长江大学感测技术PPT第二章 频率、时间和相位的测量

2020/1/301第二章频率、时间和相位的测量电子信息学院杨友平2020/1/3022.1频率的测量2.1.1频率的模拟测量图2-1-1电桥测频原理若取R1=R2=R,C1=C2=C，则平衡条件为：34212xRRfRC一、直读法。1．平衡电桥法2020/1/30312xfLC12xfLC图２-1-２谐振法测频原理电路2．谐振法2020/1/304图2-1-3f-V转换法测量频率3．频率电压转换法xmxmBfUTUuU0电压表接频率刻度2020/1/305二、比较法1、拍频法2、差频法三、示波法1、测被测信号周期——被测信号加Y通道，扫描信号加X通道。2、观察李沙育图形：被测信号加Y通道、标准信号加X通道。2.1.2频率（周期）的数字测量xxTf121ttNTTA][21AATttNT][NNTA=2020/1/306图2-1-4计数法原理框图ATNT一、计数法测量的基本原理2020/1/307图2-1-5计数法的量化误差1ATNNNT2020/1/308BAABmTfNmTf二、通用计数器的基本组成及工作方式m——分频系数2020/1/3092、工作方式AfBfBAffmNxfcfcfmfxN/cfxTxccTmffxmfN/工作方式A端输入B端输入计数结果测频率比测频（待测）（已知）测周（已知）（待测）三、频率（周期）的测量误差与测量范围1．“测频”方式所以——标准频率准确度①最大相对误差：②测量范围1°上限受计数器容量和速度限制（a）mNffcxccxxffNNffccff|)|(|)|1()(maxccxcccxxffmffffNffmaxmin~xxffmaxNfmfNcxcxfmNfmax计数器最大数字K—十进制计数器位数110maxKN2020/1/3010（b）——计数脉冲频率最大允许值故取＝或（较小者）2°下限受测量精度要求限制即2．“测周”方式①最大相对误差②测量范围1°受计数器容量和速度限制maxffxmaxfmaxxfmaxfcfmNmaxmax)(xxff||ccxcffmffmfffmffccccx|)|(mincxmfNTccxxffNNTT|)|1(|)|1()()(maxmaxcccxccxxxxfffmTffNTTff110maxkcxNfmTNcxmfNTmaxmaxffc2°受测量精度要求限制所以测周范围或||1cccxxxfffmTTTccccxmfffmfT1|)|(1cxcmfNTmfmax1cxcmffNmfmax2020/1/30113、“测频”还是“测周”——与在图2-3-1中输入方式中界频率——“测频”与“测周”误差相同的频率越高，误差越小，—测频时标准频率越低，误差越小，—测周时标准频率令得，中界频率若，则采用测频方式；若则采用测周方式。若，则：应采用测频方式，故必有Nm应采用测周方式，故必有Nmxfcf0ffxxcxxmffNff1max1||1cf2max1||cxxxmffNTT2cfmaxmax||||xxxxTTffccccccxffffffff21210若0ffx0ffxcccfff21cxffxcffNmcxffcxffNm2020/1/30124．分频系数的选择1°m越大，精确度越高2°一般取（以n为整数）3°（K为十进制数显示位数）测频测周N——显示数字——显示数的单位（N=1的或）n——决定小数点位置例（即），K=5，，若选，则N=100，显示001.00（MHz），显示001.00（μs）若选则N=1000,显示01.000（MHz），显示01.000（μs）nm1010KncnxfNf10cnxTNT10)(10ccnTfxfxTMHzfc1sTc121MHfxsTx12nxfxT,3nxfxT2020/1/30132.2时间间隔的数字测量2.2.1测量原理xxcctNtfT一、测量电路组成图2-2-1门控信号开始时刻由A通道触发电平和触发沿决定;门控信号终止时刻由B通道触发电平和触发沿决定;门控信号宽度即被测时间间隔tx。二、测量公式计数结果：2020/1/3014图２-2-2时间间隔的测量例1习题3以图2-2-2为例说明怎样用图测量时间间隔。A触发电平A触发沿B触发电平B触发沿开关S图2-2-2(a)U1+U2+断开图2-2-2(b)U1+U2+闭合图2-2-2(c)U1+U2-闭合2020/1/30152.2.2测量误差与测量范围一、测量误差二、测量范围因为所以所以所以所以所以ccxxffNNtt|)|1(|)|1()(maxcccxccxxffftffNttmaxNNcxNTtcxTNtmaxmax)(xxtt)(1cccxffft||1cccxffftccxTft1cxcTNtTmax2020/1/30162.3相位差的数字测量2.3.1相位-电压转换法图２－３－1相位—电压转换式计数字相位计原理图0360xgoUU一、测量电路组成图2-3-11、低通滤波——求平均值若取低通截频，则Tfh12020/1/30172、鉴相设，二者相位差对应的时差为tUEmsin1)(sin)sin(2xmxmttUtUExxtTftxxxx36023、A/D转换——相位量化单位式中E——A/D满度输入电压——A/D的满度输出数字所以通常取度，为此须满足，即取相位测量范围NU0cxqUN//0cmaxNEqmaxNcxxgNEUNmax/360cgENU1360maxgcUENmax360)10(ncngENU10360maxngNUE10360max（度）ncxNN10maxmaxmax2020/1/3018例2已知图2-3-1中，伏，A/D为8位二进制A/D，若要求相位量化单位求1°该鉴相器能测量的最大相位值2°A/D的满量程电压E解：因为，又因为，所以因为，，所以所以伏1cmaxx255128maxN1c2551maxmaxN3600xgUUmax/NEqcxxgNEUqUNmax0/360541.35360255360maxcgNUE2020/1/30192.3.2相位-时间转换法图２－３－2相位——时间转换式数字相位计原理360xxxocccTTNTT一、测量电路组成图2-3-2二、工作原理1、鉴相xxttUEmsin1)(sin)sin(2xmxmttUtUETtxxxx36022、时间计数Ntx3、转换公式——相位量化单位cxNcTTNcxc3602020/1/3020三、相化量化误差（也适用于2.3.1）1、相对量化误差（计数式的量化误差）2、绝对量化误差Nx1TTNcx360四、时标周期Tc（或频率fc）的选择若使，n——决定小数点位置（），K——十进制显示位数须使（须先测量信号的周期才能选定Tc），或此时度结论：因时标频率不能太高，故图2-3-2方法只适用于测量低频信号的相位差。)10(nc10knncTT10360ffnc10360nxN10nxN10cf