電子信號頻率測量方法誤差分析

陳林龍

摘要：現(xiàn)階段在電子信號頻率的測量上大多是采用數(shù)字方法進行，其基本原理是利用電子計數(shù)的輸入通道對信號進行放大、分析、處理，然后再結合具體數(shù)據(jù)輸出符合技術要求的脈沖信號，然后再通過定時器對采樣時間間隔加以控制。一般來說，在該時間段內對電子信號與基準頻率信號進行計算能夠通過計算機分析得出具體的頻率值。當前在電子信號頻率的測量上主要有變閘門測頻法、測周期法與直接測頻發(fā)三種，對此就通過采用定量分析的方法對三種測量方法進行具體分析，并提出一些可用參考的意見與措施。

關鍵詞：電子信號；數(shù)字方法；電子計數(shù)器；采樣

中圖分類號：TB文獻標識碼：A文章編號：16723198（2014）07019501

1電子信號頻率測量原理與誤差分析

設待測電子信號的頻率實際測量值、精確值分別為fx、fx0；電子信號的基準頻率的標定頻率與實際測量頻率分別為fR、fR0；電子計數(shù)器對待測電子信號的計數(shù)值和精確值分別為n、n0；電子計數(shù)器對基準頻率信號的計數(shù)值及精確值分別為m、m0。然后通過計算，得出電子信號待測精確值為

fx0=m01m0fR0（1）

而實際計算待測電子信號頻率公式為：fx=n1mfR（2）

從公式（1）與公式（2）就可以明顯看出電子信號的實際測量值與理論計算值存在有不同，因此必然會造成電子信號頻率的測量誤差。

如果設定公式（2）中的四個變量的絕對誤差分別為，則可以推出以下兩個計算公式：

Δfx=dfx=fx1ndn+fx1fRdfR+fx1mdm（3）

Δfx≈fR1mΔn+n1nΔfR-n1m2fRΔm（4）

如果設定公式（2）中的四個變量的相對誤差分別為，則可以把公式（4）中的絕對誤差量用相對誤差量替代得到公式（5）：

δfx=m01m*fR1fR0δn+m01m*n1n0δfR-n1n0*m201m2*fR1fR0δm（5）

公式（5）中所產(chǎn)生的誤差主要是因為電子計數(shù)器基準頻率源不穩(wěn)定所導致的，當前有很多電子技術其基準頻率源是由于振蕩器晶體震蕩頻率信號分頻所獲取到的，因此其穩(wěn)定性同傳統(tǒng)電子技術器相比較強，這樣就可以忽略誤差項，就可以把公式（5）簡化為下式：

δfx=m01m*δn-n1n0*m201m2*δm（6）

因此由公式（6）可以得出，誤差項是難以利用某一方法加以消除，不僅如此，由于在電子技術其的技術時間間隔當中也會產(chǎn)生一定的計數(shù)誤差，而且在計數(shù)間隔中很難保證計數(shù)始終為整，加上電子計數(shù)器其最小技術單位為1，因此在計數(shù)過程中所產(chǎn)生的量化誤差同樣不可消除。

2直接測頻法的誤差分析

圖1直接測頻法示意圖所謂的測頻法主要的原理就是在十分標準的計數(shù)時間間隔內運用計數(shù)器來準確統(tǒng)計待測電子信號的脈沖個數(shù)進而能夠得到其頻率值。然后，又因為在時間間隔非常標準的情況下其脈沖個數(shù)均是由電子計數(shù)器捕獲頻率信號得到的，因此這就能夠確保m值技術的精確性，但是這種方法的待測電子信號的計數(shù)存在1的量化誤差。從公式（6）可以得出：

δfx=δn=11n0n0=m0fx01fR0

由于

從而可以推出直接測頻法的誤差為：δfx=fR01m0fx0（7）

從公式（7）中可以看出將技術時間的間隔適當增大，即指增加的值，就能夠保證測量的最終精度得到顯著提升；同時，待測電子信號的頻率值愈高，其精度也會隨之增加。顯而易見，在測量高頻信號時采用直接測頻法是十分有效的。

3變閘門測頻法的誤差分析

變閘門測頻法示意圖如圖2所示：

圖2變閘門測頻法運用方法來測量電子信號的頻率的原理基本與測周期法一致，最大的不同之處即是在確定閘門時間間隔時主要依賴于待測電子信號，并且這不只是對一個周期進行測量，待測信號的頻率與測量的周期數(shù)之間呈正變化，這樣就可以保證測量的精確度。從圖3也可以看出，在測量待測電子信號脈沖數(shù)時其結果是十分準確的，也即是n=n0，并且基準頻率信號的計數(shù)也是會出現(xiàn)1的量化誤差，可以得出：

δfx=-11m0=-11mp+mc（8）

公式（8）中各參數(shù)的意義為：預置閘門時間；是基準頻率信號的后續(xù)計數(shù)的個數(shù)。

若預置閘門的下降沿正好與預置閘門關閉后待測電子信號的第1個下降沿重合或者略為超前，則為0或者一個較小的數(shù)，此時遠遠大于，測量誤差為，這個誤差可以認為與待測電子信號的頻率沒有關系，只是與預置閘門時間成反比；而若預置閘門的下降沿超前較多，且待測電子信號的頻率很低，則就會較大，則變閘門測頻法的測量誤差為，從這個公式可以看出測量誤差隨著待測電子信號的頻率的增大而稍微有所增大。

4總結

直接測頻法測量高頻率的電子信號的誤差小，因此比較適合測量高頻率的電子信號，而且頻率值愈大，將會使誤差控制得更小，進而可以保證與變閘門測頻法所要求的測量精度保持一致；采用變閘門變頻法可以將測量誤差控制到最低，并且測量過程相對穩(wěn)定所以此測量方法更容易進行高精度、等精度、全量程的電子信號頻率測量。

參考文獻

[1]王海.精密時頻測量和控制技術研究[D].西安電子科技大學，2007，（05）.

[2]歐立權.電力系統(tǒng)頻率測量方法及應用的研究[D].湖南大學，2007，（05）endprint