Порядок работы

1.5 Порядок работы

После включения питания микроконтроллер выполняет подпрограмму измерения частоты с временем счета 0,1 с. При кратковременном нажатии на кнопку SB1 значение частоты фиксируется и микроконтроллер измеряет отклонение частоты от зафиксированного значения с последующим отображением этого отклонения на табло индикатора HG1. Повторное кратковременное нажатие на кнопку SB1 возвращает устройство в исходное состояние. Для перехода в режим измерения частоты и её отклонения с временем счета 1с следует нажать на кнопку SB1 и удерживать её не менее 2с. Еще одно длительное нажатие на кнопку SB1 переводит устройство в режим счета импульсов. В этом режиме по коротким нажатиям на кнопку последовательно происходят запуск, остановками обнуление счетчика и индикатора времени измерения.

Частота и её отклонения отображаются на табло частотомера в герцах. При интервале измерения 0,1 с показания выглядят следующим образом: «1Fxxxxxxxx» для частоты или «1F_xxxxxxx»(«1F-xxxxxxx») для отклонения частоты, где хххххххх- частота или её изменение, а знак показывает на её увеличение или уменьшение. Поскольку в индикаторе не предусмотрен знак «+», он отображается как «_». При интервале измерения 1с на первой позиции индикатора присутствует цифра 2. В режиме счета импульсов до старта на табло индикатора будут нули, в режиме счета – СС уууууу, где СС- время счета в секундах, уууууу- число импульсов. По окончании счета показания фиксируются.

2. Обзор литературных источников

Частотоме́р — измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.

2.1 Классификация частотомеров

·           По методу измерения - приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).

·           По физическому смыслу измеряемой величины — для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).

·           По исполнению (конструкции) — щитовые, переносные и стационарные.

·           По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений — электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы. Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.

o     В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а так же, отчасти, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

o     В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

·           Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.

·           ЭСЧ является наиболее распространенным видом частотомеров благодаря своей универсальности, широкому диапазону частот (от долей герца до десятков мегагерц) и высокой точности. Для повышения диапазона до сотен мегагерц — десятков гигагерц используются дополнительные блоки — делители частоты и переносчики частоты.

·           Большинство ЭСЧ кроме частоты позволяют измерять период следования импульсов, интервалы времени между импульсами, отношения двух частот, а также могут использоваться в качестве счетчиков количества импульсов.

·           Некоторые ЭСЧ (например Ч3-64) сочетают в себе электронно-счетный и гетеродинный методы измерения. Это не только повышает диапазон измерения, но и позволяет определять несущую частоту импульсно-модулированных сигналов, что простым методом счета недоступно.

·           НАЗНАЧЕНИЕ: обслуживание, регулировка и диагностика радиоэлектронного оборудования различного назначения, контроль работы радиосистем и технологических процессов

·           ПРИМЕРЫ: Ч3-54, Ч3-57, Ф5137, Ч3-84

Резонансные частотомеры

Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту.

·           НАЗНАЧЕНИЕ: настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов

·           ПРИМЕРЫ: Ч2-33, Ч2-34, Ч2-45, Ч2-55

 Гетеродинные частотомеры

Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами.

·           НАЗНАЧЕНИЕ: аналогично резонансным частотомерам

·           ПРИМЕРЫ: Ч4-1, Ч4-22, Ч4-23, Ч4-24, Ч4-25

Конденсаторные частотомеры

Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10 до 1000Гц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q =CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср=Qf_x=CUf_x. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2-3%.

·           НАЗНАЧЕНИЕ: настройка и обслуживание низкочастотной аппаратуры

·           ПРИМЕРЫ: Ф5043

Вибрационные (язычковые) частотомеры

Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих Элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля.

·           НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания

·           ПРИМЕРЫ: В80, В87

 Аналоговые стрелочные частотомеры

Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, является логометр, на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое — через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках. Бывают аналоговые частотомеры работающие на других принципах.

·           НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания

·           ПРИМЕРЫ: Д416, Э353, Ц1736, М800, С 300 М1-1

2.2 Наименования и обозначения

·           Устаревшие наименования

o     Волномер — для резонансных и гетеродинных частотомеров

o     Герцметр — для щитовых аналоговых и язычковых частотомеров

·           Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных) частотомеров традиционно используется отраслевая система обозначений, в которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного принципа действия)

o     Вхх — вибрационные частотомеры

o     Дхх — приборы электродинамической системы

o     Эхх — приборы электромагнитной системы

o     Мхх — приборы магнитоэлектрической системы

o     Цхх — приборы выпрямительной системы

o     Фхх, Щхх — приборы электронной системы

o     Нхх — самопишущие приборы

·           Частотомеры радиодиапазона маркируются по ГОСТ 15094

o     Ч2-хх — резонансные частотомеры

o     Ч3-хх, РЧ3-хх — Электронно-счетные частотомеры

o     Ч4-хх — гетеродинные, конденсаторные и мостовые частотомеры

2.3 Основные нормируемые характеристики частотомеров

·           Диапазон измеряемых частот

·           Допустимая погрешность измерения (для эл.-изм. — класс точности)

·           Чувствительность

·           Для ЭСЧ — нестабильность частоты кварцевого генератора

2.4 Нормативно-техническая документация

·           ГОСТ 8.567-99 ГСИ. Измерения времени и частоты. Термины и определения

·           ГОСТ 7590-93 Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 4. Особые требования к частотомерам

·           ГОСТ 7590-78 Приборы электроизмерительные для измерения частоты аналоговые показывающие. Общие технические условия

·           ГОСТ 22335-77 Частотомеры электронно-счетные. Технические требования, методы испытаний

·           ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия

·           ГОСТ 8.422-81 ГСИ. Частотомеры. Методы и средства поверки

·           ГОСТ 12692-67 Измерители частоты резонансные. Методы и средства поверки

·           ОСТ11-272.000-80 Частотомеры резонансные. Основные параметры

·           МИ 1835-88 Частотомеры электронно-счетные. Методика поверки

3. Выбор и обоснование структурной схемы

 

 

Частотомер состоит из:

1          стабилизатора;

2          источника питания;

3          усилителя;

4          микроконтроллера;

5          цифрового индикатора;

6          тактового генератора;

Рассмотрим принцип действия частотомера по структурной схеме.

Импульсный сигнал поступает на усилитель входного сигнала, с коллектора которого идет на вход микроконтроллера. Для отображения информации применен цифровой индикатор со встроенным контроллером. Питание поступает на все составные части с источника питания - батареи "Крона" GB1 через стабилизатор.