基本原理
測量頻率的方法有很多,按照其工作原理分為無源測量法、比較法、示波器法和計數法等。計數法在實質上屬于比較法,其中最常用的方法是電子計數器法。電子計數器是一種最常見、最基本的數字化測量儀器。
數字計數式頻率計能直接計數單位時間内被測信号的脈沖數,然後以數字形式顯示頻率值。這種方法測量精确度高、快速,适合不同頻率、不同精确度測頻的需要。電子計數器測頻有兩種方式:一是直接測頻法,即在一定閘門時間内測量被測信号的脈沖個數;二是間接測頻法,如周期測頻法。
由于數字電路的飛速發展和集成電路的普及,計數器的應用十分廣泛。利用電子技術器測量頻率具有精度高,顯示醒目直觀,測量迅速,以及便于實現測量過程自動化等一系列突出優點,所以該方法是目前最好的。
主要構成
頻率計主要由四個部分構成:輸入電路、時基(T)電路、計數顯示電路以及控制電路。
輸入電路:由于輸入的信号可以是正弦波,三角波。而後面的閘門或計數電路要求被測信号為矩形波,所以需要設計一個整形電路則在測量的時候,首先通過整形電路将正弦波或者三角波轉化成矩形波。在整形之前由于不清楚被測信号的強弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當輸入信号電壓幅度較大時,通過輸入衰減電路将電壓幅度降低。當輸入信号電壓幅度較小時,若前級輸入衰減為零時不能驅動後面的整形電路,則調節輸入放大的增益,被測信号得以放大。
時基和閘門電路:閘門電路是控制計數器計數的标準時間信号,被測信号的脈沖通過閘門進入計數器的個數就是由閘門信号決定的,閘門信号的精度很大程度上決定了頻率計的頻率測測量精度。當要求頻率測量精度高時,應使用晶體振蕩器通過分頻獲得。時基信号可由555定時器構成一個較穩定的多諧振蕩器,經整形分頻後,産生一個标準的時基信号,作為閘門開通的基準時間。被測信号通過閘門,作為計數器的時鐘信号。
計數顯示電路:在閘門電路導通的情況下,開始計數被測信号中有多少個上升沿。在計數的時候數碼管不顯示數字。當計數完成後,此時要使數碼管顯示計數完成後的數字。
控制電路:控制電路裡面要産生計數清零信号和鎖存控制信号。
被測信号經整形後變為脈沖信号(矩形波或者方波),送入閘門電路,等待時基信号的到來。時基信号有555定時器構成一個較穩定的多諧振蕩器,經整形分頻後,産生一個标準的時基信号,作為閘門開通的基準時間。被測信号通過閘門,作為計數器的時鐘信号,計數器即開始記錄時鐘的個數,這樣就達到了測量頻率的目的。
優點用途
在電子技術領域,頻率是一個最基本的參數。數字頻率計作為一種最基本的測量儀器以其測量精度高、速度快、操作簡便、數字顯示等特點被廣泛應用。許多物理量,例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動、位移、速度等通過傳感器轉換成信号頻率,可用數字頻率計來測量。尤其是将數字頻率計與微處理器相結合,可實現測量儀器的多功能化、程控化和智能化.随着現代科技的發展,基于數字式頻率計組成的各種測量儀器、控制設備、實時監測系統已應用到國際民生的各個方面。
舉例
若在一定時間間隔T内測得這個周期性信号的重複變化次數N,則其頻率可表示為f=N/T。其中脈沖形成電路的作用是将被測信号變成脈沖信号,其重複頻率等于被測頻率fx。時間基準信号發生器提供标準的時間脈沖信号,若其周期為1s,則門控電路的輸出信号持續時間亦準确地等于1s。閘門電路由标準秒信号進行控制,當秒信号來到時,閘門開通,被測脈沖信号通過閘門送到計數譯碼顯示電路。秒信号結束時閘門關閉,計數器停止計數。由于計數器計得的脈沖數N是在1秒時間内的累計數,所以被測頻率fx=NHz。