Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Таблица 7.2. Зависимость относительной погрешности частоты опорных генераторов от

интервалов времени

Относительная погрешность частоты опорных генераторов ЭСЧ за интервалы времени

нестабильности

10 с

10 мин

I сут

1 мес

6 мес

Долговременная

Кратковременная

10-10

10-»

1,510-s

3-10-S

110-8

1,5-10-

2- 10-7

5- 10-7

цовой частоты поступает на схему формирования времени отсчета, которая открывает селектор на время Д{, равное периоду следования импульсов образцовой частоты.

Погрешность ЭСЧ при измерении частоты определяется выражением

ЙЭСЧ = So6p + 5„еет 1 + бщст 2 +

(7.24)

где 5обр - погрешность установки частоты опорного генератора при выпуске из производства или после корректировки частоты по окончании очередной поверки (погрешность установки действительного значения частоты при вьшуске из производства или после очередной поверки); 5„ecri - погрешность, вызванная долговременной нестабильностью частоты опорного генератора; 6нест2~ погрешность, вызванная кратковременной нестабильностью частоты опорного генератора на интервале времени счета ЭСЧ; 1 хТ - погрешность, связанная с некратностью периодов измеряемого сигнала fx и сигнала формирования времени счета т.

Погрешность бобр зависит от погрешности образцовой меры частоты, по которой устанавливалось значение частоты опорного генератора при вьшуске из производства или в ходе очередной поверки, и конструктивного исполнения корректора частоты ЭСЧ.

У современных ЭСЧ величина бобр имеет значение примерно 1-10"*.

Погрешности бнесп и бнестг зависят от интервалов времени. Значения этих погрешностей для различных интервалов времени приведены в табл. 7.2.

Погрешность Ufx зависит от измеряемой частоты и времени измерения ЭСЧ. Возникновение ее поясняет временная диаграмма работы селектора ЭСЧ, хфиведенная на рис. 7.5. В случае / селектор пропустит 10 импульсов за время длительности стро-бирующего импульса и счетчик зарегистрирует 10 импульсов. Б случае 2 селектор пропустит 9 импульсов и счетчик зарегистрирует 9 импульсов.

В табл. 7.3 приведены значения 1 хТ для современных ЭСЧ.

Из табл. 7.3 видно, что для измерения низких частот ЭСЧ нецелесообразно применять, так как он имеет большую погрешность.

Таким образом, для определения погрешности ЭСЧ в каждом конкретном случае необходимо пользоваться выражением (7.24).

Комбинированные способы определения действительного значения частоты, основанные на прнмененнн гетеродинного способа и ЭСЧ. Необходимость расширения частотного диапазона ЭСЧ привела к созданию

Таблица 7.3. Зависимость погрешности измерения частоты от времени измерения

Время

Погрешность 1 т измния частот

измерения

0,1 Гц

1 Гд

10 Гц

100 Гд

1 кГц

10 кГд

100 кГц

1 МГц

10 МГц

100МГц

10-3 с

Itf"

10"

10-2

10-3

10-»

10-5

10-2 с

10°

10-2

10-3

10-5

10-6

10- с

10°

10-2

10-3

10-"

10-5

10-7

lO"

10-2

10-3

10-"

10-5

10-«

10-7

10-8

10 с

10"

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-8

10-»



пппппппппп

п п ,

J

Рис. 7.5. Временная диаграмма работы селектора ЭСЧ

комбинированных способов измерения частоты, основанных на применении ЭСЧ и гетеродина. Рассмотрим наиболее применяемые из них в технике частотных измерений.

Способ определения действительного значения измеряемой частоты при помощи ЭСЧ и преобразователя на нулевых биениях. Схема измерения частоты данным способом приведена на рис. 7.6. Измеряемая частота фавнивается с частотой сигнала гетеродина или с частотами ее гармоник. В качестве индикатора фавнения используется электронно-лучевая трубка. При получении нулевых биений (совпадения измеряемой частоты с частотой одной из гармоник сигнала гетеродина) частота гетеродина измеряется ЭСЧ. Действительное значение частоты определяется выражением

А = п/,ех. (7.25)

где и - номер гармоники; fy„ - среднее значение частоты гетеродина, измеренное ЭСЧ, Номф гармоники гетфодина определяют в соответствии с (7.15). Максимально возможную погрешность измерения частоты данным способом находят из выражения

5»мх = 5сл + 5гет -I- 8эсч- (7-26) где 8сл - погрешность индикатора сличения; бгет - нестабильность частоты гетеродина за время сличения частот; 8эсч - погрешность измерения частоты ЭСЧ, вычисляемая по (7.24).

При использовании в качестве индикатора сличения электронно-лучевой трубки с частотой развертки 50 Гц погрешность составляет не более 50-100 Гц. Нестабильность частоты гетеродина за время измерения (а оно составляет, как правило, 3 - 5 с) не пре-

Смеситепь

УНЧ \-*{ Индикатор

Гетеродин

Рис. 7.6. Структурная схема измерения частоты при помоши ЭСЧ и преобразователя

Смеситель

Усилитель

широкополосный

, fnp

Фильтр

Генератор

fo6p

гармоник

Рис. 7.7. Структурная схема измерения частоты при помощи ЭСЧ и дискретного преобразователя частоты

вышает ± (1 - 2) • 10". Поэтому при измерении частоты свыше 100 МГц максимально возможная погрешность измерения частоты

8™х=+(2-3)-10" + 6эсч- (7-27)

Способ определения действительного значения частоты при помощи ЭСЧ и дискретного гетеродинного преобразователя частоты. Схема измерения частоты данным способом приведена на рис. 7.7. На смеситель поступают сигналы частоты гармоник гетеродина, которые синхронизованы частотой опорного генератора ЭСЧ. Сигналы гармоник формируются при помощи фильтра. Одновременно на смеситель поступает сигнал измеряемой частоты. Промежуточная частота измеряется ЭСЧ. Действительное значение частоты вычисляется по формуле

/х = п/обр + /пр, (7-28)

где и - номер гармоники гетеродина; /обр - частота гетеродина; /„р - промежуточная частота.

Частота /pgp индицируется на шкале преобразователя, а /„р - на табло ЭСЧ.

Пофешность измерения частоты рассмотренным способом определяется погрешностью ЭСЧ и рассчитьшается по (7.24).

Способ определения действительного значения частоты при помощи ЭСЧ и переносчика с фазовой автоподстройкой частоты

Смеситель 4

Гетеродин

Фазовый детектор

Управляюший элемент

{эсч

Рис. 7.8. Структурная схема измерения частоты при помощи ЭСЧ и переносчика с ФАПЧ гетеродина по частоте измеряемого сигнала




Рис. 7.9. Зависимость составляющей погрешности измерения частоты при помощи ЭСЧ и переносчика, обусловленной некратностью измеряемой ЭСЧ частоты гетеродина и времена усреднения

гетеродина по частоте измеряемого сигнала. Схема измерения частоты приведена на рис. 7.8. В смесителе смешиваются частоты измеряемого сигнала с огшой из гармоник сигнала гетеродина. Сигналы промежуточной частоты и опорного генератора ЭСЧ поступают на фазовый детектор. Сигнал ошибки с фазового детектора через фильтр нижних частот ФНЧ подается на управляющий элемент. Режим синхронизации индицируется на индикаторе фазового детектора. В момент синхронизации частота гетеродина измеряется ЭСЧ. Среднее значение измеряемой частоты определяется выражением

/х = и/гет±/г,р, (7.29)

где /пр -значение промежуточной частоты системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Если номинальное значение измеряемой частоты /х неизвестно, то номер гармоники определяется по двум измерениям. Для этого сначала добиваются синхронизации при изменении частоты гетеродина в сторону увеличения, что соответствует выражению

/пр = /х-п/;ет. (7.30)

Затем добиваются синхронизации при изменении частоты гетеродина в сторону уменьшения, что соответствует выражению

/пр = й/гет-/х. (7.31)

Из (7.30) и (7.31) находят номер гармоники гетеродина по формуле

« = 2/пр/(Лет-/;ет). (7.32)

Достоинство данного способа - возможность измерения среднего значения несущей частоты импульсно-модулированных сигналов, девиации ЧМ сигналов. Недостаток - необходимость вычислять номер гармоники и измеряемую частоту.

Погрешность измерения частоты данным способом определяется выражением

8=8„бр±1 гетх, (7.33)

где 8обр - погрешность частоты опорного генератора ЭСЧ.

На рис. 7.9 приведена зависимость составляющей погрешности, обусловленной некратностью измеряемой ЭСЧ частоты гетеродина и времени усреднения.

Способ автоматического увеличения времени усреднения частотомера в п раз. Схема измерения частоты приведена на рис. 7.10. Исследуемый сигнал поступает одновременно на смесители I и . На вто-

Смеситель I УПЧ I

Ггет+ см

Смеситель П

УПЧ И

Блок расширения

Фазовый детектор

Гетеродин

Управляющий элемент

Блок смещения частоты

Блок АПЧ

Смеситель III

-fобр

Р= 1/Г

Рис. 7.10. Структурная схема автоматического увеличения времени усреднения частотомера

в к раз



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 [84] 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0307