Структура и принцип действия ЭСЧ

Этот способ основан на счете числа периодов измеряемой частоты за известный интервал времени. Частотомеры, работающие по данному принципу, являются цифровыми измерительными приборами. Они позволяют также измерять интервалы времени между характерными мгновенными значениями повторяющихся сигналов (например, период колебаний), отношение двух сравниваемых частот и т.д. При использовании дополнительного устройства - гетеродинного переносчика частоты, ЭСЧ позволяет измерять частоту порядка десятков ГГц.

Принцип работы ЭСЧ в двух основных режимах, соответствующих измерению частоты и периода повторения сигналов, поясняется с помощью упрощенной структурной схемы, изображенной на рис.5.1.

В режиме измерения частоты сигнал, поданный на вход 1, через регулируемый аттенюатор Ат₁, поступает на усилитель-формирователь УФ₁. На выходе последнего образуется последовательность коротких счетных импульсов с частотой следования, равной измеряемой частоте f _х. Эта последовательность импульсов через переключатель режимов П подается на один из входов временного селектора ВС. На другой его вход через блок автоматики БА поступает последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых определяет образцовый счетный интервал времени t_сч. Эти импульсы формируются из напряжения кварцевого опорного генератора КГ путем деления его частоты f_кв в делителе-формирователе ДФ.

 

Ат – аттенюатор; КГ - кварцевый генератор; УФ- усилитель-формирователь; УМФ – умножитель-формирователь; ДФ – делитель – формирователь; ВС – временной селектор; БА – блок автоматики; СИ – счетчик импульсов; БИ – блок индикации.

Рисунок 5.1 - Структурная схема электронно-счетного частотомера

 

При коэффициенте деления n значение счетного интервала t _сч

Прошедшее за время счета через ВС m счетных импульсов (см. рис. 5.2) подсчитываются счетчиком импульсов СИ. В блоке индикации БИ определяется измеряемая частота

и полученное значение отображается на цифровом отсчетном устройстве. Уравнение измерения на основании временных диаграмм сигналов ЭСЧ (рис.5.2) записывается так:

 

(5.1)

где D Тд - погрешность дискретности, D Тд = D Тн − D Тк.

 

Рисунок 5.2 - Временная диаграмма сигналов ЭСЧ в режиме измерения частоты

 

В режиме измерения периода гармонический сигнал с входа 2 через аттенюатор А_т2 подается на усилитель-формирователь УФ₂, который формирует последовательность прямоугольных импульсов с длительностью, равной измеряемому периоду Т_х. Тем самым через БА на вход ВС поступает управляющий импульс, длительность которого Т_х будет определять значение счетного интервала времени t_сч = Т_х (см. рис.5.3.б).

Рисунок 5.3 - Временные диаграммы сигналов ЭСЧ в режиме измерения периода

Путем умножения частоты КГ в умножителе-формирователе УмФ образуется последовательность коротких счетных импульсов с частотой k f _кв. Эту частоту называют частотой заполнения f_зап, а соответствующий ей период счетных импульсов — метками времени t _м:

Прошедшие за время счета Т_х через ВС m счетных импульсов пересчитываются в значение измеряемого периода (рис. 5.3.г):

и результат отображается в отсчетном устройстве.

Значение f _зап или t_м может устанавливаться соответствующим дискретным переключателем. Максимальное значение f _зап характеризует наибольшее быстродействие ЭСЧ в этом режиме.