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。計數法在實質上屬於比較法,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、最基本的數位化測量儀器。
數字計數式頻率計能直接計數單位時間內被測信號的脈衝數,然後以數字形式顯示頻率值。這種方法測量精確度高、快速,適合不同頻率、不同精確度測頻的需要。電子計數器測頻有兩種方式:一是 直接測頻法,即在一定閘門時間內測量被測信號的脈衝個數;二是 間接測頻法,如周期測頻法。
由於數字電路的飛速發展和積體電路的普及,計數器的套用十分廣泛。利用電子計數器測量頻率具有精度高,顯示醒目直觀,測量迅速,以及便於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:由於輸入的信號可以是正弦波,三角波。而後面的閘門或計數電路要求被測信號為矩形波,所以需要設計一個整形電路則在測量的時候,首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉化成矩形波。在整形之前由於不清楚被測信號的強弱的情況。所以在通過整形之前通過放大衰減處理。當輸入信號電壓幅度較大時,通過輸入衰減電路將電壓幅度降低。當輸入信號電壓幅度較小時,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,被測信號得以放大。
時基和閘門電路:閘門電路是控制計數器計數的標準時間信號,被測信號的脈衝通過閘門進入計數器的個數就是由閘門信號決定的,閘門信號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,應使用晶體振盪器通過分頻獲得。時基信號可由555定時器構成一個較穩定的多諧振盪器,經整形分頻後,產生一個標準的時基信號,作為閘門開通的基準時間。被測信號通過閘門,作為計數器的時鐘信號。
計數顯示電路:在閘門電路導通的情況下,開始計數被測信號中有多少個上升沿。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:控制電路裡面要產生計數清零信號和鎖存控制信號。控制電路工作波形的示意圖如下圖。
被測信號經整形後變為脈衝信號(矩形波或者方波),送入閘門電路,等待時基信號的到來。時基信號有555定時器構成一個較穩定的多諧振盪器,經整形分頻後,產生一個標準的時基信號,作為閘門開通的基準時間。被測信號通過閘門,作為計數器的時鐘信號,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套用。許多物理量,例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動、位移、速度等通過感測器轉換成信號頻率,可用數字頻率計來測量。尤其是將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、程控化和智慧型化.隨著現代科技的發展,基於數字式頻率計組成的各種測量儀器、控制設備、實時監測系統已套用到國際民生的各個方面。
舉例
若在一定時間間隔T內測得這個周期性信號的重複變化次數N,則其頻率可表示為f=N/T。其中脈衝形成電路的作用是將被測信號變成脈衝信號,其重複頻率等於被測頻率fx。時間基準信號發生器提供標準的時間脈衝信號,若其周期為1s,則門控電路的輸出信號持續時間亦準確地等於1s。閘門電路由標準秒信號進行控制,當秒信號來到時,閘門開通,被測脈衝信號通過閘門送到計數解碼顯示電路。秒信號結束時閘門關閉,計數器停止計數。由於計數器計得的脈衝數N是在1秒時間內的累計數,所以被測頻率fx=NHz。