第四章 频率与时间的测量.pptVIP

8：电子计数器测量误差要点3.测量频率总误差 测量频率总的误差可表示为： 由此可见，为了减小测量频率误差，①应选用较长的闸门时间；②当被测频率fx很低时，应采用测量周期的方法来减小误差；③选择频率稳定度和准确度都高的晶振。 8：电子计数器测量误差要点3.测量频率总误差 [例] 被测频率fx＝1MHz，选择闸门时间T0＝1s，则由±1误差产生的测频误差(不考虑标准频率误差)为： 若T0增加为10s，则计数值增加10倍，相应的测频误差也降低10倍，为±1×10－7，但测量时间将延长10倍。 8：电子计数器测量误差要点4.测量周期误差 由周期的测量原理Tx=Nt0可知，测量周期误差来源有三个： ① 时标误差 ② 量化误差 ③ 触发误差 下面就这三个来源作详细讨论。 8：电子计数器测量误差要点4.测量周期误差(时标误差) 它是指时标信号周期t0不准确而引起的误差。 同闸门时间一样，时标信号也是由石英晶体振荡器产生的标准频率经倍频或分频而得到的， 所以时标信号的准确度也是由石英晶体振荡器的准确度和稳定度决定的。 8：电子计数器测量误差要点5.测量周期误差(量化误差) 在周期测量中，±1个字的量化误差所带来读数误差为： 可见，在周期测量中，时标信号一定时，被测信号频率越低，周期越长，则量化误差越小。 因此，当被测频率很低时，宜采用测量周期的方法来减小量化误差的影响。 8：电子计数器测量误差要点5.测量周期误差(量化误差) 如：当fx=10Hz，t0=1μs，相对误差 ； 若采用测频，选T=1s，则相对误差 由此可见，当fx很低时，采用测周期的方法可以大大减小量化误差的影响。 8：电子计数器测量误差要点5.测量周期误差(量化误差) 若采用多周期测量，则读数误差变为： 式中，K——周期倍乘率。 选用较小的时标t0=10ns，则当K=10，fx=10Hz， ， 比单周期t0=1μs测量精度提高了三个数量级。 8：电子计数器测量误差要点6.测量周期误差(触发误差) 在周期测量中，闸门时间是由被测信号控制的，只有当闸门时间正好等于被测信号的一个周期或多个周期时，闸门时间才是准确的。 测周时，被测信号经放大、整形，转换为门控信号。 8：电子计数器测量误差要点6.测量周期误差(触发误差) 触发误差：转换过程中，闸门时间不能准确地等于被测信号的周期。如图所示。 被测信号上迭加有噪声、输入通道的整形电路的触发灵敏度变动或者触发电平漂移时，都会使触发时刻发生抖动，使得触发时刻提前或推迟 8：电子计数器测量误差要点6.测量周期误差(触发误差) 根据随机误差的合成定律，可得总的触发误差为： 式中，Un——被测信号上迭加的噪声幅度； Ux——被测信号的幅度。 触发误差与信噪比Ux/Un成反比，提高信噪比，触发误差越小。 8：电子计数器测量误差要点7.测量周期总误差 测量周期总的误差为： 减小测周误差的方法： 选用高准确度和高稳定度的石英晶体振荡器； 尽可能测量低频信号，采用多周期测量 ； 选用较小的时标t0 ，提高信噪比 。 8：电子计数器测量误差要点8：中界频率 对于测量同一被测频率，直接利用电子计数器测频和测周功能分别测量时，都有量化误差，且测量高频信号宜采用测频法；测量低频信号宜用测周法。 显然存在一个频率分界点，使测频和测周的误差相等，此分界点的频率称为“中界频率”。 8：电子计数器测量误差要点8：中界频率 中界频率计算方法如下式： 式中，fm——中界频率； fx——被测信号频率； K——周期倍乘率； f0——时标频率； T0——闸门时间。 由于闸门时间的多值性，电子计数器有多个中界频率。 9.游标法 从上面的分析可知，误差是电子计数器不可避免的。 因此，还常利用一些其它的测量技术或方法来减小甚至消除某些误差的影响，如游标法、内插法等。 下面简要介绍游标法的测量原理。 9.游标法要点1.游标法 用游标法测量时间间隔的原理，与用游标卡尺测量机械长度的原理是相同的。 它使用两个时钟信号，其频率分别为f1=1/T1，f2=1/T2。 f1和f2非常接近，频率较低的f1是主时钟，频率较高的f2是游标时钟。 两个时钟信号均是在外信号的触发下由触发振荡器产生。 9.游标法要点1.游标法 开始时主时钟信号导前于游标时钟信号，但f1＜f2，故游标时钟将逐渐追上主时钟，到符合点时两信号相位完全相同。 位于被测时间起点的脉冲触发主时钟振荡器f1 位于终点的脉冲触发游标时钟振荡器f2 9.游标法要点1