文档介绍：第6章频率(时间)与相位测量
时频标准及测量方法
电子计数器测频率
电子计数器测时间
电子计数器测相位
自然界中,周期现象普遍。而频率和周期是从不同两个侧面来描述周期现象的,二者互为倒数关系。
周期实质上是时间(即时间间隔),而时间是国际单位制中七个基本物理量之一,单位为秒,用s表示。
相位与时间也是密切相关的,其关系表述为:
式中的表示相位,f和T分别是频率和周期。
所以, f、T、三个量可归结为一个量的测量问题。
在电子技术领域内,频率是最基本的参数之一,它指单位时间内周期变化或振荡的次数,许多电参数的测量方案及结果都与之密切相关。故频率测量十分重要,且目前频率测量在电测量中精确度最高。
时频标准及测量方法
频段的划分
频段划分:
国际上规定30KHz以下为甚低频、超低频,30KHz以上每10倍依次划分为低、中、高、甚高、特高、超高等频段(微波技术按波长划分)。
一般电子技术中,20Hz~20KHz内称音频,20Hz~10MHz内称视频,而30KHz~几十GHz内称射频。电子测量技术也有按30KHz(或100KHz)为界来划分,30KHz以下为低频,30KHz以上为高频。
频率或时间标准
宏观时标:天文秒
人类早期以太阳“运动”较为均匀建立计时标准:
零类世界时(记作UTo):太阳出现于天顶的平均周期(即平均太阳日)的86400分之一定为一秒,准确度在量级。
第一世界时(记作UT1):对地球受极运动(即极移引起的经度变化)的影响加以修正。
第二世界时(记作UT2):地球自转,再进行季节性、年度性变化校正,稳定度在3× 。
历书时(记作ET):地球公转,,其标准度可达±1× 。
注意:需精密的天文观测,手续烦杂,准确度有限,不便于作为测量过程的参照标准。
频率或时间标准(续)
微观时标:原子秒
原子时(记作AT):以原子或分子内部能级跃迁所辐射或吸收的电磁波的频率作为基准。铯-133( )原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的9192631770个周期的持续时间为一秒,其准确度可达量级。
注意:①原子时稳定,是由原子本身结构及其运动的永恒性决定的。自1972年1月1日零时起,由天文秒改为原子秒,使时间标准由实物基准转变为自然基准。
②电子仪器常采用石英频率标准。原因在于:石英晶体的机械稳定性和热稳定性很高,振荡频率受外界因数的影响较小,因而较稳定;石英频标发展快,六十年来将准确度和稳定度提高了4个数量级;石英晶体振荡器结构简单,制造、维护、使用方便,且准确度能满足大多数测量要求。故,作为一种次级标准,已成为最常用的频标。(时标就是频标)
频率(时间)测量方法
工程中,常用电动系频率表测量工频信号的频率,并用电动系相位表测量相位。因指针式电工仪表的操作简便、成本低,能满足工程测量的准确度。
通过测电路参数来测频。
电桥法:把被测作交流电桥的电源,调节桥臂参数使电桥平衡,由平衡条件得被测频率。此法误差较大,已很少用。(见第二章)
谐振法:将被测作谐振电路的电源,通过改变电路参数使电路谐振,由电路参数可得被测频率。
两种方法都可在所调节的电路参数上直接按频率刻度,测量时可直接读出结果。
频率(时间)测量方法(续)
(4)相位测量
将被测二信号先后接入Y输入进行显示,记住第一个输入信号显示时的位置,则显示第二个输入信号时就可读出相位差对应的距离,同时再读出信号一个周期的距离,则被测结果为:
此法可测三相交流信号的相序。此法较为费时,操作也相对复杂。
双踪或双线示波器测信号的相位差非常方便(见第四章)。
示波器工作在“X-Y ”方式,据屏上显示的椭圆度来求二信号的相位差。
频率(时间)测量方法(续)
方法:将被测f经“F/V”变换成电压,然后用电压表测量电压值来反映被测频率。(也有“F/I”转换成电流的)
优点:在于可连续监测被测频率的变化。
采用“F/V”集成电路做成的测频仪,最高可测几兆赫的频率。
(可采用“T/V”变换来测信号的周期,再得频率)
将被测频率与标准已知频率进行比较来得测量结果。
(1)拍频法
原理电路(见右)