Здравствуйте мои читатели! И особенно начинающие электронщики!!!
Продолжаем изучать частотомеры. И начнем с простого механического частотомера. Принцип работы его очень простой и Вы в телевизорах часто видели этот принцип и на этот принципе построена киносьёмка. В фильмах очень часто можно увидеть как автомашина едет вперёд, а колёса крутятся назад или в современных фильмах видно как у самолета или вертолёта винты крурятся ( вращаются ) очень медленно. Почему это происходит при показе фильма? А начинать надо со съёмок именно во время съёмки происходит покадровое фотографирование чего-либо и получается фильм. Но если в сюжете заснято простое движение любого объекта, мы воспринимаем при просмотре всю совокупность кадров как плавное движение и здесь работает память глаза и мозга. Но если камера снимает объект циклического движения ( крутится винт или пропеллер ) то в каждом заснятом кадре видено только положение объекта в момент экспозиции ( фотографирования ) кадра и если скорость вращения высокая, то при следующей экспозиции объект может занять положение, соответствующее вращению в обратную сторону или может оказаться на том же самом месте как будто объект стоит. А так как обтюратор ( так называется затвор кинокамеры ) только на малое время открывается для съёмки, то получается серия фотографий с обратным вращением или вращения не видно! Это так называемый СТРОБОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ. Стробоскопический эффект можно получить двумя основными способами: подсвечивать исследуемый объект короткими яркими вспышками света или при нормальном освещении наблюдать объект через шторку, которая разрешает наблюдение на короткий промежуток времени. По результирующей картинке можно определить скорость движения или вращения. Если картинка неподвижна – скорость соответствует частоте стробирования умноженной на N, если частота стробирования меньше скорости объекта или делённой на N, если скорость объекта меньше. При этом Nвсегда целое число!
Очень интересный способ измерения частоты вращения, но если заранее знать количество оборотов двигателя или шкива и система имеет возможность регулировки в небольших пределах, а стробирующее устройство имеет точно установленную частоту стробирования, по картинке на валу или на шкиве можно точно установить частоту вращения.
Эта проблема стала актуальной при массовом внедрении буквопечатающей аппаратуры связи, в просторечии ТЕЛЕТАЙП. В комплекте этой аппаратуры требуется синхронизация передающего и приёмного телетайпов. Она осуществляется за счет добавления в кодовое слово из пяти импульсов двух дополнительных: стартового и стопового. А основным условием возможности синхронизации заключается в одинаковой скорости вращения двигателей в двух аппаратах комплекта. Если комплект один, можно отрегулировать скорость по отсутствию ошибок на приёмном аппарате, но такой вариант не подходит, если аппарат работает в сети, состоящей их тысяч или больше аппаратов. Допуск на установку скорости вращения не такой и высокий +/- 5%, но обычно получается добиться с помощью частотомера 1%!!!
Но снабжать каждое постовое отделение телетайпом – это нормально, он там необходим, но снабжать ещё каждый телетайп частотомером – это уже слишком!!!
И вспомнили про КАМЕРТОН!!!
На камертоне закрепили две пластины с прорезями и при «звоне» камертона когда прорези совмещаются, получается стробирование! И как Вы догадались частота «звона» камертона должна быть маленькая!
На валу двигателя приклеен диск с двумя черными и двумя белыми секторами. При вращении двигателя наладчик легонько ударяет по камертону и через прорезь на пластинах наблюдает диск с секторами, регулируя скорость вращения двигателя, он добивается неподвижности картинки. Теперь при работе с любым телетайпом аппарат прекрасно будет работать как на приём так и на передачу!
Теперь о частоте камертона, она действительно невысокая – 102 Гц в Советских телетайпах, а вот частоту камертона для немецких телетайпов я, к сожалению, уже забыл… Ну, очень давно приходилось их изучать, а потом эксплуатировать.
Очень простой и надежный способ установки оборов двигателя.
Этим методом можно определять неизвестную скорость вращения, но для этого необходимо регулировать частоту стробоскопирования и если есть шкала отсчёта скорости, то можно определить скорость вращения вала двигателя. Только необходимо учитывать коэффициент N. На этом принципе были построены приборы для определения оборотов и назывались они тахометры. Тахометры были двух типов аналоговые и импульсные.
И у аналоговых, и у импульсных тахометров из корпуса выведен вал с конусным резиновым наконечником, который прижимают в центр вращающегося вала двигателя ( обычно в центре валов бывает центровочное углубление, применяемое в процессе обработки этого вала и оно находится точно в центре ). Посредством прижима через конус вращение передаётся валу на оси которого находится маломощный генератор ( в аналоговом частотомере ) или диск с прорезями ( минимум одна, но обычно их количество парное ), а съём информации о вращении осуществляется при помощи оптической пары светодиод-фотодиод или лампа накаливания – фотодиод ( фототранзистор и т.п. ). Импульсы с фотоприёмника поступают на частотомер, который в свою очередь может быть аналоговым или электронно-счетным.
Аналоговый частотомер тахометра состоит из конденсатора, заряжаемого импульсами от фотодатчика, после формирования их длительности. Эти импульсы ( длительность их постоянна ) заряжают конденсатор, а в промежутках между импульсами конденсатор разряжается на измерительную цепь. Соотношение длительности импульса к паузе между импульсами ( скважность ) и определяет постоянную составляющую напряжения на конденсаторе. Вот её и показывает стрелочный прибор, проградуированный в оборотах в минуту.
В цифровом частотомере сформированные импульсы подаются на счетчик импульсов, который производит подсчёт импульсов за единицу времени. И на индикаторе отображается частота вращения вала.
Сколько же прорезей должно быть на считывающем диске? Правило здесь очень простое – чем ниже скорость вращения вала, тем больше должно быть количество прорезей. При самой скорости вращения количество прорезей влияет на точность измерения, чем их больше – тем точнее будет измерение. Самый простой пример – календарь!!! Скорость вращения земли ученые измеряют наносекундами, правда, измерительный диск очень большой – наше небо!
Может возникнуть вопрос: а почему в телетайпе скорость вращения не измеряют тахометром? Всё очень просто: механика телетайпа очень нежная, а двигатель слабоват, и стоимость камертона в несколько раз дешевле стоимости самого дешевого тахометра.
Вот такой частотомер для измерения количества оборотов механики и он построен на принципе сравнения. Современные тахометры выполнены в основном по принципу подсчета импульсов за единицу времени.
Есть ещё один метод определения частоты, сравнивая измеряемую частоту и образцовую. Если все уже упомянутые частотомеры можно отнести к низкочастотным ( зато простым и дешевым ), то этот метод позволяет определять частоты значительно выше низкочастотных. И диапазон измерения зависит от полосы пропускания осциллографа, который является основным ИНДИКАТОРОМ при определении частоты.
Как известно у осциллографа, а точнее в его осциллографической трубке есть две пары пластин, отклоняющих луч и позволяющих наблюдать «картинку» сигнала на экране. Обычно на пластины горизонтального отклонения ( они называются «Х» ) подается пилообразное напряжение заданной частоты и амплитуды, а на пластины вертикального отклонения ( они называются «Y» ) подается исследуемый сигнал. Зная скорость развертки «Х» можно измерить время одного периода сигнала при помощи шкалы на экране осциллографа. Но при всём удобстве и простоте такой вариант не обеспечивает необходимой точности.
И здесь на помощь приходит дополнительный генератор, точность измерения частоты будет определяться качеством шкалы этого генератора. И называется этот метод: «определение частоты сигнала методом ФИГУР ЛИССАЖУ». Очень интересный метод, но в настоящее время практически не применяется. Основа метода – подача двух сигналов на входы «Х» и «Y». И если оба сигнала имеют синусоидальную форму и равны между собой по частоте и амплитуде на экране будет фигура Лиссажу.
На рис. 5 приведены фиксированные фигуры Лиссажу, когда кроме равенства частот и амплитуд исследуемой частоты и частоты образцового генератора наблюдается и стабильность двух частот. При неравенстве частот ( в незначительных пределах ) картинка медленно вращается проходя через все пять вариантов, но если отклонение значительное, картинка вращается очень быстро и превращается в заштрихованный круг. Но этот круг уже позволяет определить частоту исследуемого сигнала. Очень интересные картинки получаются если частоты отличаются друг от друга в кратное количество раз. Кратность здесь очень интересная и состоит из двух чисел N1, N2 и выглядит N = N1/N2. При фазовом сдвиге равном 90 градусов картинка очень красивая и как говорили раньше с горбами! Если посчитать количество горбов по вертикали, получаем N1, а количество горбов по горизонтали – N2.
Не очень высокочастотный «частотомер», но иногда очень действенный. Современные осциллографы позволяют очень точно измерять частоту сигнала и в большинстве случаев высвобождает частотомер обеспечивая дополнительное место на столе при наладке оборудования.
Вот коротко о измерениях частоты методом сравнения.
В следующем материале продолжим рассмотрение более «интересных» частотомеров.
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!!!