Đo tần số bằng phương pháp đếm xung trong kỹ thuật đo lường điện tử

Giới thiệu chungPhổ của tần số sử dụng trong kỹ thuật điện tử chia thành nhiều dải tần số khác nhau, do tính chất của các dải này mà yêu cầu của phép đo tần số có mức độ chính xác khá

Giới thiệu chung

 Trong kỹ thuật điện tử, thường hay dùng các tín hiệu có phổ tần rất rộng Dải phổ của chúng

từ các tần số 0.01 Hz đến Hz Toàn bộ tần phổ

này có thể chia làm 2 dải tần số có tính chất khác nhau: dải tần số thấp (âm thanh) và dải tần số cao (sóng vô tuyến) sự phân chia này chỉ là tương đối Ngày nay, kỹ thuật điện tử phát triển nên đã có thể xác định được các tần số khoảng Hz

 

Đo tần số bằng phương pháp đếm xung

Giới thiệu chung

Phổ của tần số sử dụng trong kỹ thuật điện

tử chia thành nhiều dải tần số khác nhau, do tính chất của các dải này mà yêu cầu của

phép đo tần số có mức độ chính xác khác

nhau cũng như phương pháp đo khác nhau

Đo tần số bằng phương pháp đếm

xung

Giới thiệu chung

Đo tần số là một trong những phép đo

thông số đặc tính quan trọng nhất của tín

hiệu sử dụng trong kỹ thuật điện tử Hiện

nay có các phương pháp đo tần số thông

dụng trong kỹ thuật điện tử là: phương

pháp cầu, phương pháp so sánh và phương pháp đếm Tùy theo các tần đoạn khác

nhau mà các phương pháp đo được dùng

nhiều hay ít khác nhau do đặc tính tần số

của nó.

Đo tần số bằng phương pháp đếm

xung

Nó bao gồm các khối chính: Mạch vào, bộ phận tạo dạng xung, bộ tạo xung có thời gian chuẩn, bộ phận điều khiển, bộ chọn xung theo thời gian và bộ đếm xung.

 Đo tần số bằng phương pháp đếm xung sử dụng tần số-mét.

Tần mét

số- Đo tần số bằng phương pháp đếm xung

1, Mạch vào: truyền dẫn tín hiệu vào bộ tạo dạng xung (tần số cần đo fx có dạng hình sin).

2,Bộ tạo dạng xung: khi cho tần số đi qua mạch vào đến bộ tạo dạng xung Bộ có nhiệm vụ

biến đổi tín hiệu điện áp điều hòa thành tín hiệu dạng xung có các yêu cầu chỉ tiêu yêu cầu

cầu cần thiết về biên độ , độ rộng , sườn và đỉnh….các xung này có cùng 1 cực tính và có

chu kì lặp lại bằng đúng chu kì của điện áp diều hòa cần đo.

Tần số-mét

 Đo tần số bằng phương pháp đếm xung

 3, Bộ tạo xung có thời gian chuẩn: bộ này tao nên các xung thời

gian chuẩn có độ ổn định cao Nó thường bao gồm các bộ phận: bộ dao động thạch anh, các bộ chia hay nhân tần số, và bộ tạo dạng

xung

Đầu ra của bộ này có nhiều tần số khác nhau VD: tần số của bộ dao động thạch anh là 100kHz thì tần số chia là 10kHz, 1kHz, 100Hz,

10Hz, 1Hz và 0,1Hz Tương ứng với các tần số này là các khoảng

thời gian chuẩn bằng chu kỳ của chúng: 0,0001s; 0,001s; 0,01s; 1s và 10s

4, Bộ điều khiển: Thiết bị này làm nhiệm vụ điều khiển quá trình đo

Cụ thể là làm 2 chức năng: tạo chu trình thời gian “mở cửa” và “xóa”

để đưa bộ đếm về trạng thái ban đầu

Tần số-mét

Đo tần số bằng phương pháp đếm

xung

 Mạch tạo chu trình thời gian mở cửa có cấu tạo:

Các xung đến đầu vào 01 của mạch tạo chu trình thời gian

mở cửa là các xung lấy từ đầu ra của các

bộ phân tần của bộ tạo xung thời gian chuẩn Nếu muốn tạo các chu trình thời

gian mở cửa khác nhau thì tần số đưa tới cũng khác nhau, các xung này phải có dấu và các biên độ nhất định.

Tần số-mét

xung

Nguyên lý làm việc của mạch:

Ban đầu T1 ở trạng thái “1” còn T2 ở trạng thái “0” Xung âm đầu tiên từ bộ phân tần đưa tới đồng thời cả 2 đầu 01 và 02 của cả 2 Trigơ Xung này không gây tác động lên T2 ( do đang

ở trạng thái “0” ), mà tác động trực tiếp lên

T1, làm T1 chuyển sang trạng thái “0” Khi đó

ở đầu ra A11 có đột biến âm không qua mạch

vi phân CR nhưng tác động đến T2 qua đầu

vào 12, T2 chuyển từ trạng thái “0” sang “1” Lúc này đầu ra A12 có đột biến dương, đây là sườn trước của xung mở cửa, nó được đưa tới đầu vào 11.

 Đo tần số bằng phương pháp đếm xung

 Đo tần số bằng phương pháp đếm

xung

 Xung âm thứ hai từ bộ phân tần tiếp tục đến các đầu 01 và 02 của hai Trigơ, nó không làm thay đổi trạng thái T1 mà làm thay đổi trạng thái của T2 từ “1” về “0” Đầu ra A12 có đột biến âm là sườn sau của xung “mở cửa” Vậy sau khi có 2 xung từ bộ phân tần đến kích động thì đầu A12

có một xung “ mở cửa” bằng khoảng thời gian

giữa 2 xung kích thích Lúc này cả T1 và T2 đều

ở trạng thái “0” và chúng giữ nguyên trạng thái này cho tới khi thiết bị điều khiển cho một xung

âm tần tới đầu vào 11 của T1 làm cho T1 chuyển

về trạng thái ban đầu Quá trình lại chuẩn bị để bắt đầu hình thành một chu trình thời gian mở cửa khác

5, Bộ chọn xung: chỉ cho xung qua bộ đếm khi nào

“cửa thời gian” bắt đầu mở và ngăn các xung lại

không cho qua khi nào “cửa thời gian” bắt đầu đóng

Tần số-mét

 Đo tần số bằng phương pháp đếm xung

6, Bộ đếm: đếm các xung ở đầu ra.

Như vậy: nguyên lý công tác của tần số-mét có sơ đồ khối như hình 1 (cũng là nguyên lý đo tần số bằng

phương pháp đếm rời rạc) Trong đó, tần số cần đo

fx có dạng hình sin được đưa qua mạch vào đến bộ

tạo xung Qua bộ này, tín hiệu hình sin được biến đổi thành tín hiệu dạng xung có cùng tần số ( hình 2)

Những xung này được đưa vào bộ chọn xung tới bộ

đếm trong những khoảng thời gian tương ứng của

xung mở cửa Số xung qua bộ chọn xung được bộ

đếm ghi lại Khi đo tần số cần đo fx bằng:

Tần số-mét

 Đo tần số bằng phương pháp đếm xung

Trong đó:

n là số lượng xung đếm.

∆Tch là khoảng thời gian mở cửa (bằng chu kì của bộ tạo xung thời gian chuẩn).

• Đo tần số bằng phương pháp đếm xung

 Sai số:

Sai số của phương pháp đo này chủ yếu là do sai số của khoảng thời gian

chuẩn (độ ổn định tần số của bộ tạo tần sô chuẩn) Ngoài ra, còn có sai số do không đồng bộ giữ xung mở cửa và xung đếm, cũng như sai số do số lượng

xung đếm được sai.

Sai số do không đồng bộ giữa xung mở cửa và xung đếm làm cho số lượng

xung đếm được trong khoảng thời gian Tch có thể tăng lên hay giảm đi Sai số này còn gọi là sai số ±1, sai số này có ảnh hưởng lớn khi tần số đo càng thấp

(số lượng xung đếm được càng ít).

Sai số và cách khắc phục

 Đo tần số bằng phương pháp đếm

xung

Để giảm sai số này, thường dùng cách tăng thời gian đo(thời gian

mở cửa ∆ phải lớn) Nhưng như vậy vẫn chưa giải quyết được do thời gian đo lâu Khắc phục tình trạng này sẽ sử dụng phương pháp

đo chu kì của tín hiệu cần đo

 

Cách khắc phục:

 Nguyên lý phương pháp đo chu kỳ điện áp có tần số cần đo (đo khoảng thời gian).

xung

: là chu kì xung chuẩn( hình 6) : là tần số bộ tạo xung chuẩn

• Đo tần số bằng phương pháp đếm xung

Ưu điểm:

Ưu điểm cơ bản của phép đo tần số bằng

phương pháp đếm: có độ chính xác cao (được xếp vào loại hàng đầu), có khả năng đo được các tần số rất thấp (một vài Hz), giới hạn tần

số cao còn bị hạn chế chừng khoảng 10MHz Các máy đo tần số có chỉ thị số đều được cấu tạo theo nguyên lý của phương pháp đo này.

xung

Tài liệu tham khảo:

1, Cơ sở kỹ thuật đo lường điện tử, Vũ Quý Điềm, NXB KHKT 2001

2, Kỹ thuật đo lường điện tử, Học viện công nghệ bưu chính viễn thông