【文章內(nèi)容簡介】 如，一個 周期信號的兩個同相位點（如過零點）所確定的時間間隔即為周期。 ◆ 兩個事件 的例子及 測量參數(shù) 還有： 同一信號波形上兩個不同點之間 ?脈沖信號參數(shù) ； 兩個信號波形上，兩點之間 ?相位差的測量 ； 手動觸發(fā) ?定時、累加計數(shù)。 ◆ 測量方法： 由 兩個事件 觸發(fā)得到 起始信號和終止信號 ，經(jīng)過門控雙穩(wěn)態(tài)電路得到 “門控信號” ，門控時間即為被測的時間間隔。在門控時間內(nèi)，仍 采用 “時標計數(shù)”方法 測量（即所測時間間隔由“時標”量化）。 電子計數(shù)器的測量功能 電子測量原理 第 46頁 4）時間間隔的測量 ?原理框圖 欲測量時間間隔的起始、終止信號分別由 B、 C通道 輸入。時標由機內(nèi)提供。如下圖。 電子測量原理 第 47頁 ◆ 觸發(fā)極性 選擇和 觸發(fā)電平 調(diào)節(jié) ：為增加測量的靈活性，B、 C輸入通道都設(shè)置有觸發(fā)極性 (+、 )和觸發(fā)電平調(diào)節(jié)，以完成各種時間間隔的測量。如下圖的脈沖參數(shù)測量。 VB Vc 起始 停止 開門時間 C＋ (50%) B＋ (50%) 起始 停止 開門時間 VB Vc B＋ (50%) C (50%) (50%) － B + (50%) C + (50%) － (50%) C＋ (90%) 閘門信號 關(guān)門信號 開門信號 B ＋ (10%) 4）時間間隔的測量 電子測量原理 第 48頁 4）時間間隔的測量 ? 相位差的測量 ? 利用時間間隔的測量，可以測量兩個同頻率的信號之間的相位差。 ? 兩個信號分別由 B、 C通道輸入，并選擇相同的觸發(fā)極性和觸發(fā)電平。 ? 測量原理如下圖： ? 為減小測量誤差，分別取 +、 觸發(fā)極性作兩次測量， 得到 t t2再取平均，則 ??2 21tt ??電子測量原理 第 49頁 電子計數(shù)器的測量功能 5）自檢（自校） ◆功能： 檢驗儀器內(nèi)部電路及邏輯關(guān)系是否正常。 ◆實現(xiàn)方法： 為判斷自檢結(jié)果是否正確，該結(jié)果應(yīng)該在自檢實施前即是已知的。為此， 用機內(nèi)的時基 Ts（閘門信號）對時標 T0計數(shù) ，則計數(shù)結(jié)果應(yīng)為： ◆自檢的方框圖： ◆例如： 若選擇 Ts=10ms, T0=1us,則自檢顯示應(yīng) 穩(wěn)定在 N=10000。 ◆ 自檢 不能檢測內(nèi)部基準源 。 放大 、整形 晶振 放大 、整形 閘門 計數(shù)器 顯示 門控電路 分頻電路 T0 Tx 0sTN T?電子測量原理 第 50頁 電子計數(shù)器的測量誤差 測量誤差的來源 1）量化誤差； 2）觸發(fā)誤差； 3）標準頻率誤差 頻率測量的誤差分析 1）誤差表達式； 2）量化誤差的影響； 3）實例分析 周期測量的誤差分析 1）誤差表達式； 2）量化誤差的影響； 3）中界頻率； 4）觸發(fā)誤差 電子測量原理 第 51頁 測量誤差的來源 1）量化誤差 ◆什么是量化誤差： 由前述頻率測量 fx=N/Ts=Nfs和周期測量 Tx=NT0，可見， 由于計數(shù)值 N為整數(shù) ， fx和 Tx必然產(chǎn)生 “截斷誤差” ，該誤差即為 “量化誤差” 。也稱為“ 177。 1誤差” ，它是所有數(shù)字化儀器都存在的誤差。 ◆產(chǎn)生原因： 量化誤差并非由于計數(shù)值 N的不準確（也并非標準頻率源 fs或時標 T0的不準確）造成。而是 由于 閘門開啟和關(guān)閉的時間與被測信號不同步引起 （亦即開門和關(guān)門時刻與被測信號出現(xiàn)的時刻是隨機的），使得在閘門開始和結(jié)束時刻有一部分 時間零頭 沒有被計算在內(nèi)而造成的測量誤差。 ◆ 下圖為頻率測量時量化誤差的 示意圖。 電子測量原理 第 52頁 1）量化誤差 ?如圖，對同一被測信號，在相同的閘門時間內(nèi)，計數(shù)結(jié)果不同。根據(jù)頻率定義，準確的 fx應(yīng)為 式中， 即， 或 因此，量化誤差的影響相當(dāng)于計數(shù)值 N的“ 177。 ”個字。 ◆ 是隨機的，它們 服從均勻分布，其差值 則服從三角分布。 12xsNfT t t? ? ? ? ?12,s x x xT N T T t t T? ? ? ? ? ? ?12( 1 ) ( 1 )x s xN T T t t N T? ? ? ? ? ? ? ?1211s xT t tNNT? ? ? ?? ? ? ?12tt??、12tt? ??電子測量原理 第 53頁 測量誤差的來源 2）觸發(fā)誤差 ◆什么是 觸發(fā)誤差 ： 輸入信號都需經(jīng)過通道電路放大、整形等，得到脈沖信號，即 輸入信號 ?(轉(zhuǎn)換為 )脈沖信號 。 這種 轉(zhuǎn)換要求只對信號幅值和波形變換，不能改變其頻率 。但是，若輸入被測信號 疊加有干擾信號 ，則信號的頻率（周期）及相對閘門信號的觸發(fā)點就可能變化。由此產(chǎn)生的測量誤差稱為 “ 觸發(fā)誤差 ” ，也稱為 “ 轉(zhuǎn)換誤差 ” 。 ◆ 如圖。周期為 Tx的輸 入信號，觸發(fā)電平在 A1點，但在 A1’點上有 干擾信號 (幅度 Vn)。 提前觸發(fā) ,周期 Tx?Tx’。 電子測量原理 第 54頁 測量誤差的來源 3）標準頻率誤差 機內(nèi)時基（閘門時間）和時標是頻率和時間間隔測量的參考基準，它們由內(nèi)部晶體振蕩器（標準頻率源）分頻或倍頻后產(chǎn)生。因此，其 準確度和測量時間之內(nèi)的短期穩(wěn)定度 將直接影響測量結(jié)果。 通常，要求 標準頻率誤差小于測量誤差的一個數(shù)量級 。 因此，內(nèi)部晶振要求較高穩(wěn)定性。 若不能滿足測量要求，還可外接更高準確度的 外部基準源 。 電子測量原理 第 55頁 頻率測量的誤差分析 1）誤差表達式 ◆ 由頻率測量表達式： fx=N/Ts=Nfs，計數(shù)器直接測頻的誤差主要由兩項組成：即量化誤差（ 177。 1誤差）和標準頻率誤差?？傉`差采用分項誤差絕對值合成，即 : 式中， 即為 177。 1誤差，其最大值為 ,而 由于 fs由晶振 (fc)分頻得到，設(shè) fs=fc/k，則 于是，頻率測量的誤差表達式可寫成： xsffNf N f?????N? 1N? ??scscffff???s sxxTN T fT??1xcx s x cfff T f f????? ? ?????電子測量原理 第 56頁 1）誤差表達式 ?誤差曲線 ?分析： 誤差曲線直觀地表示了 測頻誤差與被測頻率 fx和閘門時間 Ts的關(guān)系 。 fx愈大則誤差愈小，閘門時間愈大誤差也愈小，并且，測頻誤差以標準頻率誤差為極限。 電子測量原理 第 57頁 頻率測量的誤差分析 2）量化誤差的影響 ◆ 從頻率測量的誤差表達式： 可知，量化誤差為 它是頻率測量的主要誤差（標準頻率誤差一般可忽略）。 為減小量化誤差，需增大計數(shù)值 N： 增大閘門時間 Ts或在相同的閘門時間內(nèi)測量 較高的頻率 可得到較大的 N。 ◆但需注意： 增大閘門時間將降低 測量速度 ，并且計數(shù)值的增加不應(yīng)超過計數(shù)器的 計數(shù)容量 ，否則將產(chǎn)生溢出（高位無法顯示）。 例如： 一個 6位的計數(shù)器，最大顯示為 999999，當(dāng)用 Ts=10s的閘門測量 fx=1MHz時 ,應(yīng)顯示“ ”Hz或 ”MHz ,顯然溢出 。 1xcx s x cfff T f f????? ? ?????xs fTNNN 11 ?????電子測量原理 第 58頁 頻率測量的誤差分析 3） 實例分析 [例 ] 被測頻率 fx＝ 1MHz， 選擇閘門時間 Ts＝ 1s， 則由 177。 1誤差產(chǎn)生的測頻誤差 (不考慮標準頻率誤差 )為： 若 Ts增加為 10s， 則計數(shù)值增加 10倍 ， 相應(yīng)的測頻誤差也降低 10倍 ， 為 177。 1 10－ 7， 但測量時間將延長 10倍 。 注意：該例中 ， 當(dāng)選擇閘門時間 Ts＝ 1s時 ， 要求標準頻率誤差優(yōu)于 177。 1 10－ 7 （ 即比量化誤差高一個數(shù)量級 ） ， 否則 ，標準頻率誤差在總測量誤差中不能忽略 。 66 10110111 ?????????xxff電子測量原理 第 59頁 周期測量的誤差分析 1）誤差表達式 ◆ 由測周的基本表達式： 根據(jù)誤差合成公式，可得： 式中， 和 分別為量化誤差和時標周期誤差。 由 (Tc為晶振周期， k為倍頻或分頻比 )， 有： 而計數(shù)值 N為： 所以， 00TTNNTTxx ?????xcNkN T f? ?0xT N T??ccx x c c x c cTfT k kT T f T T f f????? ? ? ? ? ? ?????1NNN??? 00TT?0 cT kT?00ccT T fT T f? ? ?? ? ?0x x x ccT T T fNT k T k? ? ?電子測量原理 第 60頁 周期測量的誤差分析 2）量化誤差的影響 ◆ 由測周的誤差表達式： 其中，第一項即為 量化誤差 。它表示 Tx愈大（被測信號的頻率愈低），則量化誤差愈小，其意義為 Tx愈大則計入的時標周期數(shù) N愈大。另外，晶振的分頻系數(shù) k愈小，則時標周期愈小，在相同的 Tx內(nèi)計數(shù)值愈大。 此外，第二項為 標準頻率誤差 ，通常也要求小于測量誤差的一個數(shù)量級，這時就可作為微小誤差不予考慮。 ◆ 為減小量化誤差，應(yīng)增加計數(shù)值 N，但也需注意不可使其溢出 。 例如： 一個 6位的計數(shù)器，最大顯示為 999999,當(dāng)用 T0=1us的時標測量 Tx=10s(fx=)時 ,應(yīng)顯示“ 10000000”us或“ ”s,顯然溢出 。 ccx x c c x c cTfT k kT T f T T f f????? ? ? ? ? ? ?????電子測量原理 第 61頁 周期測量的誤差分析 3）中界頻率 ◆ 測頻時，被測頻率 fx愈低，則量化誤差愈大； 測周時，被測頻率 fx愈高，則量化誤差愈大。 可見，在測頻與測周之間，存在一個中界頻率 fm， 當(dāng) fxfm時，應(yīng)采用測頻；當(dāng) fxfm時，應(yīng)采用測周方案。 ◆ 中界頻率 fm的確定 量化誤差取決于計數(shù)值 N，測頻時 。 測周時 。 令兩式相等，并用 Tm表示 Tx： 于是，有： 或 例：若 Ts=1s,T0=1us，則 fm=1kHz,在該頻率上 ,測頻與測周的量化誤差相等。 sxTNT? 0xTNT?0smmTTTT?0msT T T?01msf TT?電子測量原理 第 62頁 周期測量的誤差分析 4）觸發(fā)誤差 ◆ 頻率測量時觸發(fā)誤差的影響 ● 尖峰脈沖的干擾 如圖，尖峰脈沖只 引起觸發(fā)點的改變， 對測頻影響不大。 ● 高頻疊加干擾 如圖，產(chǎn)生錯誤計數(shù)。 ● 措施 增大觸發(fā)窗或減小信號幅度； 輸入濾波。 電子測量原理 第 63頁 1T? ◆ 周期測量時觸發(fā)誤差的影響 ● 尖峰脈沖 周期測量時，尖峰脈沖的干擾對測量結(jié)果的影響非常嚴重。如圖，測量誤差為： ● 分析 設(shè)輸入為正弦波： ,干擾幅度為 Vn。 對觸發(fā)點 A1作切線 ab，其斜率為 則， 可見， 愈小，即 觸發(fā)點愈陡峭，誤差愈小 。 4）觸發(fā)誤差 39。xxT T T? ? ?s inx m xv V t??ta n xBx vVdvdt? ??ta nnVT???tan?電子測量原理 第 64頁 22 )(12s i n12c o smBxmBxmxBxmxvvxVVTVtVTtVdtdvtgBx??????????????ta n 2n x