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

Chủ đề :
Đo tần số bằng
phương pháp đếm xung
Đo tần số bằng phương pháp đếm xung

Tìm hiểu phương pháp đo tần số bằng phương pháp đếm xung

Tần số -mét

Sơ đồ nguyên lý, cấu tạo, chức năng

Nguyên lý làm việc

Sai số và cách khắc phục

Ưu điểm
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 số-mét

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

Đo tần số bằng phương pháp đếm 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
fx=
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).
Tần số-mét


Đo tần số bằng phương pháp đếm xung
Máy đếm xung
Tch
n
∆
•
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).

Đo tần số bằng phương pháp đếm xung
=n.dođófx=

Trong đó:
(hay ∆Tch): là khoảng thời gian chưa biết(cách đo ngược lại với
fx).

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

Đo khoảng thời gian

Đo tần số bằng phương pháp đếm xung
n
fch
•
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.

Đo tần số bằng phương pháp đếm 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