频率测量原理

频率测量的原理及应用
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提纲
➢频率测量方法的概述 ➢电子计数法的原理 ➢误差分析 ➢实现 ➢应用
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Fra Baidu bibliotek 概述
模拟法 数字法：
谐振法
无源测频法 （直读法）
电桥法 频率—电压变换法
比较法
拍频法 差频法 示波法
李沙育图形法 测周期法
电子计数器法
软件实现：
FFT算法
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无源测量方法
1、谐振法：
被测信号经互感M与LC串联谐振回路 进行松耦合，改变可变电容C,使回路发生 串联谐振。谐振时回路电流达到最大。
注： 由于目前一般频率源的精度可以控制在10-6以上，可忽略不计的 因此主要的误差来源为舍入误差
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实现方法
等精度测量方法(多周期测量方法）
测周： 测频： 多测周：
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实现方法
单片机实现方案
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程序流程图
实现方法
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实现方法
可编程逻辑器件的实现方案
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应用
➢仪器仪表：频率计 ➢信号传输：V-F ➢导航：精密的时间同步 ➢测速:多谱勒
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无源测量方法
3、频率—电压变换法：
频率—电压变换法测频就是先把频率信号变换为 电压或电流信号，然后用带有频率刻度的电压表或
电流表直接得出被测频率。
ux
A
B
U0
脉冲形成
单稳态多谐振荡器
积分
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有源测量方法
1、拍频法：
将被测信号与标准信号经线性元件直接进 行叠加来实现频率的测量。通常只用于音 频的测量。
M
fx ~
LC
v
谐振法测频原理
fx
c
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无源测量方法
平衡条件与频率有关的电桥都可以用来测量
2、电桥法： 频率，电桥的频率特性应尽可能尖锐。常用的电
桥有：文氏电桥、谐振电桥、双T电桥。
fx ~
C1
R3
R1
R2 R4
C2
fx
R
C
取R1= R2=R，C1=C2=C，则由f= ω/2 π 得 fx=1/2πRC
fx ~ fs ~
v
耳机
示波器
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有源测量方法
2、差频法：
利用非线性器件和标准信号对被测信号 进行差频变换来实现频率的测量。适用 于高频段的测量。
fx ~
混频
滤波放大器
V
fs ~
差频法测频原理
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软件实现-FFT算法
FFT算法：
FFT算法即快速傅里叶算法，是傅里叶变换一种 高效的实现方法，它将时域的信号通过该算法得到频域
的频谱，因此可以直接读出频率值。
被测信号
A/D采样
数字信号处理
显示
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数字计数器法 数字计数器法：测频法与测周法
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1、测频法
1 脉冲形 成电路
2
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闸门
十进制 计数器
4 门控 电路
3 时基信号发生器
电子计数器测频原理方框图
2
3
时基T
4
5
被测频率值：
N fx T
注意：适用于测量较高的频率
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2、侧周法
数字计数器法
fs=1/Ts 晶振
倍频器（m）
Ts/m
闸门
计数显示
TX
放大整 TX 分频器 Kf TX
型电路
（1/Kf）
门控电路
电子计数器测周原理方框图
TX=N/mKffs=NTs/mKf
注意：适用于测量低的频率
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误差分析
测量最本质的原理图
t1
t2
误差的主要来源：
1. 基准频率的误差： 准确度与稳定度 2. 频率源：晶振、有源晶振、原子钟、光钟 2. 电子计数器的舍入误差：±1
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