专题十九 频率计测量信号频率（教案）-山东省对口升学《电气测量技术》（第2版）(高教社）专题复习讲练测

专题十九 频率计测量信号频率（教案）-《电气测量技术》（第2版） 高教社-专题复习讲练测 一、考纲解读 1.能够准确阐述数字频率计的定义、基本功能及测量频率的核心方法，清晰理解通过在一定闸门时间内对周期性信号计数来计算频率的原理。​ 2.全面掌握 GFC - 8010H 型数字频率计的主要性能特点，包括可测量的参数类型（如频率、周期等）、自动量程切换、数据保持等功能，以及仪器的电源要求等关键信息。​ 3.深入理解数字频率计的构成，熟练说出输入通道、放大整形电路、时基电路、计数显示电路等主要组成部分的作用，准确描述各部分在测量频率过程中的协同工作机制。 二、知识点梳理 1、 识--认识数字频率计 数字频率计也称电子计数器,它是一种常见的基本数字化测量仪器,可以用来测量无线电载波频率和振荡器的振荡频率,为调校和监视带来方便,利用其扩展功能可以测量信号的周期和脉冲宽度。对于温度、压力、流量、液位、pH 值、振动、位移、速度等参数,通过传感器可以将这些参数转换成频率信号,借助频率计可以间接测量这些参数。通过测量常见的晶体振荡器的工作频率并加以校正,可以使实际误差最小。 1. 测量频率的方法 测量频率的方法有很多,按照工作原理可以分为无源测频法、比较法、示波器法和计数法等。计数法实质上属于比较法,其中常用的方法是电子计数器法。 (1)无源测频法 无源测频法主要包括谐振法、电桥法和频率-电压变换法等。 ① 谐振法 谐振法主要是指利用谐振电路进行频率测量的方法。 ② 电桥法 凡是平衡条件与频率有关的任何电桥都可用来测频,但要求电桥的频率特性尽可能尖锐。测频电桥的种类很多,常用的有文氏电桥、谐振电桥和双T电桥。 ③频率-电压变换法 频率-电压变换法测频就是先把频率变换为电压或电流,然后以频率刻度的电压表或电流表来指示被测频率。 (2)比较法 比较法是一种有源测频法,主要包括拍频法和差频法。 ① 拍频法 拍频法是将被测信号与标准信号经线性元器件(如耳机、电压表)直接进行看加来实现频率测量的。拍频法通常只用于音频的测量,而不宜用于高频测量。 ② 差频法 差频法是利用非线性元器件和标准信号对被测信号进行差频变换来实现频率测量。高频段测频常用差频法测量。 (3)示波器法 示波器法主要分为李沙育图形法和周期法。在示波器上根据李沙育图形或信号波形的周期个数进行测频。使用这种方法可以测量的信号频率范围为从音频到高频。 (4)计数法 计数法是指直接计数单位时间内被测信号的脉冲数,然后以数字形式显示频率值。这种方法具有测量精确度高、快速的优点,可以满足不同频率、不同精确度测频的需要。计数法测频有两种方式:一是直接测频法,即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数;二是间接测频法,如周期测频法。 ① INPUT : BNC 型接口,信号输入端。 ② ATT 1/1、1/10 :输人灵敏度( 衰减 )按钮。置于 1/1 则输入信号被直接连接到输人放大器;置于 1/10 则输人信号衰减率为 10。 ③ LPF ON、OFF :低频测量时,将此键置于 ON 位置,可以在输人通道插人一个100 kHz 低通滤波器。 ④ FREQ、PRID :使用此键可以选择频率测量或周期测量。 ⑤ GATE TIME(SEC):3 个按键用于选择 10 s、1s或 0.1s的门时间 ⑥ POWER ON、OFF :电源开关按钮。 ⑦ GATE(LED ):显示设定的门时间 10 s、1s或 0.1 s。 ⑧ OVER(LED):该指示灯亮表示一位或多位有效数字无法显示。 ⑨ Displayed(LED):测得的频率值以8位数字显示。 ⑩ Exponent and units( LED ):该指示灯显示单位s和 Hz,指示测量值指数如下: K=1 000 M=1 000 000 n=1/1 000 000 000 μ=1/1 000 000 m=1/1 000 二、探--探究数字频率计的工作原理 频率是指单位时间内所含的周期个数,数字频率计的基本原理如图 4-2-3 所示。 1.数字频率计构成 数字频率计主要由四个部分构成:衰减放大及整形电路、时基及闸门电路、计数及显示电路以及控制电路。 (1)衰减放大及整形电路 由于数字频率计的输人信号可以是正弦波、三角波,而闸门电路和计数电路要求被测信号为方波,所以在测量之前,需要通过整形电路将正弦波或者三角波转化成方波。另外,由于不清楚被测信号的强弱情况,所以应该在整形之前通过衰减放大处理。当输人信号电压幅度较大时,通过输人衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时,若前级输人衰减为零时不能驱动后面的整形电路,则调节输人放大的增益,被测信号得以放大。 (2)时基及闸门电路 闸门电路控制计数电路计数的标准信号,输人信号的脉冲进入计数电路的个数由闸门信号决定,闸门信号的精度很大程度上决定了数字频率计的测量精度。测量中所用的标准信号,一般由振荡器产生的信号经整形、分频而得到。由于振荡器的频率很稳定,故数字频率计的误差也很小。(3)计数及显示电路 在闸门电路导通的情况下,开始计数输入信号中有多少个上升沿。在计数的时候数码管不显示数字。当计数完成后,数码管所显示的数字为计数结果。 (4)控制电路 控制电路产生计数清零信号和锁存控制信号。 2.数字频率计的工作原理及技术参数 下面以 E434B1 型频率计为例介绍,该频率计的工作原理框图、等精度测量原理计数图如图 4-2-5、图 4-2-6 所示。 使用数字频率计测量信号频率的方法 1.设置仪器的开关旋钮及控制开关 ATT 输入灵敏度(衰减 )按钮按下选择 1/10(若测量过程中不计数,则选择 1/1); LPFON、OFF 低频测量时,将此键达到 ON 位置。FREO、PRID 选择频率测量( FREQ)或周期 测 量( PRID ); GATETIME(SEC)选择门时间为1s。 2.连接测试信号 将测试信号与数字频率计连接起来，红色端接测试点,黑色端接地。 3.测量并记录读数 打开电源,待数据显示稳定后,读出并记录被测信号频率值。如图所示测量的频率为 50 Hz。 三、真题练讲 1.(2021年山东省统一考试)当输入信号频率较低时，为提高数字频率计测量精度，应（ ） A. 缩短计数时间 B. 延长计数时间 C. 增大信号幅值 D. 减小信号幅值 答案：B 解析：对于低频信号，延长计数时间可增加计数的脉冲数，减小相对误差，提高测量精度，选 B。缩短计数时间会降低精度，增大或减小信号幅值对测量精度无直接影响。 2.(2021年山东省统一考试)GFC-8010H 型数字频率计的显示位数为（ ） A. 3 位 B. 4 位 C. 5 位 D. 6 位 答案：D 解析：GFC-8010H 型数字频率计显示位数为 6 位，可更精确显示测量结果，选 D。其他位数不符合该型号实际情况。 3.(2021年四川省统一考试)数字频率计测量信号频率前，需要对输入信号进行（ ）处理 A. 放大 B. 滤波 C. 整形 D. 调制 答案：C 解析：输入信号可能波形不规则，需经整形电路处理为规则的脉冲信号，才能被计数电路准确计数，选 C。放大、滤波、调制不是测量频率前必须的处理步骤。 4.(2020年山东省统一考试)数字频率计的技术参数中，（ ）表示能够测量的频率最小值 A. 最高测量频率 B. 灵敏度 C. 分辨率 D. 输入阻抗 答案：C 解析：分辨率反映数字频率计能够区分的最小频率变化，即能测量的频率最小值，选 C。最高测量频率是能测的最大值，灵敏度指对微弱信号的检测能力，输入阻抗与测量频率最小值无关。 5.(2019年四川省统一考试)使用 GFC-8010H 型数字频率计测量信号频率时，信号应接入（ ） A. 电源接口 B. 信号输入接口 C. 接地接口 D. 数据输出接口 答案：B 解析：测量信号频率时，信号需接入信号输入接口，才能进入频率计进行处理和测量，选 B。电源接口用于供电，接地接口用于接地，数据输出接口用于输出测量数据，均不是信号接入处。 四、限时练讲 1.使用 GFC - 8010H 型数字频率计测量高频信号（如 10MHz）时，应注意（ ） A. 选择较短的闸门时间 B. 做好电磁屏蔽，防止干扰 C. 降低仪器灵敏度 D. 增大输入信号幅度 答案：B 解析：高频信号易受电磁干扰，测量时应做好电磁屏蔽；测量高频信号通常需要较长闸门时间保证精度，降低灵敏度不利于检测信号，随意增大输入信号幅度可能损坏仪器，所以选 B。 2.测量完成后，正确关闭 GFC - 8010H 型数字频率计的步骤是（ ） A. 直接拔掉电源插头 B. 先关闭仪器电源开关，再拔掉电源插头 C. 先拔掉电源插头，再关闭仪器电源开关 D. 无需操作，仪器自动关闭 答案：B 解析：应先关闭仪器电源开关，再拔掉电源插头，直接拔插头可能损坏仪器或引发安全问题，仪器不会自动关闭，所以选 B。 3.若要准确测量一个含有噪声的信号频率，可采取的措施是（ ） A. 增大闸门时间 B. 使用滤波器滤除噪声 C. 多次测量取平均值 D. 以上都是 答案：D 解析：增大闸门时间可在一定程度上减小噪声影响，使用滤波器滤除噪声能提高信号质量，多次测量取平均值可降低随机误差，这些措施都有助于准确测量，所以选 D。 4.在使用数字频率计测量信号频率时，以下操作错误的是（ ） A. 在测量过程中随意切换量程 B. 测量前检查输入电缆是否完好 C. 测量时将仪器放置在平稳无振动的地方 D. 测量结束后清理仪器表面 答案：A 解析：在测量过程中随意切换量程可能导致测量错误或损坏仪器；测量前检查电缆、测量时放置平稳、测量后清理仪器都是正确的操作，所以选 A。 5.对于 GFC - 8010H 型数字频率计的数据保持功能，描述正确的是（ ） A. 只能保持一次测量数据 B. 保持数据后无法取消 C. 可锁定当前测量结果，方便记录 D. 数据保持时仪器停止工作 答案：C 解析：数据保持功能可锁定当前测量结果，方便记录，且可多次使用，也能取消保持状态，数据保持时仪器仍正常工作，所以选 C。 6.当数字频率计的闸门时间为 1s，计数值为 500 时，被测信号的频率为（ ） A. 0.002Hz B. 50Hz C. 500Hz D. 5000Hz 答案：C 解析：根据f = N/T，T = 1s，N = 500，则f = 500÷1 = 500Hz，所以选 C。 7.测量信号频率时，若数字频率计显示 “1” 且闪烁，可能的原因是（ ） A. 输入信号频率过低 B. 输入信号频率过高 C. 闸门时间设置过长 D. 仪器处于待机状态 答案：A 解析：显示 “1” 且闪烁通常表示输入信号频率过低，计数值较小；频率过高会显示溢出，闸门时间过长不会出现此现象，仪器待机状态一般有特定显示标识，所以选 A。 8.为提高数字频率计测量低频信号的精度，可采取的方法是（ ） A. 减小输入信号幅度 B. 缩短闸门时间 C. 提高仪器灵敏度 D. 增加测量次数并求平均值 答案：D 解析：增加测量次数并求平均值可降低随机误差，提高测量精度；减小输入信号幅度可能使信号无法正常测量，缩短闸门时间会降低低频信号测量精度，提高灵敏度与测量低频信号精度无直接关系，所以选 D。 9.使用 GFC - 8010H 型数字频率计测量信号频率前需要进行哪些准备工作？​ 答案：需要检查仪器电源是否正常，将仪器预热至稳定状态；检查输入电缆是否完好；根据信号大致频率范围，初步设置合适的量程；将被测信号正确连接到仪器的输入端口。​ 10.在使用数字频率计测量信号频率时，若显示 “溢出” 提示，可能的原因是什么？如何解决？​ 答案：原因可能是输入信号频率超出当前量程范围，或者闸门时间设置过短导致计数值超过显示范围。解决方法是增大量程或延长闸门时间。 五、学法建议 重点复习知识点： 1.GFC - 8010H 型数字频率计：该仪器可测量频率、周期、计数等参数，具备自动量程切换、数据保持等功能，使用交流 220V 电源供电。使用前需检查电源并预热，测量时要根据信号频率选择合适量程，以保证测量准确性与效率。 2.数字频率计构成：主要由输入通道、放大整形电路、时基电路和计数显示电路组成。输入通道接收信号；放大整形电路将微弱不规则信号放大并转化为标准脉冲信号；时基电路产生精确稳定的时间基准信号，控制闸门开启和关闭时间。 3.工作原理：输入信号先经放大整形电路处理为脉冲信号，在时基电路确定的闸门时间内，计数显示电路对脉冲信号计数，最后依据计数结果和闸门时间计算出输入信号频率并显示。 请同学们多结合实际操作，加深对理论知识的理解；操作需要反复练习，加深记忆；要注意安全，避免发生意外。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$