Резонансный метод

Резонансный метод измерения частоты заключается в сравнении измеряемой частоты с собственной резонансной частотой градуированного измерительного колебательного контура. Структурная схема измерения частоты резонансным методом изображена на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Структурная схема измерения частоты резонансным методом

Работает такая схема следующим образом. Источник измеряемой частоты с помощью элемента связи Эсв соединяется с прецизионным измерительным контуром ИК. Контур настраивается в резонанс с частотой. Момент резонанса определяется по максимуму показаний измерительного прибора И, который через еще один элемент связи Эсв подсоединен к колебательному контуру. Измеряемая частота определяется по шкале микрометрического механизма, проградуированной в единицах частоты.

На основании указанного выше можно изобразить схему резонансного частотомера (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Схема резонансного частотомера

Погрешности измерения частоты такого частотомера определяются качеством механизма настройки, нестабильностью частоты колебательного контура, а также влиянием вносимых реактивных сопротивлений со стороны источника сигнала и измерительного прибора, которое приводит к уменьшению добротности контура.

Измерительные контуры резонансных частотомеров, в зависимости от используемого диапазона частот, выполняются с сосредоточенными или распределенными параметрами.

В настоящее время резонансные частотомеры с сосредоточенными параметрами полностью вытеснены цифровыми частотомерами, а с распределенными параметрами – широко используются в диапазоне СВЧ.

Метод сравнения (гетеродинный метод)

При данном методе измеряемая частота сравнивается с образцовой или определяется ее кратность образцовой частоте. В качестве источника образцовой частоты применяют меры частоты, так называемые стандарты частоты с нестабильностью 10^-9 – 10^-11 за
1 сутки. Индикатором равенства или кратности частот может быть осциллограф или нелинейный преобразователь частоты. В соответствии с этим метод сравнения реализуется осциллографическим или гетеродинным способами. Рассмотрим гетеродинный метод измерения частоты. Структурная схема реализации такого метода измерений изображена на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Структурная схема реализации метода сравнения

В качестве источника известной (опорной) частоты обычно используется перестраиваемый генератор частоты fo (гетеродин). Два высокочастотных гармонических сигнала частотой fo и fх подаются на устройство сравнения – смеситель. На выходе смесителя образуется сложный по форме сигнал, в составе которого помимо колебаний с частотами fo и fх, имеются их гармоники nfo и mfх, а также комбинационные составляющие ±nfo и ±mfх. Из всех этих частот путем фильтрации выделяются разностные частоты nfo – mfх. В зависимости от вида применяемого оконечного измерителя (индикатора) возможны различные способы сравнения. Одним из таких способов является способ нулевых биений. Суть его состоит в том, что с выхода смесителя с помощью фильтра низких частот выделяется сигнал самой низкой частоты, равный разности сравниваемых частот F = |fo –fх|. При fo = fх F = 0. Поэтому такой метод называют методом нулевых биений. Поскольку человеческое ухо не способно воспринимать частоту ниже 15 – 20 Гц, то возникает ошибка в определении частоты тоже 15 – 20 Гц. Для уменьшения такой ошибки используется так называемый вилочный метод, сущность которого заключается в следующем. Сначала, приближаясь к нулевой разности частот, устанавливают тон звукового сигнала f₁ , хорошо воспринимаемый на слух. Затем, минуя точку нулевой разности частот, добиваются такого же тона и фиксируют значение частоты разностного сигнала f₂ в этой точке. Полученную полосу частот делят пополам и устанавливают действительное значение измеряемой частоты (рис. 7.6).

fх =(f1 + f2)/2. (7.8)

Рис. 7.6. График соотношения частот при способе нулевых биений

При разности частот примерно равной 10 Гц стрелка миллиамперметра начинает колебаться. А при fo = fх стрелка останавливается на нуле.