時間頻率簡介
時間是物理學中的七個基本物理量之一,符號t。在國際單位制(SI)中,時間的基本單位是秒,符號s,在1967年召開的第13屆國際度量衡大會對秒的定義是:銫-133的原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9,192,631,770個周期的持續時間。這個定義提到的銫原子必須在絕對零度時是靜止的,而且在地面上的環境是零磁場。在這樣的情況下被定義的秒,與天文學上的曆書時所定義的秒是等效的。生活中常用的時間單位還有:毫秒ms、分min、小時h、日(天)d、周、月、年等。頻率,是單位時間內完成周期性變化的次數,是描述周期運動頻繁程度的量,常用符號f或u表示,單位為秒分之一。為了紀念德國物理學家赫茲的貢獻,人們把頻率的單位命名為赫茲,簡稱“赫”。每個物體都有由它本身性質決定的與振幅無關的頻率,叫做固有頻率。頻率概念不僅在力學、聲學中套用,在電磁學和無線電技術中也常用。
時間與頻率互成倒數關係。測量到時間,即可導出相應得頻率。
原理
頻率時間計數器的組成見圖。晶體振盪器(晶振)提供標準頻率fs,經分頻(÷10m)作為“頻標”再經分頻(÷10m)作為“閘門時間”'這裡n>m。主門的一端輸入計數脈衝Tx,另一端輸入門控信號T以控制主門的開或關。在開門時間T內,通過主門的脈衝個數為N(N=T/TX)送到十進計數器進行計數,並在數字顯示器上顯示N值。測量舉例:①測量頻率。將開關選在“2”位置。被測頻率信號fA輸入A通道,經放大整形作為計數脈衝;選用適當的“閘門時間”T9。設在T9時間內計得的數為N,則被測頻率fA=N/T9 ,若T9=1S,則計數值N可直接用頻率顯示。
②測量時間間隔。將開關選在“5”位置,被測脈衝信號6輸入B通道,經放大整形送到“門控雙穩”作為“開門”觸發脈衝;被測脈衝信號t2輸入C通道,經放大整形送到“門控雙穩”作為“關門”觸發脈衝,輸出的門控脈衝T=t2-t1=t。選用適當的頻標:T0作為計數脈衝。此時,Tx=T0,T=t,顯示數字N=t/T0=t(取T0=1s)。
③整機“自校"。測量前,將開關選在“1”位置,利用本機的“頻標”T0作為計數脈衝,選用適當的“閘門時間”T9進行自校。此時,Tx=T0,T=T9,如果測頻正確,顯示數字N應是10的乘冪,即圖中開關“3”位置用來測量周期,“4”位置用來測量頻率比。
分類
按照結構和性能的不同進行分類。數字頻率計
通道頻帶較窄,計數速度較慢,直接計數的頻率範圍為10Hz~10MHz;藉助變頻器,測頻上限可達100MHz。通用計數器
通道頻帶較寬,計數速度較快,直接計數的頻率可達幾百兆赫。具有多種測量功能,可測量頻率、周期、時間間隔、累加計數和計時等。微波計數器
採用頻率變換技術,將微波頻率變換至1000MHz以下,以直接計數。測頻上限可達60GHz。毫赫計數器
採用倒數計數器的結構,以提高測量低頻的精確度,最高分辨力可達0.00001Hz,測頻範圍為0.1Hz~10MHz。時間計數器
可測量脈衝時間間隔、電纜電路延遲時間、脈衝寬度、占空比、上升和下降時間以及信號周期。測量範圍為1ns~10s,單次測時分辨力達100ps。計算計數器
具有程控、運算和數據處理以及故障自診斷能力,可對頻率和周期進行等精度測量,還能進行時域和頻域穩定度分析。發展動向採用微處理器和大規模積體電路(LSI),使儀器向頻帶更寬、速度更快、精度更高以及完全自動化方向發展。自動微波頻率計數器可自動計算和置換振盪器,具有高靈敏度和調頻容限寬等優點。直接測頻範圍可從0.1mHz到GHz量級,有的計數器分辨力可達10-12Hz;時間測量範圍可從1ns到10s,精度達Ins,單次分辨力可達100ps。