Здравствуйте мои читатели! И особенно начинающие электронщики!!!
Продолжаем изучение и принципы работы частотомеров. В настоящее время процесс измерения частоты большинство специалистов считает очень простым, но это не так. Не зная, что находится в приборе и как там всё работает, но измеряя частоту, можно сказать: «проще простого!!!» Поэтому большинство так и считает. В уроках 51 и 52 я коротко рассказал о самых простых методах измерения частоты низкочастотных процессов. Получив в руки камертон и наставление как им пользоваться, при хорошем слухе очень легко настроить музыкальный инструмент, а сколько трудов вложили люди в простую теорию камертона! И так со всеми методами измерения любых величин. Меня поражает гениальность совершенно простых приборов. Микрометр очень простое устройство, основой является простой винт с шагом 1 мм. А на ручке вращения расположено 100 делений. Повернули винт на одно деление, винт выступил из гайки на 10 микрон. Очень все просто! Но как в современном ЭНКОДЕРЕ сделано считывающе-декодирующее устройство могу только догадываться и восхищаться конструкторами! Вы только вдумайтесь – за один оборот энкодер выдает более 1 600 000 импульсов!!! Вот такая простая деталь – подключил и просто измеряю на сколько градусов повернулся вал, а что и как там внутри мало кому интересно.
Вот так и частотомер! Им так же просто работать – присоединил, включил питание и измерил частоту! Но любой радиоспециалист обязан знать основы всех измерительных приборов которыми он производит замеры параметров. Не подробно до винтика, но основу надо знать. Надо знать и помнить, а сможет этот прибор измерить данный параметр или надо брать другой…
Все частотомеры поделены на группы. Язычковые вибрационные, а так же работающие на методе сравнения я коротко описал.
Следующие частотомеры РЕЗОНАНСНЫЕ.
В их основу положен принцип увеличения амплитуды при совпадении исследуемых колебаний с собственными. Тот же самый резонанс как и в язычковом вибрационном ( к сожалению низкочастотном ). По конструкции, а особенно при отображении на схеме – проще только схема детекторного приемника.
Очень простое устройство: объемный резонатор с одной подвижной стенкой ( плунжером ), перемещая который мы изменяем объём резонатора и как следствие, его резонансную частоту. Механизм перемещения плунжера микрометрический и шкала ( на рисунке она линейная по кругу ) спиральная многовитковая. Механизм точный и безлюфтовый для обеспечения точной настройки как при вращении вправо так и при вращении влево. В резонаторе предусмотрены два витка связи. Через верхний подается исследуемый сигнал, а к нижнему подключена детекторная головка ( применяется очень высокочастотный диод, который даже руками брать НЕЛЬЗЯ! При замене он выдавливается из специального свинцового контейнера в штатное место установки ). При перемещении плунжера добиваются максимальных показаний прибора – это и есть резонанс, а по шкале определяют частоту. В приборе предусмотрена очень хорошая зашита от пыли и вредных паров, так как внутренние поверхности резонатора и плунжера полированные ( зеркало!!!) и покрыты чистым серебром для снижения скин-эффекта. Перед измерением аттенюатор устанавливают на максимальное затухание чтобы не «спалить» диод, уж очень он «нежный!». Всем хорош прибор, но его вес требует определенных физических усилий, а если приходится делать измерения нескольких разных частот, то приходится еще и долго крутить ручку настройки ( иногда очень долго и много ). Вот такой простой с виду прибор!
Применяется для работы с очень высокочастотными СВЧ передатчиками ( в основном в локационной аппаратуре ).
Для частот менее высоких применяются волномеры построенные на сосредоточенных элементах: индуктивностях и емкостях.
В этих волномерах объёмный резонатор заменили на контур в специальном экране и частоту перестраивают конденсатором переменной емкости. Диод в детекторной головке такой же «нежный». С настройкой немного легче, механизм поворота не с таким замедлением, но и здесь приходится покрутить… Все поверхности в блоке контура так же посеребренные и полированные как и в объёмном резонаторе.
И в том и в другом волномерах есть маломощные блоки питания для ламп подсветки шкал. В некоторых ещё термостатирование резонансной системы предусмотрено ( блок питания уже большей мощности применяется ).
Хочу особо отметить, что во всех частотомерах высокого класса точности термостатирование применяется в обязательном порядке. В термостате находится «сердце» частотомера – КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР!
Вот теперь и разберёмся в каких частотомерах он применяется.
А применяется кварцевый резонатор в электронно-счётных частотомерах и он определяет точность измерения частоты. Сам электронно-счётный частотомер не такая и сложная конструкция если понимать как она работает, полная схема такого частотомера сложнее волномера во много раз, но она состоит из очень простых узлов. И если продуманно подойти к выбору каждого конкретного узла, всё получится и будет работать!
Самое сложное в таком частотомере – это узел индикации. Есть два варианта его исполнения: непосредственная связь каждого декадного счетчика ( считает до десяти), являющегося разрядом в общей веренице счетчика импульсов, с элементом индикации ( дешифратор + память + цифровой индикатор ) отображающим знак разряда, и второй вариант цифровые индикаторы подключены к счётчикам через мультиплексор и дешифратор. Мультиплексор с дешифратором поочередно подключают каждый цифровой индикатор к своему разряду на короткое время, а сами индикаторы основными одноимёнными выводами соединены между собой. В момент времени, соответствующий разряду, на индикатор подается питающее напряжение.
Структура не очень сложная, но она практически одинакова во всех частотомерах этого типа, даже если частотомер выполнен на контроллере – основная структура выполнена программно.
Как же работает частотомер? За основу положен принцип измерение количества импульсов, пришедших на вход счётчика импульсов, за строго определённый отрезок времени. Этот отрезок может быть любой величины, но для удобства отображения в десятичной форме этот отрезок должен иметь кратность одной секунде, так как частоту принято обозначать в Герца, а Герц – это одно колебание в секунду! Следовательно, время подсчета импульсов принято выбирать из ряда: 0,01 с; 0,1 с; 1 с и 10 с.
Иногда применяют и другие интервалы, но они выбираются из расчета стандартное время, умноженное на коэффициент предварительного деления: 2; 4; 8; 16.
На входе частотомера стоит усилитель-формирователь, его задача привести амплитуду входного сигнала к необходимому уровню. Сигнал маленькой амплитуды усилить, а большой ограничить. Далее сигнал поступает на триггер Шмитта, формирующий крутые фронты. И на его выходе получаются прямоугольные импульсы необходимой для цифровых схем амплитуды.
Сформированные импульсы показаны цифрой 1 поступают на вход схемы совпадения, а она пропускает импульсы только в интервале времени сформированном D-триггером ( счётный интервал ) – показана цифрой 3. Для формирования заданных интервалов и служит D-триггер. Если на счётный вход триггера подавать импульсы с периодом следования 0,1 с на выходе триггера будут импульсы 0,1 с и пауза между ними 0,1 с – это и есть счетный интервал.
Количество импульсов, прошедшее через схему совпадения, поделённое на счетный интервал и будет соответствовать измеряемой частоте.
После окончания импульса счетного интервала схема управления индикацией вырабатывает импульс записи и информация ( количество ) о посчитанных импульсах записывается в схему индикации и вслед за импульсом записи на счетчик поступает импульс сброса. Состояние счётчика обнуляется и он готов к подсчёту следующей серии импульсов.
И очень важная часть схемы кварцевый генератор. Его задача вырабатывать сигнал заданной частоты, после неоднократного деления которой и получаются заданные счетные интервалы. От точности частоты кварцевого генератора и от крутизны фронтов импульса счетного интервала зависит точность частотомера.
От частотных свойств первых каскадов частотомера зависит верхняя граница измеряемых частот. Для увеличения верхней границы перед частотомером включают дополнительные делители частоты, имеющие более высокое быстродействие. А показания частотомера умножается на коэффициент деления дополнительного делителя.
И практически у всех частотомеров есть режим непрерывного счета. Вместо счетных интервалов D-триггер устанавливают в состояние единицы, подключая вход Sтриггера на корпус. Кратковременным нажатием кнопки сброс обнуляем счетчик и теперь частотомер считает все сигналы, поступающее на его вход.
Сейчас купить набор-конструктор для сборки частотомера не проблема, но зная основы измерения частоты можно сделать частотомер под конкретную задачу без усложнений.
Работу индикаторной части мы рассмотрим отдельно в следующем материале. Очень интересный узел, решить который можно очень многими вариантами.
Если материал понравился, и Вы нашли в нём полезное для себя не посчитайте за труд и оставьте свой отзыв! Очень буду рад прочитать Ваши комментарии.
Чаще заходите на мой канал, подписывайтесь! Информация учебного и познавательного характера будет регулярно пополняться!
Желаю Всем читателям здоровья и успехов в творчестве!!!