第2章频率时间测量.pptVIP

为了减小测量误差，可以减小Tc(增大fc)，但这受到实际计数器计数速度的限制。在条件许可的情况下，尽量使fc增大。另一种方法是把Tx扩大m倍，形成的闸门时间宽度为mTx，以它控制主门开启，实施计数。计数器计数结果为由于，所以第30页，共72页，星期日，2025年，2月5日电子计数器测量周期的误差：表明了量化误差降低了m倍。第31页，共72页，星期日，2025年，2月5日扩大待测信号的周期为mTx，这在仪器上称作为“周期倍乘”，通常取m为10i(i＝0，1，2…).例如上例被测信号周期Tx＝l0s，即频率为105Hz，若采用四级十分频，把它分频成10Hz(周期为105s)，即周期倍乘m=10000，这时测量周期的相对误差由此可见，经“周期倍乘”再进行周期测量，其测量精确度大为提高，但也应注意到，所乘倍数要受仪器显示位数及测量时间的限制。第32页，共72页，星期日，2025年，2月5日在通用电子计数器中，测频率和测周期的原理及其误差的表达式都是相似的，但是从信号的流通路径来说则完全不同。测频率时，标准时间由内部基准即晶体振荡器产生。一般选用高精确度的晶振，采取防干扰措施以及稳定触发器的触发电平，这样使标准时间的误差小到可以忽略。测频误差主要决定于量化误差(即土1误差)。第33页，共72页，星期日，2025年，2月5日在测量周期时，信号的流通路径和测频时完全相反，这时内部的基准信号，在闸门时间信号控制下通过主门，进入计数器。闸门时间信号则由被测信号经整形产生，它的宽度不仅决定被测信号周期T，还与被测信号的幅度、波形陡直程度以及叠加噪声情况等有关，而这些因素在测量过程中是无法预先知道的，因此测量周期的误差因素比测量频率时要多。第34页，共72页，星期日，2025年，2月5日在测量周期时，被测信号经放大整形后作为时间闸门的控制信号(简称门控信号)，因此，噪声将影响门控信号的准确性，造成所谓触发误差。若被测正弦信号为正常的情况，在过零时刻触发，则开门时间为Tx。若存在噪声，有可能使触发时间提前△T1，也有可能使触发时间延迟△T2。若粗略分析，设正弦波形过零点的斜率为如图中虚线所标，则得第35页，共72页，星期日，2025年，2月5日触发误差示意图第36页，共72页，星期日，2025年，2月5日式中Un为被测信号上叠加的噪声“振幅值”。当被测信号为正弦波，即，门控电路触发电平为Up，则第37页，共72页，星期日，2025年，2月5日因为通常一般门电路采用过零触发，即因此第38页，共72页，星期日，2025年，2月5日在极限情况下，开门的起点将提前△T1，关门的终点将延迟△T2，或者相反。根据随机误差的合成定律，可得总的触发误差：若门控信号周期扩大k倍，则由随机噪声引起的触发相对误差可降低为：第39页，共72页，星期日，2025年，2月5日若考虑噪声引起的触发误差，那么，用电子计数器测量信号周期的误差共有三项，即量化误差(±1误差)，标准频率误差和触发误差。按最坏的可能情况考虑，在求其总误差时，可进行绝对值相加，即式中k为“周期倍乘”数。第40页，共72页，星期日，2025年，2月5日三、中介频率被测信号频率fx越高，用计数法测量频率的精确度越高；被测信号周期Tx越长，用计数法测量周期的测量精确度越高，显然二者的结论是对立的。因为频率与周期有互为倒数关系，所以频率、周期的测量可以相互转换，即是说测量信号的周期可以先测出频率，经倒数运算得到周期；测信号频率，可以先测出周期，再经倒数运算得到频率。人们自然会想到，测高频信号频率时，用计数法直接测出频率；测低频信号频率时，用计数法先测其周期，再换算为频率，以期得到高精度的测量。第41页，共72页，星期日，2025年，2月5日若测信号的周期，可以采取与上相反的过程。所谓高频、低频是以称之为“中界频率”的频率为界来划分的。“中界频率”是这样来定义的：对某信号使用测频法和测周法测量频率，两者引起的误差相等，则该信号的频率定义为中界频率，记为f0。忽略周期测量时的触发误差，根据上面所述中界频率的定义，考虑之间关系，即第42页，共72页，星期日，2025年，2月5日