Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Частотомер — это электронный прибор или компонент прибора, используемый для измерения частоты. Частотомеры обычно измеряют количество циклов колебаний или импульсов в секунду в периодическом электронном сигнале. Такой прибор иногда называют цимометром, особенно приборы китайского производства.
A frequency counter is an electronic instrument, or component of one, that is used for measuring frequency. Frequency counters usually measure the number of cycles of oscillation or pulses per second in a periodic electronic signal. Such an instrument is sometimes called a cymometer, particularly one of Chinese manufacture.
Принцип работы
Большинство частотомеров работают с помощью счетчика, который накапливает количество событий, происходящих в течение определенного периода времени. После предварительно установленного периода, известного как время открытия (например, 1 секунда), значение в счетчике передается на дисплей, и счетчик сбрасывается в ноль. Если измеряемое событие повторяется с достаточной стабильностью, а частота значительно ниже частоты используемого опорного генератора, разрешение измерения можно значительно повысить, измеряя время, необходимое для целого числа циклов, а не подсчитывая количество целых циклов, наблюдаемых в течение заданного промежутка времени (часто называемого обратным методом). Внутренний генератор, обеспечивающий временные сигналы, называется базой времени и должен быть очень точно откалиброван. Если событие, которое необходимо подсчитать, уже представлено в электронном виде, достаточно простого подключения к прибору. Более сложные сигналы могут потребовать предварительной обработки для обеспечения возможности их подсчета. Большинство универсальных частотомеров включают в себя на входе схему усиления, фильтрации и формирования сигнала. Технологии цифровой обработки сигналов (DSP), регулировка чувствительности и гистерезис – это другие методы повышения производительности. Другие типы периодических событий, которые не являются изначально электронными, должны быть преобразованы с использованием датчика. Например, механическое событие можно организовать таким образом, чтобы оно прерывало световой луч, а счетчик подсчитывал полученные импульсы. Частотомеры, предназначенные для радиочастот (RF), также распространены и работают по тем же принципам, что и счетчики низких частот. Как правило, они имеют больший диапазон до переполнения. Для очень высоких (микроволновых) частот многие конструкции используют высокоскоростной делитель частоты для снижения частоты сигнала до уровня, при котором может работать обычная цифровая схема. Дисплеи таких приборов учитывают это, поэтому они по-прежнему отображают правильное значение. Микроволновые частотомеры в настоящее время могут измерять частоты до почти 56 ГГц. Выше этих частот измеряемый сигнал смешивается в смесителе с сигналом от локального генератора, создавая сигнал на разностной частоте, которая достаточно низка для непосредственного измерения.
Most frequency counters work by using a counter, which accumulates the number of events occurring within a specific period of time. After a preset period known as the gate time (1 second, for example), the value in the counter is transferred to a display, and the counter is reset to zero. If the event being measured repeats itself with sufficient stability and the frequency is considerably lower than that of the clock oscillator being used, the resolution of the measurement can be greatly improved by measuring the time required for an entire number of cycles, rather than counting the number of entire cycles observed for a pre set duration (often referred to as the reciprocal technique). The internal oscillator, which provides the time signals, is called the timebase, and must be calibrated very accurately. If the event to be counted is already in electronic form, simple interfacing with the instrument is all that is required. More complex signals may need some conditioning to make them suitable for counting. Most general purpose frequency counters will include some form of amplifier, filtering, and shaping circuitry at the input. DSP technology, sensitivity control and hysteresis are other techniques to improve performance. Other types of periodic events that are not inherently electronic in nature will need to be converted using some form of transducer. For example, a mechanical event could be arranged to interrupt a light beam, and the counter made to count the resulting pulses. Frequency counters designed for radio frequencies (RF) are also common and operate on the same principles as lower frequency counters. Often, they have more range before they overflow. For very high (microwave) frequencies, many designs use a high speed prescaler to bring the signal frequency down to a point where normal digital circuitry can operate. The displays on such instruments consider this so they still display the correct value. Microwave frequency counters can currently measure frequencies up to almost 56 GHz. Above these frequencies, the signal to be measured is combined in a mixer with the signal from a local oscillator, producing a signal at the difference frequency, which is low enough to be measured directly.
Точность и разрешение
Точность частотомера сильно зависит от стабильности его временной базы. Временная база очень чувствительна, как стрелки часов, и может изменяться под воздействием движения, помех или даже дрейфа со временем, что означает, что она может отсчитывать время неточно. Это может приводить к тому, что показания частоты, привязанные к временной базе, будут казаться выше или ниже фактического значения. Для создания временных баз для измерительных приборов используются высокоточные схемы, обычно кварцевый генератор, помещенный в герметичную камеру с регулируемой температурой, известную как генератор с термостатированием или кварцевая печь. Для измерений с более высокой точностью может использоваться внешний частотный эталон, привязанный к генератору с очень высокой стабильностью, например, к рубидиевому генератору, синхронизированному с GPS. Если частота не требует определения с высокой степенью точности, можно использовать более простые генераторы. Также возможно измерять частоту, используя те же методы в программном обеспечении во встроенной системе. Центральный процессор (ЦП), например, может быть настроен на измерение собственной частоты работы, при условии наличия у него некоторой эталонной временной базы для сравнения. Точность часто ограничена доступным разрешением измерения. Разрешение единичного отсчета обычно пропорционально частоте генератора временной базы и длительности интервала измерения. Улучшенное разрешение можно получить с помощью различных методов, таких как передискретизация/усреднение. Кроме того, точность может быть значительно снижена из-за джиттера на измеряемом сигнале. Эту погрешность можно уменьшить с помощью методов передискретизации/усреднения.
The accuracy of a frequency counter is strongly dependent on the stability of its timebase. A timebase is very delicate, like the hands of a watch, and can be changed by movement, interference, or even drift due to age, meaning it might not "tick" correctly. This can make a frequency reading, when referenced to the timebase, seem higher or lower than the actual value. Highly accurate circuits are used to generate timebases for instrumentation purposes, usually using a quartz crystal oscillator within a sealed temperature controlled chamber, known as an oven controlled crystal oscillator or crystal oven. For higher accuracy measurements, an external frequency reference tied to a very high stability oscillator, such as a GPS disciplined rubidium oscillator, may be used. Where the frequency does not need to be known to such a high degree of accuracy, simpler oscillators can be used. It is also possible to measure frequency using the same techniques in software in an embedded system. A central processing unit (CPU), for example, can be arranged to measure its own frequency of operation, provided it has some reference timebase to compare with. Accuracy is often limited by the available resolution of the measurement. The resolution of a single count is generally proportional to the timebase oscillator frequency and the gate time. Improved resolution can be obtained by several techniques such as oversampling/averaging. Additionally, accuracy can be significantly degraded by jitter on the signal being measured. It is possible to reduce this error by oversampling/averaging techniques.
Интерфейсы ввода-вывода
Интерфейсы ввода-вывода позволяют пользователю передавать информацию на частотомер и получать информацию с частотомера. Наиболее распространенные интерфейсы включают RS 232, USB, GPIB и Ethernet. Помимо передачи результатов измерений, частотомер может уведомлять пользователей о превышении заданных ими пределов измерений. Для управления многими частотомерами используются стандартные команды SCPI. Новым направлением развития является встроенное управление по локальной сети (LAN) через Ethernet, дополненное графическими пользовательскими интерфейсами (GUI). Это позволяет одному компьютеру управлять одним или несколькими приборами, избавляя от необходимости написания команд SCPI.
I/O interfaces allow the user to send information to the frequency counter and receive information from the frequency counter. Commonly used interfaces include RS 232, USB, GPIB and Ethernet. Besides sending measurement results, a counter can notify users when user defined measurement limits are exceeded. Common to many counters are the SCPI commands used to control them. A new development is built in LAN based control via Ethernet complete with GUI's. This allows one computer to control one or several instruments and eliminates the need to write SCPI commands.