时间频率和相位的测量概述.ppt

21十月2024一、直读法测频由式(5.6-3b)得:2．谐振法测频当f0和被测信号频率fx相等时，电路发生谐振。此时，并联接于回路两端的电压表V将指示最大值U0
当被测频率偏离f0时，指示值下降，据此判断谐振点。被测频率信号接入电路后，调节图(a)或图(b)中的C(或L)，使图(a)中电流表或图(b)中电压表指示最大，表明电路谐振。由式(5.6-5)或式(5.6-6)可得①式表述的是近似计算公式，因此，用该式来计算，其结果会有误差是必然的，只不过是误差大、误差小的问题。当回路中实际电感、电容的损耗越小，也可以说当回路的品质因数Q越高，由此式计算的误差越小。②由谐振曲线可以看出，当回路Q值不太高时，靠近谐振点处曲线较钝，不容易准确找出真正的谐振点A。③环境温度、湿度以及可调元件磨损等因素变化时，将使电感、电容实际的元件值发生变化，从而使回路固有频率发生变化，也就造成了测量误差。④通常用改变电感的办法来改变频段，用可变电容作频率细调。
由于频率刻度不能分得无限细，人眼读数常常有一定的误差，这也是造成测量误差的一种因素。综合以上各因素，谐振法测量频率的误差大约在±(0.25～1)％范围内，常作为频率粗测或某些仪器的附属测频部件。利用谐振法进行测量时：
1、频率源和回路的耦合应采取松耦合，以免两者互相牵引而改变谐振频率；
2、作为指示器的电流表内阻要小，电压表内阻要大并应采用部分接入方式，使谐振回路的Q值改变不大。利用谐振法进行测量时：
3、部分接入系数要取得合适。
当被测频率不是正弦波并且高次谐波分量强时，在较宽范围内调谐可变电容往往会出现几个频率成倍数的谐振点，一般被测频率为最低谐振频率或几个谐振指示点中电表指示最大的频率。3．频率-电压转换法测量频率这一矩形电压的平均值等于这种f-v转换频率计最高测量频率可达几兆赫。
测量误差主要决定于Um、τ的稳定度以及电压表的误差，一般为百分之几。
这种测量法的优点可以连续监视频率的变化。二、比较法测频1．拍频法测频声音的响度随时间作周期性的变化。用电压表指示时可看到指针有规律地来回摆动；若用示波器检测，可看到波形幅度随着两频率逐渐接近而趋于一条直线。这种现象在声学上称为拍，因为听起来就好像在有节奏地打拍子一样，“拍频法”这些名词就是来源于此。拍频波具有如下特点：
①若fx＝fc，则拍频波的频率亦为fc，其振幅不随时间变化。
这种情况，当两信号的初相位差为零时，拍频波振幅最大，等于两信号振幅之和；当两信号的初相位差为180时，拍频波振幅最小，等于两信号振幅之差。拍频波具有如下特点：
②若fx≠fc，则拍频波振幅随两信号的差频变化。
可以根据拍频信号振幅变化频率F以及已知频率fc来确定被测频率fx即fx＝fc±F当fc增加时F也增加，式fx＝fc±F取负号，反之取正号。
对于一般人来说，拍频周期在10s左右可以听出，即这一近似引入的误差为0.1Hz量级。
为了使拍频信号的振幅变化大，便于辨认拍频的周期或频率，应尽量使两信号的振幅相等。这种测频方法要求相比较的两个频率的漂移不应超过零点几赫兹。
如果频率的漂移过大，就很难分清拍频是由于两个信号频率不等引起的还是频率不稳定所致。
在相同的频率稳定度条件下，因高频信号频率的绝对变化大，所以该法大多使用在音频范围。拍频法测频，其误差主要决定于：
标准频率fc的精确度
测量F的误差
而测量F的误差又由拍频数n的计数误差Δn和n个拍频相应的时间t的测量误差Δt决定。
由F=n/t并代入式(5.6-9)，有考虑相对误差定义由于F=n／t

得从式可以看出：
要提高此种方法测量频率精确度，除了选用高稳定度的频率标准外，还必须使拍频计数值n大，因而相应的时间t也大。
目前拍频法测量频率的绝对误差约为零点几赫兹。
若测量lKHz左右的频率时，其相对误差为10－4量级，如被测量频率为10KHz，则相对误差可以小至10－5量级。2．差频法测频为了判断上式的存在，借助于混频器后的低通滤波网络选出其中的差频分量，并将其送入耳机或电压表或电眼检测。为了方便起见，这里设m=n=l，即以两个基波频率之差为例说明其工作原理。调节fl，使输入到混频器的两信号基频差为零，于是有
fx＝fl
由于两信号经非线性器件混频后，基波分量的振幅比谐波分量要大得多，其差频信号的振幅也最大，检测判断最容易。在实际测量时是采用如下方法判断零差频点的：1、由低到高调整标准频率fl，当fx-fl进入音频范围时，在耳机中即发出声音，音调随fl的变化而变化，声音先是尖锐(fx-fl在10KHz以上、16KHz以下)逐渐变得低沉(数百赫兹到几十赫兹)而后消失(差频小于20Hz，人耳听不出)。2、当fl继续升高时，fx-fl变大，差频又进入音频区，音调先是低沉而变尖锐直到差频大于l6KHz听不出。上述过程可用