相檢寬帶測頻方法及高精度頻率計(jì)技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種高精度測頻方法及設(shè)備。該方法采用以相位檢測為基礎(chǔ)的多周期同步測量，其主門信號(hào)幾乎嚴(yán)格等于被測信號(hào)和標(biāo)頻信號(hào)的多倍周期值，測量精度僅相關(guān)于相位檢測線路的檢測精度，而與兩比對(duì)信號(hào)的頻率值高低無關(guān)。因此較普通的多周期同步測量方法精度在相同條件下可提高上千倍。本發(fā)明專利技術(shù)設(shè)備線路簡單，成本體，較國外進(jìn)口的高精度計(jì)算計(jì)數(shù)器精度高１０倍以上，且成本僅有國外設(shè)備的十分之一，是一種適用于中、高頻頻率信號(hào)測量的高精度測量儀器。（*該技術(shù)在2010年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及電子與時(shí)頻測量
目前，大多數(shù)數(shù)字頻率計(jì)的測頻方法是采用在標(biāo)準(zhǔn)的閘門時(shí)間內(nèi)對(duì)被測頻率信號(hào)的周期個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)而得出被測頻率值。這種方法由于受閘門時(shí)間內(nèi)±1個(gè)被測信號(hào)周期的誤差影響，因而測量精度低。近年來國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了一些采用不同方法的高精度計(jì)算計(jì)數(shù)器。如菲利蒲公司生產(chǎn)的計(jì)數(shù)器產(chǎn)品(Philips，Eindhoven，Netherlands)采用了多周期同步測量技術(shù)和模擬內(nèi)插技術(shù)，使測量的閘門時(shí)間與被測信號(hào)整周期個(gè)數(shù)嚴(yán)格相關(guān)，并在此時(shí)間內(nèi)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的高頻時(shí)標(biāo)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)再經(jīng)過計(jì)算求出被測頻率值。又如美國的H.P公司生產(chǎn)的5370B計(jì)算計(jì)數(shù)器(Hewlett-packard Co.Palo Alto California)則是采用了游標(biāo)法進(jìn)行高精度時(shí)間間隔測量，同時(shí)計(jì)數(shù)與此時(shí)間間隔同步的被測信號(hào)的整周期個(gè)數(shù)，再計(jì)算出被測頻率值。國內(nèi)電子工業(yè)部科技情報(bào)研究所和中國曉峰技術(shù)設(shè)備公司在《國際電子測量儀器選購設(shè)備指南》里還報(bào)導(dǎo)了有關(guān)定點(diǎn)頻標(biāo)比對(duì)的測量方法及設(shè)備。以上這幾種測頻方法雖說可提高頻率測量精度，但卻存在著設(shè)備線路復(fù)雜，造價(jià)高和多比本專利技術(shù)測量精度低10倍的不足。特別是后一種測頻方法只能在一些穩(wěn)定的點(diǎn)頻上獲得高精度，而不能用于寬頻率范圍的任意頻率測量。本專利技術(shù)的目的在于避免上述已有技術(shù)的不足，提供一種適用于寬頻率范圍且精度更高的相檢式多周期同步測頻技術(shù)以及線路簡單、造價(jià)低的測頻計(jì)算計(jì)數(shù)器。本專利技術(shù)根據(jù)被測頻率量與標(biāo)準(zhǔn)頻率量都是周期量，當(dāng)兩量之間有頻率差異時(shí)兩信號(hào)隨著時(shí)間其相對(duì)相位變化的原理，采用了頻率信號(hào)的周期性特征相位檢測方法對(duì)一般頻率量進(jìn)行測量。其測量步驟為首先用相位檢測線路測出被測頻率信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)之間的瞬時(shí)相位小到一定范圍時(shí)的時(shí)刻信息(瞬時(shí)相位重合)，根據(jù)一段時(shí)間前后兩次相檢所檢測到的兩比對(duì)頻率信號(hào)相位重合之間的時(shí)間間隔值，按照如下公式fX(被測頻率值)＝ (被測信號(hào)計(jì)數(shù)值)/(標(biāo)頻信號(hào)計(jì)數(shù)值) ×標(biāo)頻信號(hào)頻率標(biāo)稱值算出被測頻率值，并按公式Tx= 1/(fx) = (標(biāo)頻計(jì)數(shù)值)/(被測計(jì)數(shù)值×標(biāo)頻標(biāo)稱值)算出被測信號(hào)的周期值。式中，被測信號(hào)計(jì)數(shù)值和標(biāo)頻信號(hào)計(jì)數(shù)值是在所測量的那段時(shí)間前后兩信號(hào)兩次相位重合相遇的時(shí)間間隔中，分別用兩個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)被測頻率信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)進(jìn)行整周期計(jì)數(shù)所測得的結(jié)果。其中兩計(jì)數(shù)部分的工作可用計(jì)算機(jī)或單獨(dú)的硬件線路完成，也可用計(jì)算機(jī)和一定的硬件線路結(jié)合來完成。計(jì)算部分多用計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，也可以手工計(jì)算。為了在提高測量精度的同時(shí)保證有寬的連續(xù)測量范圍，本專利技術(shù)在相檢法測頻中，采用了一個(gè)以上的頻標(biāo)信號(hào)。在這些頻標(biāo)信號(hào)中有一個(gè)是主頻標(biāo)，其它是由主頻標(biāo)經(jīng)過綜合產(chǎn)生或與主頻標(biāo)頻率值不同的穩(wěn)定的標(biāo)頻信號(hào)，主頻標(biāo)與其之間有一定的頻差(可以差幾十Hz到幾百KHz，甚至更大)。這樣可避免使標(biāo)頻信號(hào)與被測信號(hào)間頻率值相同或出現(xiàn)嚴(yán)格的分?jǐn)?shù)、倍數(shù)關(guān)系。并使被測頻率信號(hào)與標(biāo)頻之間的差拍頻率或公因子頻率(或準(zhǔn)公因子頻率)的周期值能小于所設(shè)定的閘門時(shí)間，以保證測量的精度及正常工作。測量時(shí)標(biāo)頻的選擇可根據(jù)被測頻率的情況進(jìn)行人工或自動(dòng)切換。用該測試方法設(shè)計(jì)的頻率計(jì)數(shù)器的線路框圖如附圖說明圖1所示。該測試設(shè)備由相位重合檢測線路、產(chǎn)生門時(shí)信號(hào)的閘門線路、機(jī)內(nèi)(或機(jī)外)標(biāo)頻、頻率綜合器、時(shí)基分頻與測量控制，主門1、主門2、計(jì)數(shù)器1、計(jì)數(shù)器2和乘除法運(yùn)算、顯示及整形器K1、K2等電路構(gòu)成。其中相位重合檢測線路連接在被測頻率與標(biāo)頻信號(hào)之間，使被測頻率信號(hào)與標(biāo)頻信號(hào)同時(shí)進(jìn)入相位重合檢測線路進(jìn)行瞬時(shí)相位重合判別與檢測。主頻標(biāo)后連接有可形成與其成一定差值的頻率綜合器。當(dāng)標(biāo)頻信號(hào)與被測信號(hào)間出現(xiàn)頻率值相同或成嚴(yán)格的分?jǐn)?shù)、倍數(shù)關(guān)系時(shí)，則由頻率綜合器產(chǎn)生的標(biāo)頻信號(hào)作為中介，破壞這種關(guān)系，以保證測量能夠正常進(jìn)行。圖中f01和f02選擇開關(guān)為主頻標(biāo)與綜合頻標(biāo)的切換開關(guān)。門時(shí)信號(hào)產(chǎn)生線路的兩輸入端分別連接在相位重合檢測線路與時(shí)基選擇測量控制電路的輸出端，使主閘門的開與關(guān)受控于時(shí)基信號(hào)和兩比對(duì)信號(hào)相位相重合的雙重作用，或僅僅受控于兩比對(duì)信號(hào)相位重合信息，以此構(gòu)成多周期同步測量的閘門門時(shí)為兩比對(duì)信號(hào)周期的倍數(shù)值。門時(shí)產(chǎn)生線路的輸出端連接到被測頻率與標(biāo)頻信號(hào)的主門電路輸入端(即主門1、主門2)，以主閘門的開與關(guān)控制兩比對(duì)信號(hào)各自的門路開與關(guān)。相位重合檢測線路可用將兩比對(duì)信號(hào)整形成很窄的窄脈沖再通過與門或與非門構(gòu)成;亦可用“動(dòng)態(tài)與門電路”構(gòu)成。當(dāng)兩整形后的輸入信號(hào)均同時(shí)發(fā)生上跳或下跳時(shí)，該電路產(chǎn)生一個(gè)上跳或下跳，以此識(shí)別兩信號(hào)的相位重合時(shí)刻。該數(shù)字頻率計(jì)中時(shí)基的產(chǎn)生可通過頻標(biāo)分頻而得到，也可通過計(jì)算機(jī)的軟件來設(shè)置。計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)工作可由計(jì)數(shù)線路完成，也可由計(jì)數(shù)線路與計(jì)算機(jī)聯(lián)合完成。該數(shù)字頻率計(jì)的工作原理被測頻率信號(hào)和標(biāo)頻信號(hào)分別經(jīng)整形成脈沖信號(hào)后送到一個(gè)判別兩信號(hào)瞬時(shí)相位重合的檢測線路，當(dāng)兩個(gè)不同頻率值的脈沖信號(hào)的上升沿(或下跳沿)同時(shí)到來的瞬間，該線路產(chǎn)生一個(gè)檢測信號(hào)。并由頻標(biāo)經(jīng)分頻產(chǎn)生一定的時(shí)基信號(hào)(如1ms，10ms，100ms，1s，10s等或其它要求的時(shí)基信號(hào))。該時(shí)基信號(hào)與上述兩信號(hào)相位重合檢測輸出共同作用產(chǎn)生本機(jī)的門時(shí)信號(hào)。即門時(shí)信號(hào)的開啟與關(guān)閉時(shí)刻嚴(yán)格對(duì)應(yīng)于兩比對(duì)信號(hào)相位重合的時(shí)刻，而門時(shí)信號(hào)的長度卻近似于時(shí)基信號(hào)的長度，如圖2所示。在主門時(shí)的控制下使其主門1與主門2開啟，同時(shí)對(duì)被測信號(hào)和標(biāo)頻信號(hào)各自進(jìn)行計(jì)數(shù)，其計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔由周期性信號(hào)滿周期的相位重合相遇檢測開始，又由另一個(gè)同樣的檢測而終止。最后由所計(jì)的被測值和標(biāo)頻值算出被測信號(hào)的頻率值和周期值。圖1是本專利技術(shù)的設(shè)備方框2是本專利技術(shù)的門時(shí)信號(hào)形成波形圖本專利技術(shù)的兩個(gè)實(shí)施例分別為相位重合檢測線路采用動(dòng)態(tài)與門和與窄脈沖整形器配合的與非門兩種。本專利技術(shù)由于主門信號(hào)幾乎嚴(yán)格地等于被測信號(hào)和標(biāo)頻信號(hào)的周期值的倍數(shù)值(所含誤差只有相位重合檢測線路的檢測誤差)，所以較普通的多周期同步測量方法精度在相同條件下有近上千倍地提高。同時(shí)由于測量精度僅相關(guān)于相位檢測線路，而與被測或標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)的頻率值高低無關(guān)，因而，既實(shí)現(xiàn)了高精度的頻率測量，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)高低頻信號(hào)的歸一化等精度測量。此外由于本專利技術(shù)的設(shè)備線路簡單，成本低，可在幾十KHz到幾百M(fèi)Hz的頻率范圍內(nèi)獲得1～2×10-10/秒以上的頻率測量精度，較國外進(jìn)口的計(jì)算計(jì)數(shù)器(如5360A)精度高10倍以上，且成本只及國外同類設(shè)備的十分之一，因此是一種適用于中、高頻頻率信號(hào)的高精度測量儀器。權(quán)利要求1.一種多周期同步測量方法，是使測量的閘門時(shí)間與被測信號(hào)整周期個(gè)數(shù)相關(guān)，并在此時(shí)間內(nèi)對(duì)頻標(biāo)及被測信號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算出被測頻率值，其特征在于a.這種多周期同步測頻是以相位檢測為基礎(chǔ)，計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔由周期性被測及標(biāo)頻信號(hào)相位重合相遇檢測開始，并由另一個(gè)同樣的檢測而終止，即首先用相位檢測線路測出被測頻率信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)之間的瞬時(shí)相位相遇的時(shí)刻信息，然后根據(jù)一段時(shí)間前后兩次相檢所檢測到的兩比對(duì)頻率信號(hào)相位重合之間的時(shí)間間隔值，按照f(x)(被測頻率值)= (被測信號(hào)計(jì)數(shù)值)/(標(biāo)頻信號(hào)計(jì)數(shù)值) ×標(biāo)頻信號(hào)標(biāo)稱值T(x)= 1/(f(x)) = (標(biāo)頻計(jì)數(shù)值)/(被測計(jì)數(shù)值×標(biāo)頻計(jì)數(shù)值)分別算出被測信號(hào)的頻率值和周期值，式中，被測信號(hào)計(jì)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種多周期同步測量方法，是使測量的閘門時(shí)間與被測信號(hào)整周期個(gè)數(shù)相關(guān)，并在此時(shí)間內(nèi)對(duì)頻標(biāo)及被測信號(hào)個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算出被測頻率值，其特征在于：ａ．這種多周期同步測頻是以相位檢測為基礎(chǔ)，計(jì)數(shù)的時(shí)間間隔由周期性被測及標(biāo)頻信號(hào)相位重合相遇檢測開 始，并由另一個(gè)同樣的檢測而終止，即首先用相位檢測線路測出被測頻率信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)之間的瞬時(shí)相位相遇的時(shí)刻信息，然后根據(jù)一段時(shí)間前后兩次相檢所檢測到的兩比對(duì)頻率信號(hào)相位重合之間的時(shí)間間隔值，按照＊＊＊＊＊＊分別算出被測信號(hào)的頻率 值和周期值，式中，被測信號(hào)計(jì)數(shù)值和標(biāo)頻信號(hào)計(jì)數(shù)值是在所測量的那段時(shí)間始末兩信號(hào)兩次瞬時(shí)相位相遇的時(shí)間間隔中，分別用兩計(jì)數(shù)器測得的結(jié)果；ｂ．采用了多個(gè)標(biāo)頻信號(hào)，其中一個(gè)為主標(biāo)頻，其它是由主標(biāo)頻經(jīng)過綜合產(chǎn)生或與主標(biāo)頻頻率值不同的標(biāo)準(zhǔn)頻率 信號(hào)，主標(biāo)頻與綜合標(biāo)頻之間有一定的頻差，以保證有寬的連續(xù)頻率測量范圍；ｃ．測量閘門受控于時(shí)基信號(hào)和兩比對(duì)信號(hào)相位重合的雙重作用，門時(shí)同時(shí)為兩比對(duì)信號(hào)周期的倍數(shù)值。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周渭，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：87[中國|西安]