Измерение частоты, временных интервалов и фазы. Основные сведения об измерении частоты, страница 3

Упрощенная схема резонансного частотомера с сосредоточенными постоянными приведена на Рис.7.3. В таких частотомерах обычно используются сменные катушки индуктивности и конденсаторы переменной емкости, что позволяет перекрыть достаточно широкий диапазон частот при сравнительно узких поддиапазонах. Переменный конденсатор при этом градуируется отдельно для каждой катушки индуктивности, т.е. для каждого поддиапазона. С объектом измерения частотомер связывается слабой индуктивной связью. Величина связи регулируется изменением расстояния между источником и частотомером и их взаимным расположением. В качестве индикатора резонанса обычно используется ламповый вольтметр, который подключается к контуру либо через емкостной делитель, либо также индуктивно.

Резонансные частотомеры с

 распределенными постоянными.

В зависимости от частотного диапазона колебательный контур таких частотомеров выполняется либо в виде отрезка коаксиальной линии, либо в виде объемного резонатора (волновода). Коаксиальная линия настраивается в резонанс изменением длины ее внутреннего проводника, а объемный резонатор - изменением объема за счет перемещения поршня. Таким образом, резонансная частота контура изменяется в зависимости от перемещения поршня внутри волновода.

В зависимости от способа включения в измеряемую цепь резонансные частотомеры с распределенными постоянными делятся на частотомеры с проходными и поглощающими колебательными системами (или, коротко, поглощающие и проходные частотомеры).

Проходные частотомеры (Рис.7.4.а) имеют два элемента связи: входной - для связи с объектом измерения, и выходной - для связи с индикатором резонанса. Моменту резонанса соответствуют максимальные показания индикатора. Поглощающие частотомеры (Рис.7.4.б) имеют только один элемент связи, а индикатор включен в линию передачи энергии параллельно колебательной системе. При несовпадении собственной резонансной частоты колебательной системы с частотой в линии, энергия колебательной системой не поглощается, а индикатор дает максимальные показания. При настройке контура в резонанс он начинает поглощать часть энергии, и показания индикатора уменьшаются.

В качестве элементов связи используются элементы в виде петель, зондов, щелей, а также штыревые или рупорные антенны. На входе и выходе колебательной системы частотомера для уменьшения величины связей часто включаются аттенюаторы.

Добротность колебательных систем таких частотомеров имеет порядок единиц - десятков тысяч. Погрешность измерений частоты резонансными частотомерами лежит в пределах 10 ^{- 3}... 10 ^-5.

Часто подобные приборы градуируются в единицах длины и применяются для измерения длины волны.

3.   Измерение частоты гетеродинным методом

Сущность гетеродинного метода заключается в сравнении частоты исследуемого сигнала с известной частотой сигнала перестраиваемого генератора (гетеродина). Гетеродинные частотомеры в настоящее время как самостоятельные приборы промышленностью не выпускаются, но гетеродинный метод находит широкое применение в гетеродинных преобразователях частоты, служащих для расширения пределов измерений цифровых частотомеров в сторону сверхвысоких частот. Гетеродинные преобразователи выпускаются либо как самостоятельные конструктивно законченные средства измерений, либо в составе широкодиапазонных частотомеров.

При использовании гетеродинного преобразования измеряемая частота f_х понижается за счет смешивания в цепях нелинейного элемента (смесителя) колебания частотой f_х с колебаниями перестраиваемого гетеродина, частота которого f_г точно известна и имеет высокую стабильность.

На выходе смесителя образуются напряжения комбинационных частот ± nf_г ± mf_х . Из всех этих частот путем фильтрации выделяется разностная частота nf_г - mf_х . В зависимости от вида применяемого оконечного измерителя (индикатора) возможны различные методики измерения.