电子测量技术频率时间与相位测量.ppt

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1、电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第1页第第6章章 频率（时间）与相位测量频率（时间）与相位测量 6.1 时频标准及测量方法时频标准及测量方法 6.2 电子计数器测频率电子计数器测频率 6.3 电子计数器测时间电子计数器测时间 6.4 电子计数器测量相位电子计数器测量相位 电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第2页 在自然界中，周期现象是极为普遍的，在电信号内（在自然界中，周期现象是极为普遍的，在电信号内（在自然界中，周期现象是极为普遍的，在电信号内（在自然界中，周期现象是极为普遍的，在电信号内（特别是电子技术中）也是常见的。而频率和周期是从不同特别是电子技术中）也是

2、常见的。而频率和周期是从不同特别是电子技术中）也是常见的。而频率和周期是从不同特别是电子技术中）也是常见的。而频率和周期是从不同的两个侧面来描述周期现象的，二者互为倒数关系。周期的两个侧面来描述周期现象的，二者互为倒数关系。周期的两个侧面来描述周期现象的，二者互为倒数关系。周期的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实质上是时间（即时间间隔），而时间是国际单位制中七实质上是时间（即时间间隔），而时间是国际单位制中七实质上是时间（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，用个基本物理量之一，单位为秒，用个基本物理量

3、之一，单位为秒，用个基本物理量之一，单位为秒，用s s表示。相位与时间也表示。相位与时间也表示。相位与时间也表示。相位与时间也是密切相关的，其关系表述为：是密切相关的，其关系表述为：是密切相关的，其关系表述为：是密切相关的，其关系表述为：（6-16-1）式中的式中的式中的式中的 表示相位，表示相位，表示相位，表示相位，f f和和和和T T分别是频率和周期。分别是频率和周期。分别是频率和周期。分别是频率和周期。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第3页 所以，频率、时间、相位三个量可归结为一个量的所以，频率、时间、相位三个量可归结为一个量的所以，频率、时间、相位三个量可归结为一个量的

4、所以，频率、时间、相位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测量问题。在电子技术领域内，频率是最基本的参数之一测量问题。在电子技术领域内，频率是最基本的参数之一测量问题。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，它指单位时间内周期变化或振荡的次数，许多电参数的，它指单位时间内周期变化或振荡的次数，许多电参数的，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。因此，频率的测量是十测量方案及结果都与之密切相关。因此，频率的测量是十测量方案及结果都与之密切相关。因此，频率的测量是十测量方

5、案及结果都与之密切相关。因此，频率的测量是十分重要的，而且到目前为止频率的测量在电测量中精确度分重要的，而且到目前为止频率的测量在电测量中精确度分重要的，而且到目前为止频率的测量在电测量中精确度分重要的，而且到目前为止频率的测量在电测量中精确度是最高的。是最高的。是最高的。是最高的。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第4页6.1 时频标准及测量方法时频标准及测量方法6.1.1 6.1.1 频段的划分频段的划分频段的划分频段的划分 频段的划分，方法很多。国际上规定频段的划分，方法很多。国际上规定频段的划分，方法很多。国际上规定频段的划分，方法很多。国际上规定30KHz30KHz以下

6、为甚以下为甚以下为甚以下为甚低频、超低频，低频、超低频，低频、超低频，低频、超低频，30KHz30KHz以上每以上每以上每以上每1010倍依次划分为低、中、高倍依次划分为低、中、高倍依次划分为低、中、高倍依次划分为低、中、高、甚高、特高、超高等频段、甚高、特高、超高等频段、甚高、特高、超高等频段、甚高、特高、超高等频段(微波技术按波长划分微波技术按波长划分微波技术按波长划分微波技术按波长划分)。在一。在一。在一。在一般电子技术中，般电子技术中，般电子技术中，般电子技术中，20Hz20Hz20KHz20KHz内称音频，内称音频，内称音频，内称音频，20Hz20Hz10MHz10MHz内称视频，而

7、内称视频，而内称视频，而内称视频，而30KHz30KHz几十几十几十几十GHzGHz内称射频。当然，电子测内称射频。当然，电子测内称射频。当然，电子测内称射频。当然，电子测量技术也有按量技术也有按量技术也有按量技术也有按30KHz30KHz（或（或（或（或100KHz100KHz）为界来划分，）为界来划分，）为界来划分，）为界来划分，30KHz30KHz以下为低频，以下为低频，以下为低频，以下为低频，30KHz30KHz以上为高频。以上为高频。以上为高频。以上为高频。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第5页6.1.2 6.1.2 频率或时间标准频率或时间标准频率或时间标准频率或时

8、间标准 人们早期根据在地球上看到太阳的人们早期根据在地球上看到太阳的人们早期根据在地球上看到太阳的人们早期根据在地球上看到太阳的“运动运动运动运动”较为均匀较为均匀较为均匀较为均匀这这这这一现象建立了计时标准，把太阳出现于天顶的平均周期（一现象建立了计时标准，把太阳出现于天顶的平均周期（一现象建立了计时标准，把太阳出现于天顶的平均周期（一现象建立了计时标准，把太阳出现于天顶的平均周期（即平均太阳日）的即平均太阳日）的即平均太阳日）的即平均太阳日）的8640086400分之一定为一秒，称零类世界时分之一定为一秒，称零类世界时分之一定为一秒，称零类世界时分之一定为一秒，称零类世界时（记作（记作（记

9、作（记作UToUTo），其准确度在），其准确度在），其准确度在），其准确度在10-610-6量级。考虑到地球受极运量级。考虑到地球受极运量级。考虑到地球受极运量级。考虑到地球受极运动（即极移引起的经度变化）的影响，可加以修正，修正动（即极移引起的经度变化）的影响，可加以修正，修正动（即极移引起的经度变化）的影响，可加以修正，修正动（即极移引起的经度变化）的影响，可加以修正，修正后称为第一世界时（记作后称为第一世界时（记作后称为第一世界时（记作后称为第一世界时（记作UT1UT1）。此外，地球的自转不稳）。此外，地球的自转不稳）。此外，地球的自转不稳）。此外，地球的自转不稳定，进行季节性、年度性变

10、化校正，引出第二世界时（记定，进行季节性、年度性变化校正，引出第二世界时（记定，进行季节性、年度性变化校正，引出第二世界时（记定，进行季节性、年度性变化校正，引出第二世界时（记作作作作UT2UT2），其稳定度在），其稳定度在），其稳定度在），其稳定度在310-8310-8。而公转周期却相当稳定，。而公转周期却相当稳定，。而公转周期却相当稳定，。而公转周期却相当稳定，于是人们以于是人们以于是人们以于是人们以19001900回归年的分之一作为历书时回归年的分之一作为历书时回归年的分之一作为历书时回归年的分之一作为历书时的秒（记作的秒（记作的秒（记作的秒（记作ETET），其标准度可达），其标准度可达

11、），其标准度可达），其标准度可达110-9110-9。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第6页 上述为宏观记时标准，需要精密的天文观测，手续烦上述为宏观记时标准，需要精密的天文观测，手续烦上述为宏观记时标准，需要精密的天文观测，手续烦上述为宏观记时标准，需要精密的天文观测，手续烦杂，准确度有限，不便于作为测量过程的参照标准。而近杂，准确度有限，不便于作为测量过程的参照标准。而近杂，准确度有限，不便于作为测量过程的参照标准。而近杂，准确度有限，不便于作为测量过程的参照标准。而近几十年来引进了微观计时标准，即原子钟，它以原子或分几十年来引进了微观计时标准，即原子钟，它以原子或分几十年

12、来引进了微观计时标准，即原子钟，它以原子或分几十年来引进了微观计时标准，即原子钟，它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来子内部能级跃迁所辐射或吸收的电磁波的频率作为基准来子内部能级跃迁所辐射或吸收的电磁波的频率作为基准来子内部能级跃迁所辐射或吸收的电磁波的频率作为基准来计量时间。铯计量时间。铯计量时间。铯计量时间。铯-133-133（Cs133Cs133）原子基态的两个超精细能级）原子基态的两个超精细能级）原子基态的两个超精细能级）原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的之间跃迁所对应的之间跃迁所对应的之间跃迁所对应的91926317709192631770个周期的持续

13、时间为一秒，个周期的持续时间为一秒，个周期的持续时间为一秒，个周期的持续时间为一秒，以此定出的时间标准称为原子时（记作以此定出的时间标准称为原子时（记作以此定出的时间标准称为原子时（记作以此定出的时间标准称为原子时（记作ATAT），其准确度可），其准确度可），其准确度可），其准确度可达达达达10-1310-13量级。量级。量级。量级。原子时比天文时和石英标准都稳定，这是由原子本身原子时比天文时和石英标准都稳定，这是由原子本身原子时比天文时和石英标准都稳定，这是由原子本身原子时比天文时和石英标准都稳定，这是由原子本身结构及其运动的永恒性决定的。自结构及其运动的永恒性决定的。自结构及其运动的永恒性

14、决定的。自结构及其运动的永恒性决定的。自19721972年年年年1 1月月月月1 1日零时起，日零时起，日零时起，日零时起，时间单位秒由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物基准时间单位秒由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物基准时间单位秒由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物基准时间单位秒由天文秒改为原子秒，使时间标准由实物基准电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第7页转变为自然基准。转变为自然基准。转变为自然基准。转变为自然基准。需要指出的是，在电子仪器中常采用石英频率标准。需要指出的是，在电子仪器中常采用石英频率标准。需要指出的是，在电子仪器中常采用石英频率标准。需要指出的是，在电子

15、仪器中常采用石英频率标准。其原因在于：其一，石英晶体的机械稳定性和热稳定性很其原因在于：其一，石英晶体的机械稳定性和热稳定性很其原因在于：其一，石英晶体的机械稳定性和热稳定性很其原因在于：其一，石英晶体的机械稳定性和热稳定性很高，它的振荡频率受外界因数的影响较小，因而比较稳定高，它的振荡频率受外界因数的影响较小，因而比较稳定高，它的振荡频率受外界因数的影响较小，因而比较稳定高，它的振荡频率受外界因数的影响较小，因而比较稳定；其二，石英频率标准发展快，六十年来将准确度和稳定；其二，石英频率标准发展快，六十年来将准确度和稳定；其二，石英频率标准发展快，六十年来将准确度和稳定；其二，石英频率标准发展

16、快，六十年来将准确度和稳定度提高了度提高了度提高了度提高了4 4个数量级；其三，石英晶体振荡器结构简单，个数量级；其三，石英晶体振荡器结构简单，个数量级；其三，石英晶体振荡器结构简单，个数量级；其三，石英晶体振荡器结构简单，制造、维护、使用均方便，而且准确度能满足大多数测量制造、维护、使用均方便，而且准确度能满足大多数测量制造、维护、使用均方便，而且准确度能满足大多数测量制造、维护、使用均方便，而且准确度能满足大多数测量的需要。因此，石英频率作为一种次级标准，已成为最常的需要。因此，石英频率作为一种次级标准，已成为最常的需要。因此，石英频率作为一种次级标准，已成为最常的需要。因此，石英频率作为

17、一种次级标准，已成为最常用的频率标准。用的频率标准。用的频率标准。用的频率标准。最后还要指出，时间标准就是频率标准，这是因为频最后还要指出，时间标准就是频率标准，这是因为频最后还要指出，时间标准就是频率标准，这是因为频最后还要指出，时间标准就是频率标准，这是因为频率与时间互为倒数。率与时间互为倒数。率与时间互为倒数。率与时间互为倒数。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第8页6.1.3 6.1.3 频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法频率（时间）测量方法 1.1.直读法直读法直读法直读法 在工程中，工频信号的频率常用电动系频率表进行测在工程中，工频信号的频率

18、常用电动系频率表进行测在工程中，工频信号的频率常用电动系频率表进行测在工程中，工频信号的频率常用电动系频率表进行测量，并用电动系相位表测量相位，因为这种指针式电工仪量，并用电动系相位表测量相位，因为这种指针式电工仪量，并用电动系相位表测量相位，因为这种指针式电工仪量，并用电动系相位表测量相位，因为这种指针式电工仪表的操作简便、成本低，在工程测量中能满足其测量准确表的操作简便、成本低，在工程测量中能满足其测量准确表的操作简便、成本低，在工程测量中能满足其测量准确表的操作简便、成本低，在工程测量中能满足其测量准确度。这种电动系频率表和相位表，可见本书第二章。度。这种电动系频率表和相位表，可见本书第

19、二章。度。这种电动系频率表和相位表，可见本书第二章。度。这种电动系频率表和相位表，可见本书第二章。2.2.电路参数测量法电路参数测量法电路参数测量法电路参数测量法 通过测量电路参数达到测量频率目的的方法有两种。通过测量电路参数达到测量频率目的的方法有两种。通过测量电路参数达到测量频率目的的方法有两种。通过测量电路参数达到测量频率目的的方法有两种。首先是电桥法，把被测信号作为交流电桥的电源，调节桥首先是电桥法，把被测信号作为交流电桥的电源，调节桥首先是电桥法，把被测信号作为交流电桥的电源，调节桥首先是电桥法，把被测信号作为交流电桥的电源，调节桥臂参数使电桥平衡，由平衡条件可得出被测频率的结果。臂

20、参数使电桥平衡，由平衡条件可得出被测频率的结果。臂参数使电桥平衡，由平衡条件可得出被测频率的结果。臂参数使电桥平衡，由平衡条件可得出被测频率的结果。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第9页这种方法误差较大，目前已很少用。（参见本书第二章）这种方法误差较大，目前已很少用。（参见本书第二章）这种方法误差较大，目前已很少用。（参见本书第二章）这种方法误差较大，目前已很少用。（参见本书第二章）其次是谐振法，将被测信号作用为谐振电路的电源，其次是谐振法，将被测信号作用为谐振电路的电源，其次是谐振法，将被测信号作用为谐振电路的电源，其次是谐振法，将被测信号作用为谐振电路的电源，通过改变电路参

21、数使电路谐振，然后由电路参数可得被测通过改变电路参数使电路谐振，然后由电路参数可得被测通过改变电路参数使电路谐振，然后由电路参数可得被测通过改变电路参数使电路谐振，然后由电路参数可得被测频率。这两种方法都可在所调节的电路参数上直接按频率频率。这两种方法都可在所调节的电路参数上直接按频率频率。这两种方法都可在所调节的电路参数上直接按频率频率。这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。刻度，测量时可直接读出结果。刻度，测量时可直接读出结果。刻度，测量时可直接读出结果。3.3.示波器法示波器法示波器法示波器法 用示波器来进行测量是非常直观的，下面介绍几种常用示波器来进行

22、测量是非常直观的，下面介绍几种常用示波器来进行测量是非常直观的，下面介绍几种常用示波器来进行测量是非常直观的，下面介绍几种常用方法。用方法。用方法。用方法。(1)(1)直接测量法测频率直接测量法测频率直接测量法测频率直接测量法测频率 用示波器直接测量频率已在第三章中讨论过，这里再用示波器直接测量频率已在第三章中讨论过，这里再用示波器直接测量频率已在第三章中讨论过，这里再用示波器直接测量频率已在第三章中讨论过，这里再简要介绍一下。简要介绍一下。简要介绍一下。简要介绍一下。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第10页 扫描微调应置扫描微调应置扫描微调应置扫描微调应置“校正校正校正校正”

23、位，调节位，调节位，调节位，调节“时基开关时基开关时基开关时基开关”（即扫（即扫（即扫（即扫描速描速描速描速度），使选择的扫描恰当，屏上显示适中稳定的波形，则度），使选择的扫描恰当，屏上显示适中稳定的波形，则度），使选择的扫描恰当，屏上显示适中稳定的波形，则度），使选择的扫描恰当，屏上显示适中稳定的波形，则由屏上读得的一个周期的距离（单位由屏上读得的一个周期的距离（单位由屏上读得的一个周期的距离（单位由屏上读得的一个周期的距离（单位cmcm）和时基开关档位）和时基开关档位）和时基开关档位）和时基开关档位（单位（单位（单位（单位s/cms/cm）可得：）可得：）可得：）可得：（6-26-2）式中

24、：式中：式中：式中：T T为被测周期（单位为被测周期（单位为被测周期（单位为被测周期（单位s s），），），），S S为扫描速度（单位为扫描速度（单位为扫描速度（单位为扫描速度（单位s/cms/cm）。若使用了）。若使用了）。若使用了）。若使用了“X“X扩展扩展扩展扩展”，则应除以扩展系数。，则应除以扩展系数。，则应除以扩展系数。，则应除以扩展系数。被测信号频率为：被测信号频率为：被测信号频率为：被测信号频率为：（6-36-3）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第11页 (2)(2)时标法测频率时标法测频率时标法测频率时标法测频率 直接测量法中，除需对扫描速度校准外，其准确度还直

25、接测量法中，除需对扫描速度校准外，其准确度还直接测量法中，除需对扫描速度校准外，其准确度还直接测量法中，除需对扫描速度校准外，其准确度还与示波器分辨率和扫描线性及放大器增益稳定性有关。然与示波器分辨率和扫描线性及放大器增益稳定性有关。然与示波器分辨率和扫描线性及放大器增益稳定性有关。然与示波器分辨率和扫描线性及放大器增益稳定性有关。然而，时标法可克服扫描非线性所引起的误差。而，时标法可克服扫描非线性所引起的误差。而，时标法可克服扫描非线性所引起的误差。而，时标法可克服扫描非线性所引起的误差。时标法的原理是：在扫描发生器控制下，扫描正程期时标法的原理是：在扫描发生器控制下，扫描正程期时标法的原理

26、是：在扫描发生器控制下，扫描正程期时标法的原理是：在扫描发生器控制下，扫描正程期间时标发生器工作，产生方波（或正弦波）时标信号间时标发生器工作，产生方波（或正弦波）时标信号间时标发生器工作，产生方波（或正弦波）时标信号间时标发生器工作，产生方波（或正弦波）时标信号 ，此，此，此，此信号加在示波管的控制栅极和阴极之间进行辉度调节。时信号加在示波管的控制栅极和阴极之间进行辉度调节。时信号加在示波管的控制栅极和阴极之间进行辉度调节。时信号加在示波管的控制栅极和阴极之间进行辉度调节。时标信号周期远小于被测信号周期，则屏上显示的被测信号标信号周期远小于被测信号周期，则屏上显示的被测信号标信号周期远小于被

27、测信号周期，则屏上显示的被测信号标信号周期远小于被测信号周期，则屏上显示的被测信号波形明暗相间，这一明一暗正好是时标信号周期，从而被波形明暗相间，这一明一暗正好是时标信号周期，从而被波形明暗相间，这一明一暗正好是时标信号周期，从而被波形明暗相间，这一明一暗正好是时标信号周期，从而被测信号周期为：测信号周期为：测信号周期为：测信号周期为：（6-46-4）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第12页式中：式中：式中：式中：ToTo为时标信号周期；为时标信号周期；为时标信号周期；为时标信号周期；n n为为为为T T内的标记数。内的标记数。内的标记数。内的标记数。(3)(3)李沙育图形法测

28、频率李沙育图形法测频率李沙育图形法测频率李沙育图形法测频率 李沙育图形法测频率在第四章中已介绍。应注意的是李沙育图形法测频率在第四章中已介绍。应注意的是李沙育图形法测频率在第四章中已介绍。应注意的是李沙育图形法测频率在第四章中已介绍。应注意的是在在在在Y Y和和和和X X输入中必有一个标准频率信号，同时对输入中必有一个标准频率信号，同时对输入中必有一个标准频率信号，同时对输入中必有一个标准频率信号，同时对Y Y和和和和X X输入输入输入输入信号的波形、幅值、频率都有一定要求，而且测量的频率信号的波形、幅值、频率都有一定要求，而且测量的频率信号的波形、幅值、频率都有一定要求，而且测量的频率信号的

29、波形、幅值、频率都有一定要求，而且测量的频率范围不宽。此外，测量时应使屏上显示的图形要明了直观范围不宽。此外，测量时应使屏上显示的图形要明了直观范围不宽。此外，测量时应使屏上显示的图形要明了直观范围不宽。此外，测量时应使屏上显示的图形要明了直观.(4)(4)相位测量相位测量相位测量相位测量 示波器测量相位差有下述测量方法示波器测量相位差有下述测量方法示波器测量相位差有下述测量方法示波器测量相位差有下述测量方法:a.a.单踪示波器法单踪示波器法单踪示波器法单踪示波器法 将被测二信号先后接入将被测二信号先后接入将被测二信号先后接入将被测二信号先后接入Y Y输入进行显示，记住第一个输入进行显示，记住

30、第一个输入进行显示，记住第一个输入进行显示，记住第一个电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第13页输入信号显示时的位置，则显示第二个输入信号时就可读输入信号显示时的位置，则显示第二个输入信号时就可读输入信号显示时的位置，则显示第二个输入信号时就可读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，出相位差对应的距离，同时再读出信号一个周期的距离，出相位差对应的距离，同时再读出信号一个周期的距离，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：则被测结果为：则被测结果为：则被测结果为：（6-56-5）利用这种方法还可以

31、测试出三相交流信号的相序。不利用这种方法还可以测试出三相交流信号的相序。不利用这种方法还可以测试出三相交流信号的相序。不利用这种方法还可以测试出三相交流信号的相序。不管是测相位差还是测三相电的相序，这种方法较为费时，管是测相位差还是测三相电的相序，这种方法较为费时，管是测相位差还是测三相电的相序，这种方法较为费时，管是测相位差还是测三相电的相序，这种方法较为费时，操作也相对复杂些。操作也相对复杂些。操作也相对复杂些。操作也相对复杂些。b.b.双踪示波器法双踪示波器法双踪示波器法双踪示波器法利用双踪示波器或双线示波器来测量信号的相位差非常方利用双踪示波器或双线示波器来测量信号的相位差非常方利用双

32、踪示波器或双线示波器来测量信号的相位差非常方利用双踪示波器或双线示波器来测量信号的相位差非常方便，第四章已作介绍，不再重述。便，第四章已作介绍，不再重述。便，第四章已作介绍，不再重述。便，第四章已作介绍，不再重述。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第14页 c.c.李沙育图形法李沙育图形法李沙育图形法李沙育图形法 第四章对此也作了介绍，示波器工作在第四章对此也作了介绍，示波器工作在第四章对此也作了介绍，示波器工作在第四章对此也作了介绍，示波器工作在“XY“XY方式方式方式方式”，通过屏上显示的椭圆程度来判断二信号的相位差。，通过屏上显示的椭圆程度来判断二信号的相位差。，通过屏上显

33、示的椭圆程度来判断二信号的相位差。，通过屏上显示的椭圆程度来判断二信号的相位差。对三相交流对称电路相位的测量，可用两块功率表进对三相交流对称电路相位的测量，可用两块功率表进对三相交流对称电路相位的测量，可用两块功率表进对三相交流对称电路相位的测量，可用两块功率表进行测量，见第七章内容。行测量，见第七章内容。行测量，见第七章内容。行测量，见第七章内容。变换测量法变换测量法变换测量法变换测量法 这种方法是将被测频率这种方法是将被测频率这种方法是将被测频率这种方法是将被测频率f f经经经经“F/V”“F/V”变换环节变换成电变换环节变换成电变换环节变换成电变换环节变换成电压压压压，然后用电压表对电压

34、进行测量，通过电压反映被测频率，然后用电压表对电压进行测量，通过电压反映被测频率，然后用电压表对电压进行测量，通过电压反映被测频率，然后用电压表对电压进行测量，通过电压反映被测频率。也有按。也有按。也有按。也有按“F/I”“F/I”转换将频率转换成电流，通过测电流来反转换将频率转换成电流，通过测电流来反转换将频率转换成电流，通过测电流来反转换将频率转换成电流，通过测电流来反映映映映被测频率的。采用被测频率的。采用被测频率的。采用被测频率的。采用“F/V”“F/V”集成电路做成的测频仪器，最高集成电路做成的测频仪器，最高集成电路做成的测频仪器，最高集成电路做成的测频仪器，最高可测几兆赫的频率。可

35、测几兆赫的频率。可测几兆赫的频率。可测几兆赫的频率。“F/V”“F/V”变换法测频的优点，在于可连变换法测频的优点，在于可连变换法测频的优点，在于可连变换法测频的优点，在于可连电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第15页续监测被测频率的变化。续监测被测频率的变化。续监测被测频率的变化。续监测被测频率的变化。当然，也可采用当然，也可采用当然，也可采用当然，也可采用“T/V”“T/V”“T/V”“T/V”变换来测信号的周期，由周期变换来测信号的周期，由周期变换来测信号的周期，由周期变换来测信号的周期，由周期得得得得被测频率。被测频率。被测频率。被测频率。5.5.5.5.比较法比较法比较

36、法比较法 比较法是将被测频率与标准已知频率进行比较来得到比较法是将被测频率与标准已知频率进行比较来得到比较法是将被测频率与标准已知频率进行比较来得到比较法是将被测频率与标准已知频率进行比较来得到测量结果。常用方法有下述两种：测量结果。常用方法有下述两种：测量结果。常用方法有下述两种：测量结果。常用方法有下述两种：(1).(1).(1).(1).拍频法拍频法拍频法拍频法 原理电路见图原理电路见图原理电路见图原理电路见图6-16-16-16-1所示。它将所示。它将所示。它将所示。它将 被测频率信号与标准频率信被测频率信号与标准频率信被测频率信号与标准频率信被测频率信号与标准频率信 号通过线性电路进

37、行迭加，然号通过线性电路进行迭加，然号通过线性电路进行迭加，然号通过线性电路进行迭加，然 后把迭加结果在示波器上后把迭加结果在示波器上后把迭加结果在示波器上后把迭加结果在示波器上观察观察观察观察 图图图图6-1 6-1 拍频法测频率原理电路拍频法测频率原理电路拍频法测频率原理电路拍频法测频率原理电路电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第16页波形，或者送入耳机进行监听。当波形，或者送入耳机进行监听。当波形，或者送入耳机进行监听。当波形，或者送入耳机进行监听。当f ffs fs时，线性迭加结果时，线性迭加结果时，线性迭加结果时，线性迭加结果振幅恒定；若振幅恒定；若振幅恒定；若振幅恒定

38、；若ffsffs，线性迭加结果振幅是变化的。这种方，线性迭加结果振幅是变化的。这种方，线性迭加结果振幅是变化的。这种方，线性迭加结果振幅是变化的。这种方法适于测低频，且被测与标准信号波形应相同，目前很少法适于测低频，且被测与标准信号波形应相同，目前很少法适于测低频，且被测与标准信号波形应相同，目前很少法适于测低频，且被测与标准信号波形应相同，目前很少应用。应用。应用。应用。(2)(2)差频法差频法差频法差频法 原理电路见图原理电路见图原理电路见图原理电路见图6-26-2所示。所示。所示。所示。被测与标准信号送入非线被测与标准信号送入非线被测与标准信号送入非线被测与标准信号送入非线 性电路进行混

39、频，然后再性电路进行混频，然后再性电路进行混频，然后再性电路进行混频，然后再 用示波器等来监测。混频用示波器等来监测。混频用示波器等来监测。混频用示波器等来监测。混频 结果中有结果中有结果中有结果中有fofof ffs fs，若，若，若，若f f fs fs，则，则，则，则fofo0 0，输出直流，输出直流，输出直流，输出直流 图 6-2 差频法测频率电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第17页 6.6.计算法计算法计算法计算法 以上各测量方法都有它的局限性，特别是在测量范围以上各测量方法都有它的局限性，特别是在测量范围以上各测量方法都有它的局限性，特别是在测量范围以上各测量方法都

40、有它的局限性，特别是在测量范围和准确性方面有不足之处。目前，由于数字电路的飞速发和准确性方面有不足之处。目前，由于数字电路的飞速发和准确性方面有不足之处。目前，由于数字电路的飞速发和准确性方面有不足之处。目前，由于数字电路的飞速发展和数字集成电路的普及，电子计数器的应用已十分普遍展和数字集成电路的普及，电子计数器的应用已十分普遍展和数字集成电路的普及，电子计数器的应用已十分普遍展和数字集成电路的普及，电子计数器的应用已十分普遍，利用电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量，利用电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量，利用电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量，利用电子计数器测量

41、频率具有精度高、使用方便、测量迅速以及便于实现测量的自动化等突出优点，故已成为近迅速以及便于实现测量的自动化等突出优点，故已成为近迅速以及便于实现测量的自动化等突出优点，故已成为近迅速以及便于实现测量的自动化等突出优点，故已成为近代频率测量的重要手段。所以，本章对电子计数器测量频代频率测量的重要手段。所以，本章对电子计数器测量频代频率测量的重要手段。所以，本章对电子计数器测量频代频率测量的重要手段。所以，本章对电子计数器测量频率等加以重点介绍。率等加以重点介绍。率等加以重点介绍。率等加以重点介绍。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第18页6.2 电子计数器测频率电子计数器测频率

42、广为应用的电子计数器不但能测频率，还能测周期、广为应用的电子计数器不但能测频率，还能测周期、广为应用的电子计数器不但能测频率，还能测周期、广为应用的电子计数器不但能测频率，还能测周期、相位差等，故称为相位差等，故称为相位差等，故称为相位差等，故称为“通用计数器通用计数器通用计数器通用计数器”。6.2.1 6.2.1 测频基本原理测频基本原理测频基本原理测频基本原理 频率的定义，是指周期性信号在一秒钟内变化的周期频率的定义，是指周期性信号在一秒钟内变化的周期频率的定义，是指周期性信号在一秒钟内变化的周期频率的定义，是指周期性信号在一秒钟内变化的周期。如果在一定的时间间隔。如果在一定的时间间隔。如

43、果在一定的时间间隔。如果在一定的时间间隔TsTs内计有周期信号的重复变化次内计有周期信号的重复变化次内计有周期信号的重复变化次内计有周期信号的重复变化次数数数数N N，则频率可写为：，则频率可写为：，则频率可写为：，则频率可写为：（6-66-6）电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第19页 电子计数器就是严格按照式（电子计数器就是严格按照式（电子计数器就是严格按照式（电子计数器就是严格按照式（6-66-6）进行测频的，原理）进行测频的，原理）进行测频的，原理）进行测频的，原理框图见图框图见图框图见图框图见图6-36-3所示。被测信号通过脉冲形成电路转变成脉冲所示。被测信号通过脉冲形

44、成电路转变成脉冲所示。被测信号通过脉冲形成电路转变成脉冲所示。被测信号通过脉冲形成电路转变成脉冲信号送入闸门，在门控信号作用时间内闸门打开，脉冲通信号送入闸门，在门控信号作用时间内闸门打开，脉冲通信号送入闸门，在门控信号作用时间内闸门打开，脉冲通信号送入闸门，在门控信号作用时间内闸门打开，脉冲通过闸门进入计数器计数。若闸门在控制信号作用下开启时过闸门进入计数器计数。若闸门在控制信号作用下开启时过闸门进入计数器计数。若闸门在控制信号作用下开启时过闸门进入计数器计数。若闸门在控制信号作用下开启时间为间为间为间为1s1s，则计数器所计的数即为被测频率值。，则计数器所计的数即为被测频率值。，则计数器所

45、计的数即为被测频率值。，则计数器所计的数即为被测频率值。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第20页6.2.2 6.2.2 电子计数器测频的组成框图电子计数器测频的组成框图电子计数器测频的组成框图电子计数器测频的组成框图 电子计数器的组成框图见图电子计数器的组成框图见图电子计数器的组成框图见图电子计数器的组成框图见图6-46-4所示所示所示所示 图中各电路的作用如下：图中各电路的作用如下：图中各电路的作用如下：图中各电路的作用如下：放大整形：放大是对小信号而言，整形是将各种被测放大整形：放大是对小信号而言，整形是将各种被测放大整形：放大是对小信号而言，整形是将各种被测放大整形：放大

46、是对小信号而言，整形是将各种被测波形整形成脉冲（如采用施密特电路）。波形整形成脉冲（如采用施密特电路）。波形整形成脉冲（如采用施密特电路）。波形整形成脉冲（如采用施密特电路）。晶振：石英晶体振荡器，产生频率非常稳定的脉冲信晶振：石英晶体振荡器，产生频率非常稳定的脉冲信晶振：石英晶体振荡器，产生频率非常稳定的脉冲信晶振：石英晶体振荡器，产生频率非常稳定的脉冲信电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第21页号。通常是号。通常是号。通常是号。通常是1MHz1MHz或或或或5MHz5MHz，稳定度达，稳定度达，稳定度达，稳定度达10101010数量量级。数量量级。数量量级。数量量级。分频器：

47、实为计数器，每输入十个脉冲才输出一个脉分频器：实为计数器，每输入十个脉冲才输出一个脉分频器：实为计数器，每输入十个脉冲才输出一个脉分频器：实为计数器，每输入十个脉冲才输出一个脉冲。通过多次分频可获得不同的时间基准（或时标信号）冲。通过多次分频可获得不同的时间基准（或时标信号）冲。通过多次分频可获得不同的时间基准（或时标信号）冲。通过多次分频可获得不同的时间基准（或时标信号）.门控：是双稳电路，提高分频信号的前沿陡度，使时门控：是双稳电路，提高分频信号的前沿陡度，使时门控：是双稳电路，提高分频信号的前沿陡度，使时门控：是双稳电路，提高分频信号的前沿陡度，使时基准确。基准确。基准确。基准确。主闸门

48、：具有与门电路一样的功能，只有在门控信号主闸门：具有与门电路一样的功能，只有在门控信号主闸门：具有与门电路一样的功能，只有在门控信号主闸门：具有与门电路一样的功能，只有在门控信号作用下才能开启，即在门控信号高电平期间脉冲通过闸门作用下才能开启，即在门控信号高电平期间脉冲通过闸门作用下才能开启，即在门控信号高电平期间脉冲通过闸门作用下才能开启，即在门控信号高电平期间脉冲通过闸门进入计数器被计数。进入计数器被计数。进入计数器被计数。进入计数器被计数。此外，计数、译码、显示等电路是数字仪表所共性此外，计数、译码、显示等电路是数字仪表所共性此外，计数、译码、显示等电路是数字仪表所共性此外，计数、译码、

49、显示等电路是数字仪表所共性的，这里不多述。的，这里不多述。的，这里不多述。的，这里不多述。电子测量原理电子测量原理电子测量原理电子测量原理第22页6.2.3 6.2.3 频率测量原理频率测量原理频率测量原理频率测量原理 被测信号经放大整形后送入闸门。晶振信号经分频得被测信号经放大整形后送入闸门。晶振信号经分频得被测信号经放大整形后送入闸门。晶振信号经分频得被测信号经放大整形后送入闸门。晶振信号经分频得到的时间基准信号送入门控电路，门控电路在所选的时间到的时间基准信号送入门控电路，门控电路在所选的时间到的时间基准信号送入门控电路，门控电路在所选的时间到的时间基准信号送入门控电路，门控电路在所选的

50、时间基准内输出高电平，从而打开主闸门。在主闸门打开期间基准内输出高电平，从而打开主闸门。在主闸门打开期间基准内输出高电平，从而打开主闸门。在主闸门打开期间基准内输出高电平，从而打开主闸门。在主闸门打开期间，被测信号整形后的脉冲通过主闸门进入计数器被计数，被测信号整形后的脉冲通过主闸门进入计数器被计数，被测信号整形后的脉冲通过主闸门进入计数器被计数，被测信号整形后的脉冲通过主闸门进入计数器被计数，然后再译码和显示。显示按式（然后再译码和显示。显示按式（然后再译码和显示。显示按式（然后再译码和显示。显示按式（6-66-6）所示关系进行。）所示关系进行。）所示关系进行。）所示关系进行。闸门的开启时间