Цифровой частотомер расширенного диапазона измерения

Выбор метода измерения частоты определяется её диапазоном, необходимой точностью измерения, формой сигнала, мощностью источника сигнала и другими факторами.

Метод дискретного счета основан на счете числа периодов измеряемой частоты за определенный временной интервал. Частотомеры, работающие по данному принципу, являются цифровыми измерительными приборами. Метод является наиболее точным и перспективным. Применяется в диапазоне от десятков герц до соте н мегагерц [1]. Данный метод имеет несколько исполнений. Цель работы состоит в том, чтобы измеряющее устройство автоматически использовало необходимый метод измерения частоты под конкретный диапазон частот так, чтобы погрешность измерения была минимальна.

Рассмотрим два наиболее часто используемых вида измерителей частоты, основанных на методе дискретного счета.

Цифровой частотомер

При измерении частоты методом цифрового частотомера берется фиксированный временной интервал , в течение которого количество поступивших импульсов k подсчитывается. Тогда частота импульсов определяется по формуле (1). Пояснение работы цифрового частотомера приведено на рисунке 1.

                                                                                                              (1)

Рисунок 1. Пояснение работы цифрового частотомера

Достоинства этого метода:

– низкая относительная погрешность измерений при высоких частота х;

– измерения усредняются автоматически;

– простая реализация.

Поскольку период импульсов намного меньше, че м интервал T, за время измерений будет рассмотрена большая выборка импульсов. Это позволяет исправить возможные неравномерности периодов импульсов. Также это даст возможность ослабить влияние помех, присутствующих в сигнале [3].

Недостатком является большая относительная погрешность измерений при низких частота х, когда количество поступивших импульсов k мало и период импульсов сравним с длиной интервала T.

Интервал времени  выбирают таким образом, чтобы обеспечить необходимую точность измерений на нижней границе .

Цифровой периодомер. При измерении частоты методом цифрового периодомера берутся вспомогательные импульсы частотой ,  которая должна быть намного больше измеряе мой частоты. Эти импульсы называют импульса ми заполнения, а частоту  – частотой заполнения. В течение периода импульсов измеряемой частоты  количество импульсов заполнения n подсчитывается. Измеряемая частота определяется по формуле (2). Пояснение работы цифрового измерите ля периода приведено на рисунке 2.

                                                                                                               (2)

Рисунок 2. Пояснение работы цифрового периодомера

К достоинствам можно отнести низкую погрешность измерений при низких измеряемых частота х. 

К недостаткам следует отнести большую погрешность измерений при высоких частота х [3].

Частоту заполнения  выбирают та ким образом, чтобы обеспечить необходимую точность измерений на верхней границе частоты .

Таким образом, при использовании одновременно двух методов измерения частоты на одном микроконтроллерном устройстве, диапазон измерения составит [; .

Рисунок 3. Структурна я схема цифрового частотомера

Структурная схема цифрового частотомера приведена на рисунке 3.

На вход МК подается а налоговый сигнал f, частоту которого необходимо определить. Изначально измерение проводится в предположении, что искомая частота находится некотором высокочастотном диапазоне ( ). Измерение производится методом цифрового частотомера.

Если искомая частота оказывается меньше предполагаемой, измерение производится методом цифрового измерите ля периодов ( ).

Таким образом, при относительной погрешности 0,01%, диапазон измеряемых частот конечным устройством будет включать в себя как очень низкие (ОНЧ), так и очень высокие частоты (ОВ).