第七章频率和时间测量及仪器
电子测量与仪器课件 第七章 频率和时间测量及仪器2
频率后再进行换算，该方法属于间接测量法。
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第7章 频率和时间测量及仪器
所谓的高频或低频是相对于电子计数器的中界频率而言的。 中界频率是指采用测频和测周两种方法进行测量，产生大小相 等的量化误差时的被测信号的频率。 （2）测周触发误差
减小测周触发误差的方法如式(7-2)结论所述，不再赘述。 综上所述，多周期测量法以及提高信噪比、选用短时标信 号等方法，可以减小测量周期的误差。 7.4.3 频率扩展技术
1 N m
N
i 1
m
i
24
N
第7章 频率和时间测量及仪器
用平均值 N 代替式（7-5）中的N表示测量结果，存在关系：
T T 1 s N 360 s Tx Tx m
m
N Ni 360 360 Kf i 1
m
N
N
i 1
i
式中，N∑是在T∑时间内实际通过计数门1和计数门2的脉冲总 个数，也就是在时间TΣ内通过计数门2的脉冲累加值；Kf为分 频次数，由分频器的分频指示值读出。相位差Δφ与NΣ成正比， 计数值N∑能直接用来表示测量结果。平均值数字相位计的测 量结果只决定于计数值N∑，而与被测频率fx无关。
由于受十进制计数器处理速度等因素的限制，上述类型的 电子计数器比较适合频率低于700MHz左右的信号，在A通道分 别采用倍频器时，频率范围就更窄了。通常采用外差降频变换 法、预定标法、转移振荡器法、谐波外差变换法、取样法等方
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第7章 频率和时间测量及仪器
7.4.3 频率扩展技术
由于受十进制计数器处理速度等因素的限制，上述类型 的电子计数器比较适合频率低于700MHz左右的信号，在A通
《频率时间的测量》
1
时间是国际单位制中的七个基本 物理量之一，它的基本单位是秒， 用s 表示。 频率是事物在1秒钟内完成的周 期性变化的次数叫做频率，常用 f 表示。 时间与频率的特点：1.测量具有 动态性质；2.测量精度高；3.测 量范围广；4.频率信息传输和处 理比较容易。 频率测量方法的分类。
2
测频电路的基本组成
基本组成
输入 1. 放大整形电路 参考 2. 基准时间产生电路 控制 3. 控制电路 输出 4. 计数显示电路
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测频电路的基本组成
ux
输入电路 放大整形
ua
计数闸门
uc
计数器 译码显示
ub
门控双稳 逻辑控制
晶体振荡器
分频电路
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测频电路的基本组成
ux
输入电路 放大整形
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测频电路的基本组成
ua
计数闸门
ub
门控双稳 逻辑控制
该电路由逻辑控制部件、门控双稳电路、计数闸门（二端输入 与门）构成。 这部分电路用于控制计数闸门，在计数闸门时间T内，窄脉冲 ua 能顺利通过，并进入计数器计数；当闸门时间T结束时，闸门关 闭，脉冲信号ua 不能通过闸门，计数器停止计数。同时控制显示电 路显示测量结果，并使计数器复零，等待下一个闸门时间计数。
计算 当闸门时间分别为1s、10s时的测频相对误差。
解：（1）当T=1s时，用（6-8）式计算相对误差
f f x 1 1 (| | | c |) (| | 106 ) 0.0011% 3 fx f xT fc 100 10 1
（2）当T=10s时，用（6-8）式计算相对误差
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电子测量与仪器教学课件第7章 频率特性测量及仪器
频域分析则是研究信号中各频率分量的幅值A与频率f的关系，包括线性系统频率特性的测 量和信号的频谱分析。频率特性测量和频谱分析都是以频率为自变量，以频率分量的信号 值为因变量进行分析的，通常由频率特性测试仪(扫频仪)来完成。其中，频率特性测试仪利 用扫频测量法，可直接在显示屏上显示被测电路的频率响应特性；频谱分析仪则是对信号 本身进行分析和对线性系统非线性失真系数进行测量，从而可以确定信号所含的频率成分， 了解信号的频谱占用情况，以及线性系统的非线性失真特性。
（3）增益测试。将Y衰减置于10挡上（相当于衰减20 dB），调节 粗、细输出衰减使因被测电路接入而变化的曲线高度仍恢复为H， 记下输出衰减总分贝数A2，则该中频放大器的电压增益k为
（4）测量带宽。利用扫频仪上的频标，在幅度左右两边分别对应 与波峰的0.707倍时的上下频率差就是被测网络的幅频特性曲线的 频带宽度。
扫频测量法就是将等幅扫频信号加至被测电路输入端，然后用显示器 来显示信号通过被测电路后振幅的变化。由于扫频信号的频率是连续 变化的，因此在屏幕上可直接显示出被测电路的幅频特性。
7.2 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ频仪
扫频仪是频率特性测试仪的简称，是一种能在荧光屏上直接观测 到各种网络频率特性等曲线的频域测量仪器，由此可以测算出被 测电路的频带宽度、品质因数、电压增益、输出阻抗及传输线特 性阻抗等参数。扫频仪与示波器的主要区别在于前者能够自身提 供测试时所需要的信号源，并将测试结果以曲线形式显示在荧光 屏上。
《电子测量技术》课程标准(电子信息技术专业)
《电子测量技术》课程标准课程名称：电子测量技术 Electronic Measurement Technology课程性质：专业选修学分：2.5总学时：45，理论学时：36，实验(上机)学时：9适用专业：电子信息技术先修课程：模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、微机原理一、教学目的与要求《电子测量技术》是电子信息、自动控制、测量仪器等专业的通用技术基础课程。
包括电子测量的基本原理、测量误差分析和实际应用，主要电子仪器的工作原理，性能指标，电参数的测试方法，该领域的最新发展等。
电子测量技术综合应用了电子、计算机、通信、控制等技术。
通过本课程的学习，培养学生具有电子测量技术和仪器方面的基础知识和应用能力；通过本课程的学习，可开拓学生思路，培养综合应用知识能力和实践能力；培养学生严肃认真，求实求真的科学作风，为后续课程的学习和从事研发工作打下基础。
二、教学内容与学时分配三、各章节主要知识点与教学要求第1章序论第一节测量的基本概念一、测量的定义二、测量的意义三、测量技术第二节计量的基本概念一、计量二、单位和单位制三、计量标准四、测量标准的传递第三节电子测量技术的内容，特点和方法一、电子测量二、电子测量的内容和特点三、电子测量的一般方法第四节电子测量的基本技术一、电子测量的变换技术二、电子测量的放大技术三、电子测量的比较技术四、电子测量的处理技术五、电子测量的显示技术第五节本课程的任务重点：测量的基本概念、基本要素；单位和单位制，基准和标准，量值的传递准则。
难点：量值的传递准则教学要求：理解测量的基本概念、基本要素，测量误差的基本概念和计算方法。
理解计量的基本概念，单位和单位制，基准和标准，量值的传递准则。
理解测量的基本原理，信息获取原理和量值比较原理。
理解电子测量的实现原理：变换、比较、处理、显示技术。
第2章测量误差理论与数据处理第一节测量误差的基本概念一、有关误差的基本概念二、测量误差的基本表示方法第二节测量误差的来源与分类一、测量误差的来源二、测量误差的分类第三节测量误差的分析与处理一、随机误差的分析与处理二、系统误差的判断及消除方法三、粗大误差的分析与处理第四节测量误差的合成与分配一、测量误差的合成二、测量测量不确定度及其合成三、误差分配及最佳测量方案第五节测量数据处理一、有效数字处理二、测量结果的处理三、最小二乘法与回归分析重点：测量误差的分类估计和处理，系统误差和粗大误差的判断及处理，不确定度的评定方法。
高中物理实验测量机械振动的周期与频率
高中物理实验测量机械振动的周期与频率在高中物理学习中，实验是非常重要的一部分，通过实验可以帮助我们更直观地理解和巩固所学的理论知识。
测量机械振动的周期与频率是高中物理实验中的一个重要内容。
本文将介绍一种常用的实验方法，帮助同学们准确测量机械振动的周期与频率。
实验名称：测量机械振动的周期与频率实验目的：本实验旨在通过测量机械振动的周期与频率，加深学生对振动的理解，巩固相关理论知识，并掌握测量的方法与技巧。
实验器材：1. 弹簧振子装置2. 记时器3. 尺子或标尺4. 实验笔记本实验步骤：1. 准备弹簧振子装置，确保其安全稳定。
2. 使用标尺或尺子测量振子的长度，并记录下来。
确保测量精确。
3. 轻轻将振子拉至一侧，然后松手使其自由振动起来。
4. 启动记时器，并开始计时，记录下振子完成十个完整振动周期所用的时间。
5. 停止记时器，计算出十个周期的均值，即为振动的平均周期。
6. 根据平均周期的倒数，即可求得振动的频率。
实验数据处理：1. 根据实验步骤所得到的数据，计算出振动的平均周期。
2. 将平均周期的倒数，即频率，计算出来，并记录下来。
实验注意事项：1. 操作时需小心谨慎，避免振子或其他器材的损坏，以防生命安全事故的发生。
2. 测量尺子或标尺应与振子垂直，并确保测量起点准确。
3. 计时器应准确启动与停止，以保证测量的准确性。
实验结果分析：通过上述实验步骤，我们可以获得振动的平均周期和频率。
根据振动的周期与频率的关系公式：频率=1/周期，我们可以进一步得到振动的频率。
本实验的目的就是通过测量实际数值，验证振动的周期与频率的关系。
实验结果的准确性与精确性取决于实际测量的过程和仪器的精度。
因此，在进行实验前，我们要仔细检查实验仪器的状态，并确保其精确度和可靠性。
在进行实验时，要求同学们共同合作，互相监督，尽量提高测量的准确性。
总结：通过本实验，我们学习了一种快速测量机械振动周期与频率的方法，并且掌握了操作实验器材的技巧。
第七章频率和时间测量及仪器
•2、测量范围 •4、测量准确度 •6、显示及工作方式
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第七章频率和时间测量及仪器
•7.3 通用电子计数器
•7.3.1 测量频率 • 被测信号经过放大整形，转变为
计数脉冲，作为闸门的输入信号。门 控电路输出的门控信号控制闸门的启 闭。在闸门开启期间计数电路对脉冲 进行计数。
• 在已知的标准时间内累计未知的待测输入信号的脉 冲的个数，实现频率的测量。
第七章频率和时间测量 及仪器
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2020/12/6
第七章频率和时间测量及仪器
•了解测频的方法、电子计数器的组成、 技术指标，理解其工作原理，掌握其使 用方法。
•* 教学目的：
•* 教学重点：
•通用电子计数器的组成、测量原理、 测量误差的来源及减小措施，通用电 子计数器的使用方法、扩频方法，数
第七章频率和时间测量及仪器
•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
•脉冲形成 •A •单稳态多谐振荡器 •B •积分 •U0
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第七章频率和时间测量及仪器
•7.1.2 比较法
•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。
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第七章频率和时间测量及仪器
•1 •脉冲形 •成电路
•2
•5
•闸门
•十进制 •计数器
•1
•4
•门控
•2
•电路
•3
•3
•时基信号发生器
•4
•5
•电子计数器测频原理方框图
电子仪器仪表装配工考证理论培训要求
电子仪器仪表装配工考证理论培训要求电子仪器仪表装配工是电子工程学院电子信息技术与应用电子专业的技能考证之一，学生在获得毕业证书的同时获得相关职业技能等级证书，为以后的就业打下了坚实的基础。
通过该技能考核的学生能以交互方式独立、熟练地完成仪器仪表装配等一系列工作，将理论与实践有机地结合在一起，激发了他们对专业学习的热情，提高实践能力，增强自身的综合素质和职场竞争力。
电子仪器仪表装配工考证分为理论和实践操作两部分。
实践操作完成贴片对讲机与插卡贴片收音机的装配，理论考核内容包括本专业与电子仪器仪表装配工相关的所有课程，主要包括电路分析、电子测量技术、模拟电子技术、数字电子技术和高频电子技术（以及彩电原理与维修的部分知识点）。
培训的具体内容及课时分配如下。
一、电路分析（3课时）1、电路模型和电路定律2、电阻电路的等效变换法3、电阻电路的一般分析4、电路定理5、含有运算放大器的电阻电路6、储能元件7、一阶电路和二阶电路的时域分析8、相量法9、电路的频率响应10、正弦稳态电路的分析11、含有耦合电感电路12、三相电路13、非正弦周期电流电路和信号的频谱14、二端口网络二、电子测量技术（2课时）1、电子测量与仪器的基础知识2、测量用信号发生器3、电压测量与电压表4、波形测试与仪器5、域测量与仪器6、电子元器件测量与仪器7、频率和时间测量及仪器8、数据域测量与仪器9、智能测试仪器与系统三、模拟电子技术（4课时）1、半导体二极管2、半导体三极管3、放大电路基础4、负反馈放大电路与基本运算电路5、线性集成电路的应用6、信号产生电路7、直流稳压电源四、数字电子技术（2课时）1、数字电路的基本知识2、集成逻辑门电路3、组合逻辑电路4、集成触发器5、时序逻辑性电路6、集成定时器及其应用7、D/A与A/D转换电路8、数字电路应用举例五、高频电子技术（5课时）1、绪论基础2、高频小信号放大器3、正弦波振荡电路4、调幅、检波和混频5、反馈控制电路6、电子仪器仪表装配综合理论考核包括以上内容，考试时间为120分钟。
第7章频率测量与仪器应用
2.1 幅频特性的测量
幅频特性的测量方法分为点频测量 法和扫频测量法。
双踪示波 器
1. 点频测量法（静态测量法）
1）点频测量法的概念
信号发生 器
点频测量法：又叫描点法就是通过
被测网络
高频毫伏表 Ⅱ
逐点测量一系列规定频率点上的网络 的增益（或衰减）来确定幅频特性曲 线的方法，其原理如图7-4所示。
VT101 预中放
0.01μF
Z101 SAWF
N101 LA7688N
8
Y输入 RF输出
图 7-2 中放幅频特性曲线的测量
按图8-2接好测量电路。 扫频信号输出端通过 0.01μF电容送至预中放 管VT101的输入端；被测 信号由LA7688N内部经预 视放从⑧脚取出，经过开 路电缆送至扫频仪的输入 端；这样就可以测量出电 视机中放电路的幅频特性、 相频特性和增益等电路的 性能。
时域测量和频域测量的比较可用图7-3来说明
第7章频率测量与仪器应用
A
f
时域分析 示波器
频谱仪 t
图7-3 时域与频域的关系图
频域分析
图7-3 时域测量和频域测量的比较
第7章频率测量与仪器应用
通过观察图7-3可以发现，时域分析和频域分析可用来观 察同一个电信号，两者的图形却是不一样的，但两者所得到 的结果是可以互译的，即时域分析与频域分析之间有一定的 对应关系，从数学上说就是一对傅立叶变换的关系。但是两 者又是从时间和频率两个不同的角度去观察同一事物，故各 自得到的结果都只能反映事物的某个侧面。因此从实际测量 的观点来看，时域分析和频域分析各有用武之地。
第7章频率测量与仪器应用
教学导航
知识重点
知识难点 教
推荐教学方式 建议学时
频率和时间测量及仪器
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
KfTX=NTs/m=N/mfs TX=N/mKffs=NTs/mKf N=mKfTx/TS
由上述得知;通用电子计数器无论 测频还是测周;其测量方法的依据是：
fx
被测信号的频率
Ts
晶振信号周期
Kf
分频次数
为了使N值能直接表示fx：
TX=1S TX=0.1S
N=100，000 N=10，000
1 0 0. 0 0 0 KHZ 1 0 0 .0 0 KHZ
小数点自动向右移一位
7 3 2 测量周期
被测信号控制门控电路输出门控信号 控制闸门的启闭;晶振信号经倍频后形成计 数脉冲;作为闸门的输入信号
7 2 2 基本组成
fx
输入单元
主门
十进制电子计数器
石英 振荡器
门控电路 时标信号
逻辑控制单元
分频器
与门1
与门2
与门3 与门4
10/1
10/1 10/1
10/1
1KHZ
10/1
100HZ
10/1
10HZ
10/1
1HZ
0.1s 1s
1HZ
10ms
10s
+12v
频率计数器组成方框图
7 2 3 技术指标
计数显示
测量累加计数原理方框图
7 3 5 测量时间间隔
控制闸门启闭的是两个或单个输入信号在不同点产生的触发 脉冲 触发器的触发电平与触发极性选择开关决定触发脉冲的产生
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2020年7月8日星期三
•了解测频的方法、电子计数器的组成、 技术指标，理解其工作原理，掌握其使 用方法。
•* 教学目的：
•* 教学重点： •通用电子计数器的组成、测量原理 、测量误差的来源及减小措施，通用 电子计数器的使用方法、扩频方法， 数字相位计的工作原理。
•
7.1 概述
•ux
•脉冲形成 •A •单稳态多谐振荡器 •B •积分 •U0
•
•7.1.2 比较法
•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。
•fx •~ •fs •~
•v
•耳机
•示波器
•拍频法测频原理图
•
•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。
* 时间与频率的原始基准 •一、天文时标 •1、世界时: •（根据地球自转确定的时间计量系统
•零类世）界时（UT0）•准确度10-6量级
•第一世界时（UT1）
•第二世界时（UT2）•准确度10-9量 级
•2、平太阳时：•(根据太阳计量时间的计时系统)
•二、原子时标(AT)
•
•* 时频测量的特点
•1、测量精度高 •（最高10-14 ） •2、应用范围广 •（从百分之一赫兹到1012赫兹以上
•fx •~
•混频 •滤波放大器
•fs •~
•差频法测频原理
•V
•耳机
•
•7.2 电子计数器
•7.2.1 分类
•1、通用电子计数器 •2、频率计数器 •3、计算计数器 •4、时间计数器 •5、特种计数器
•
•7.2.2 基本组成
•f
•输入单元
x
•主门
•十进制电子计数器
•石英 •振荡器
•门控电路 •时标信号
•逻辑控制单元
•分频器
•与门1
•与门2
•与门3 •与门4
•10/1 •10/1 •10/1
•10/1
•1KHZ
•10/1 •10/1 •10/1
•100HZ
•10HZ
•1HZ
•0.1s •1s
•1HZ
•10ms
•10s
•+12v
•频率计数器组成方框图
•
•7.2.3 技术指标
•1、测试功能 •3、输入特性 •5、闸门时间和时标 •7、输出
•电子计数器测周原理方框图
•KfTX=NTs/m=N/mfs •TX=N/mKffs=NTs/mKf •N=mKfTx/TS
•
• 由上述得知，通用电子计数器无 论测频还是测周，其测量方法的依据是 ：
• 闸门时间等于计数脉冲周期与 闸门开启时通过的计数脉冲个数之 积。
•
•7.3.3 测量频率比
• 两个输入信号加到电子计数器输入端,如果信号a 的频率大于信号b的频率
•
•1 •脉冲形 •成电路
•2
•5
•闸门
•十进制 •计数器
•1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ•4
•门控
•2
•电路
•3
•3
•时基信号发生器
•4
•5
•电子计数器测频原理方框图
•时基T
•工作波形图
•
•NTX=N/fx=KfTs •被测信号经过m次倍频
•fx=N/ KfTs
•N= KfTs fx
•NT m=N/mfx=KfTs •fx=N/ m KfTs •N= mKfTs fx
） •3、自动化程度高 •4、测量速度快
•
•* 频率测量的方法
•谐振法
•模拟法 •数字法
•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
•电容充放电 法
•电子计数器法
•李沙育图形法 •测周期法
•
•7.1.1 无源测频法
•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。
•7.3.2 测量周期
• 被测信号控制门控电路输出门控信号 控制闸门的启闭，晶振信号经倍频后形成 计数脉冲，作为闸门的输入信号。
• 在未知的待测时间间隔内累计已知的标准时间脉冲 个数，实现周期的测量。
•
•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 •K•f TX •门控电路 •型电路 •（1/Kf）
•2、测量范围 •4、测量准确度 •6、显示及工作方式
•
•7.3 通用电子计数器
•7.3.1 测量频率 • 被测信号经过放大整形，转变为
计数脉冲，作为闸门的输入信号。门 控电路输出的门控信号控制闸门的启 闭。在闸门开启期间计数电路对脉冲 进行计数。
• 在已知的标准时间内累计未知的待测输入信号的脉 冲的个数，实现频率的测量。
•fx •~
•M •L •C
•v
•fx=f0=1/ 2π LC
•fx
•谐振法测频原理
•c
•
• 2、电桥法：
•平衡条件与频率有关的电桥都可以用来测量 •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
•R
1
•R2
•R4
•C2
•(R1+1/jωxc1)R4=R2/(1+j ωxc2 R2)R3
•7.3.4 测量累加计数
• 累加计数是指在限定时间内，对输入信号重 复次数进行累加。其测量原理与测量频率相似， 不过此时门控电路由人工控制。
•fA
•fA=1/TA •放大整 •型电路A
•闸门
•S •启动
•终止
•门控 •电路
•计数显示
•测量累加计数原理方框图
•取R1= R2=R，C1=C2=C，则由f= ω/2 π 得 fx=1/2πRC
•
•fx
•R C •fx= ωx/2 π =1/ 2 π R1 R2 C1 C2
•
•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。
•N
闸门开启期间十进制计数器的计数脉冲个数
•fx
•被测信号的频率
•T
•晶振信号周期
s
•K
•分频次数
f
•
•为了使N值能直接表示fx：
•TX=1S •TX=0.1S
•N=100，000 •N=10，000
• 1 0 0. 0 0 0 •KHZ • 1 0 0 .0 0 •KHZ
•小数点自动向右移一位
•
•则 ：
•信号b经B通道输入，对闸门进行控制；
信号a则经A通道输入，形成计数脉冲，
作为闸门的输入信号。
•
•fA
•fA=1/TA •放大整 •型电路A
•闸门
•计数显示
•fB
•放大整 •型电路B
•TB=1/fB •门控电路
•测量频率比原理框图
•Kf TB=N TA/m •fA/ fB=N/(mKf)
•