第四章频率和相位测量

将被测的周期性信号经过整形后形成的同周期的脉冲 序列fx，通过一个“闸门” 送入计数器，并由一个“门控” 信号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）。
T x
ffx x AA
B
TT
T xN
与或
T
门
C
fx N T
这种测量方法又称为门控计数法。
一、硬件计数频率计
• 硬件计数频率计其结构如下图所示，被测信号通 过整形，转换为与被测信号频率相同的脉冲，然 后对脉冲进行计数，也就是把频率测量转换为脉 冲个数的测量。计数器可选用专用的集成电路， 外围再配上显示器、放大整形以及电源电路即可 组成频率计。
k1IUC0 cos (
L 1/ C0 R2 (L 1/ C0 ) 1
^
M 2 k2II2 cos(90 ) cos(II2 )

k2 IU
R0 R0 R2
I2 sin
1
R2 (L 1/ C)
• 由于两个力矩方向相反，当平衡时两者相等。联
立可得:

1 T
T 0
2U
t
e dt RiiC0i

2UC0
t
(e RiiC0i
1)
Ri
T
• 由于电路中C0、Ri 很小故上式可简化为：
ICP 2UC0 f
• 按式可知，通过磁电系测量机构的电流可以反映 被测频率的大小。
3 .变换式电动系频率表标尺特性
• 工频频率表所测量的频率范围并不 要求从0开始，标尺一般为45～ 55Hz、900～1100Hz等等。变换式 频率表可通过调节偏置电阻，改变 机械零点的频率读数。得到相应标 尺。以45～65Hz的频率表为例，被 测输入信号经微分得到的电流方向 是从上到下，经过偏置电路的电流 是从下到上，调节偏置电路使偏置 电流平均值等于45Hz时输入尖脉冲 电流的平均值，则机械零点的频率 值就等于45Hz。选择指示电表的灵 敏度使满度为65Hz。
L 1 0 C
，α为正角时，
指针将会顺时针偏转。
2、用变换式频率表测量工频
1.变换式频率表的结构
• 变换式频率表由磁电系测量机构和变换电路组成， 变换电路包含方波形成、微分、整流、指示和偏
置五个环节，通过变换电路，被测频率转换为一
定大小的直流电流，然后通过磁电系测量机构进
行测量 。
微分电路 整流电路
tan

R0 R2 R0
C0 (L

1)
C

Φ()
3 .电动系频率表标尺特性
•
当被测频率等于谐振频率时
L 1 C
偏转角α=
0°，指针位于标尺中心，即固定线圈位置。
• 若被测频率ω ＞ω0 ，则
L 1 0 ，α为负角时，
C
指针将会顺时针偏转。
• 若被测频率ω ＜ω0 ，则
3、用振簧式频率表测量工频
• 早期还常用振簧式频率表测量工频频率，振簧式 频率表是利用交流电磁铁吸引一排机械振动频率 不同的簧片，簧片固有振动频率与电源频率相同 时，产生共振的簧片振幅最大，从窗口看，好像 簧片顶端被拉长。可以从产生共振的簧片位置读 出频率值。
二、低频和高频的测量
1.比较法 • 将被测频率与标准频率相比较，通过检测差拍、
本章要点
• 本章主要介绍测量频率的方法，以及电子 数字频率计的结构与原理。用电子数字频 率计测量频率，是今后测量频率的主要手 段，也是频率计的发展方向。
• 相位计和整步表是电力系统运行中常用仪 表，本章对其作一般性介绍，以供相关专 业使用。
第一节 频率的测量方法
一、工频的测量
1、用电动系频率表测量工频
• (3)控制电路
– 控制电路在所选择的基准时间内打开主闸门，允许整 形后的被测脉冲信号输入到计数器中。
• (4)计数器和显示器
– 对控制门输出的信号进行计数，并显示计数值。
通用计数器的基本组成和工作方式
通用计数器一般都具有测频和测周两种方式。基本 组成
如图所示。
如图中A输入端(fA=fx)，晶振标准频率fc信号接到B输入端 (fB=fc)，则计数器工作在测频方式，此时：
1.电动系频率表的结构 • 采用比率表型Βιβλιοθήκη Baidu两可动线圈空间错开90°。无工
作时呈随遇平衡状态。被测频率等于固定线圈回 路的谐振频率时，指针停在标尺中心，即固定线 圈轴线位置，标尺两边示值分别为大于或小于谐 振频率的值。
2 .电动系频率表工作原理
• 按接线图，两可动线圈所受力矩分别为:
^
M1 k1II1 cos cos (II1)
fx
李沙育图形或混频后的频率求得被测频率。
差拍法 混频法
李沙育图形测频率
2.无源测量法
• 无源测量法是指测量电路不需要另加电源，直接 用被测信号进行测量如文氏电桥测频率 和谐振回 路测频率。
( R1

1
jX C1 )R4

( 1/
R2
1
jX C2
) R3
fX

1 2πRC
文氏电桥测频率
fX

1 2π LC
• (1)输入通道
– 输入通道包括放大、整形电路。各种被测信号(如正弦 波、三角波、锯齿波等)经过放大、整形后转换成矩形 脉冲信号，然后在主闸门的控制下进入十进制计数器。
• (2)时间基准电路
– 由晶体振荡器和分频器组成。石英晶体振荡器产生稳 定的时钟信号，经过分频后可以得到一系列周期已知 的标准信号。这些信号可以作为计数器的标准计数脉 冲(填充脉冲)，也可以作为各种时间基准，控制计数器 的门电路。
谐振回路测频率
3.计数法
• 计数法可适用于工频、低频与高频，由于集成化 程度的提高，计数器电路体积小，价格便宜，几 乎取代了所有其他形式的测频仪器。
计数法测频率
计数法测周期
第二节 数字频率计的测量原理
频率的定义：
单位时间(1秒)内周期性事件重复的次数，记为f。 若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则该信 号的频率为： fx=N/T 因此，对频率的测量需确定一个取样时间T，在 该时间内对被测信号重复变化的次数累加计数，若计 数值为N，根据定义可得到被测信号频率值： fx=N/T T=NTx
偏置电路
双向限幅
指示仪表
2.变换式频率表工作原理
• 被测电压经稳压管双向限幅并经微分转换为尖脉 冲，由于电容小充电时间短，可形成尖脉冲波， 若用 表示充电电流，则电流脉冲波形可用下式
表示：
i1

2U Ri
t
e RiiC0i
• 通过磁电系测量机构的电流平均值为：
ICP

1 T
T 0
i1dt