传感技术与电子测量复习要点(电量测量与非电量测量)资料

• 选择闸门时间的原则：
• 1）在不使计数器产生溢出的前提下，应取闸 门时间尽量大一些，减少量化误差的影响，使 测量的准确度最高。
• 2）闸门时间是由高精度的晶振信号分频而得， 采取防干扰措施以及稳定触发器的触发电平
3.
f x 1 f s
fx
Tf x f s
考虑到Δfs有可能大于零， 也有可能小于零。 若按最 坏情况考虑，
计数器的±1误差可用图中的闸门信号和计数脉冲信 号的时间关系来分析。
T为计数器的主门开启时间 Tx为被测信号周期 △t1为主门开启时刻至 第一个计数脉冲前沿的时间 △t2为闸门关闭时刻至 下一个计数脉冲前沿的时间
脉冲计数误差示意图
设计数值为N(处在T区间之内窄脉冲个数，图中N＝6)
因为Δt1≤ Tx，Δt2 ≤ Tx， 所以|Δt1-Δt2| ≤ Tx，即|ΔN|≤1
或振动的次数，记为f。即
频率与时间具有同一性
1.1 电子计数法测量频率
一、电子计数法测频原理
若某一信号在T秒时间内重复变化了N次， 则根据频率的定义，可知该信号的频率fx为
fx
N T
• 电子计数器测频原理框图主要由下列 三部分组成。
① 脉冲形成电路 ② 闸门 ⑤ 十进制电子计数器
④ 门控电路
③ 时基信号发生器
令Δt1→0， 或Δt1→Tx变化，也可令Δt2→0， 或Δt2→Tx 变化， 计数值只能为实整数，可得ΔN的取值只有三个可
能值， 即ΔN＝0，1，-1。所以，脉冲计数最大绝对误差
即±1误差：ΔN＝±1
所以，
N 1 1
N
N
f xT
fx为被测量信号频率； T为闸门时间。（
fx
N T
）
结论： 脉冲计数相对误差与被测信号频率fx和闸门时间T成反
传感技术与电子测量复习要点 (2)
第一章 频率时间测量
周期过程重复出现一次所需要的时间称为
它的周期，记为T。在数学中，把这类具有周
期性的现象概括为一种函数关系描述，即
F(t) F(t mT )
式中，m为整实数，即m＝0，±1，…；t为描述周期过 程的时间变量；T为周期过程的周期。
频率是单位时间内周期性过程重复、循环
响减少，测量的准确度越高。但随着±1误差的影 响生减影少响， ，标 并准 以频| 率f误s 差|为ffss极限。，将对测量结果产
fs
f x ( 1 f s )
fx
Tfx fs
要提高频率测量的准确度， 应采取如下措施：
①在不使计数器产生计数溢出现象的前提下，扩大闸门时
间T或倍频被测信号的频率以减小量化误差。②采取防干扰措
相对误差， 所以也称时基误差，与分频系数k无关。
• 选用标准频率的原则：
• 1）为了使标准频率误差对测量结果的影响最小， 要求标准频率误差应比±1误差引起的量化误差小 一个数量级。
• 2）计数式频率计的测频准确度主要取决于仪器本 身闸门时间的准确度、稳定度和恰当选择闸门时 间。用优质的石英晶体振荡器可以满足一般电子 测量对闸门时间准确度、 稳定度的要求。
法进行测量。
1.2 电子计数法测量周期
一、测量原理
为了提高测量低频时的准确度，减少±1误差的影 响，改成先测周期Tx,再计算频率。
N
Tx Ts
Tx
Ts N
二、计数器测周期的基本原理
N
Tx Ts
Tx
Ts N
计数法测量周期原理框图
石英振荡器
③
④
整形电路
闸门
计数器
①
Tx
脉冲形成电路
B输入
• 总结：
• •
12、、直 对接测频f s 误差的：准确度要f求fxx ： 比(T1测fx 量频ffss 率) 的准确
度至少高一f个s 数量级
• 3、直接测频法不适用测低频（由于±1误差产生的 测频误差非常大）
• fx一定时,闸门时间T越长，测量的准确度越高。当
T选定后， fx越高，由于±1误差对测量结果的影
①
② 门控电路
②
③ ④
施以及稳定触发器的触发电平，使标准时间的误差小至可以忽
略。③提高晶振频率的准确度和稳定度，至少比被测频率要求
的精度高一个数量级，以减小闸门时间误差。④被测信号频率
fx较高时， 闸门时间误差较小， 说明计数测频的误差较小；被
测信号频率fx较低时， 闸门时间误差较大，说明计数测频的误
差较大。所以，在被测信号频率fx较低时， 应采用测周期的方
闸门时间不准，造成主门启闭时间或长或
短，显然要产生测频误差。闸门信号T是由晶 振信号分频而得。设晶振频率为fs,(周期为Ts)， 分频系数为k，所以有
T
kTs
k
1 fs
考虑相对误差定义中使用的是增量符号，所以用增量 符号代替式中微分符号，改写为
T f s
T
fs
结论： 闸门时间相对误差在数字上等于晶振频率的
比，即被测信号频率越高、闸门时间越宽，相对误差越小。
减小量化误差的措施：1）增大闸门时间T ；2）增大被测信
号频率fx（即倍频被测信号频率fx） ；3)同时采取上述两种
措施。 注意：T 和fx不能无限制地增大，受到电子计数器
计数位数（计数溢出）及计数频率（计数）的限制。
2．闸门时间误差(标准时间误差)
1. 量化误差——±1 来源：主门的开启时刻与计数脉冲之间的时间关系是 不相关的， 即在时间轴上的相对位置是随机的。 特点：N不管多大， ΔN＝0，1，-1 产生原因：在相同的主门开启时间T内， 计数器所计 得的数却不一定相同， 从而形成的误差便是计数器计数 误差， 由于在相同的主门开启时间T计数器最多多计一个 数或最少少计一个数， 所以， 也称±1误差或称量化误差。
二、测频误差分析
f x
1 k
( f x n
n
f x f s
f s )
fs k
N
N k
f s
f x N f s
fx
N
fs
( fx
Nf s k
)
与晶振分频系数无关
fx
N k Ts
f x N Ts
fx
N
Ts
N
：计数器累计脉冲数相对误差，叫量化误差
N
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f s fs
,
TTs s：标准时间相对误差，“+”，“-”由误差的传递公式决
f x ( 1 f s )
fx
Tfx fs
• 测量方法的误差来源：
• ①N——计数准不准？ 量化误差
• ②T——标准（闸门）时间准不准？标准时间 误差
• ③受噪声干扰时，是否有额外触发时N准不准？ 触发误差
•
一般触发误差不用考虑， fs由高精度的
晶振产生，采取防干扰措施以及稳定触发器的
触发电平，使标准时间的误差小至可以忽略。