标准周期Ts进 行比较，若在T内对标准脉冲计数值为N，则： （6-14） 式中的Ts是晶振信号经分频后的脉冲周期。它的大小由 “时标选择”开关来选择。 若使用“周期倍率”时（倍率系数为m)，则有： 即： （6-15） 式中N’是计数值。采用周期倍率是为了增大主闸门的 开启时间，使N ’值大，减少量化误差影响。因为显示数字 位数是一定的，则被测周期小（频率高）时，周期倍率就 要选大，而时标就要选小；相反，被测周期大（频率低 ），周期倍率就要选小，而时标就要选大一些。可见，采 用周期倍率和时标，是为了扩展测量范围的。 6.3.2 误差分析 与分析电子计数器测频时的误差类似，根据误差传递 公式，由式（6-14）可得： （6-16） 写成增量形式： 代入由式（6-14）得到的N＝Txfs及△N＝±1和 ，有： （6-17） 可见，量化误差的影响在被测周期T小（即频率高） 时大，这与测频时刚好相反。 另外，晶振的准确度和稳定性也对测量准确度有影响 （见式（6-17）的第二项），这与测频时一样。 当被测信号受干扰时，如图6-10中尖脉冲Un，则施密 特电路提前在A触发，使门控输出开启闸门信号时间为T， 产生ΔT的误差，称“转换误差”（或触发误差）。近似分 析时，利用图6-10的(b)来计算ΔT，图中ab为A点的正弦 波切线。其斜率为： 而由图可得： 则： （6-18） 实际中UUm，则： (6-19) 同样，在正弦信号下一个上升沿上A点附近 也可能存 在干扰，即可能产生触发误差ΔT： 　 (6-20) 图6-10 测周时的触发误差 由于干扰都是随机的，则ΔT和ΔT是随机误差，按均方根公式合成有： 于是： （6-21） 对上述量化误差、晶振准确度影响和触发误差按绝对 值公式合成总误差： （6-22） 左图示出了电子计 数器测周 时的误差线，其中10T和100T 两条为采用多周测量的误差 曲线。 图6-11 测周时的误差曲线 利用电子计数器测周应注意三方面，一是适于低频（ 因T大，±1误差影响小），二是时标要小（fs大，±1误差 影响小），三是采用多周期测量。多周期测量不但减小 ±1误差影响，而且还可以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(△T)/10， 即有误差（T/10）/ T，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