8.5.2 频率的时域测量
频率时域测量的两种方法
我们所讨论频率的测量方法都是针对模拟信号的频率测量。因为时域模拟信号的频率测量包括了数字信号的频率测量的内容。
时域测量是指:被测对象在不同时间下的特征,即将被测信号视为一个时间的函数f(t)来测量称为时域测量。比如:使用示波器显示并测量一个矩形脉冲信号的幅度、宽度、上升和下降时间等参数。它与频域测量相互间存在着唯一的对应关系,彼此可相互换算。
最常用的时域频率测量有测频率法和测周期法两种。绝大多数的数字频率计都具备这两种测量功能。
1、测频率法
测频率法是在确定的时间间隔T0内,记录被测量信号完整周期的个数。其中,T0是来自内部石英振荡器的标准时间,通常为:0.1s、1s、10s,也就是通常我们所说的“闸门时间”。
测频率法通俗的讲就是:在已知的标准时间间隔内数被测信号的整周期个数。
Fx=Nx/T0
Fx——被测信号的频率
Nx——T0时间内计得的完整周期的个数
T0——标准闸门时间
2、测周期法
测周期法是在被测信号的一个周期内,记录频率为F0的标准信号的整周期个数Nx。其中,F0来自内部石英振荡器的标准频率。通常为:100KHz、1MHz、10MHz,也就是我们通常所说的频标。
测周期法通俗的讲就是:在被测信号的一个完整周期内数标准频率的个数。
Fx=F0/Nx
Fx——被测信号的频率
Nx——被测信号一个周期内得的完整频标的个数
F0——标准频率(频标)
频率时域测量方法存在的问题
我们知道电子计数器的原理误差为:正、负1误差,为了减小该项误差,通常在被测信号为高频时采用测频率法,当被测信号为低频时采用测周期法。
目前电子计数器都具备等精度测量功能,所以基本上可以无需切换测量电路,可以直接测量被测信号的频率。
在模拟信号的频率测量过程中,首先要进行波形的整形,也就是将正弦信号整形为方波信号,然后进入数字电路测量处理。这样就存在一个问题,对于纯正弦电路整形不会产生很大的误差影响。当信号中含有谐波分量,且谐波分量影响到过零触发的整形电路时,会对频率测量产生影响。所以年,很多频率计要求被测信号的谐波失真度要小于0.3%,或者在输入回路加滤波电路。
这里要注意一个概念,不是信号中谐波含量很大影响测量,而是在整形的过零触发阶段谐波含量会影响过零触发电路的准确性。我们知道方波本身就是谐波含量非常丰富的波形之一。
有关这部分内容,我无法展开的讲,有兴趣者可以参阅有关电子测量技术方面的书籍。
关于数字信号的频率测量可以借助于DAQ板卡上的计数器来实现,通常DAQ板卡都提供2个32Bits的计数器。
注意此时最理想的测量准确度就是板载石英晶体振荡器的准确度。
就虚拟仪器设计而言,为了避免上述影响,我通常采用的频率测量方法是基于频域的测量方法。具体请看下一节的介绍。