智能儀器中常用的數字化測頻方法

1. 頻率測量技術的發展是什麼該有頻率計的工作原理

頻率計又稱為頻率計數器，是一種專門對被測信號頻率進行測量的電子測量儀器。頻率計主要由四個部分構成：時基（T）電路、輸入電路、計數顯示電路以及控制電路。

測量方法：測量頻率的方法有很多，按照其工作原理分為無源測頻法、比較法、示波器法和計數法等。計數法在實質上屬於比較法，其中最常用的方法是電子計數器法。電子計數器是一種最常見、最基本的數字化測量儀器。

基本原理：
頻率計最基本的工作原理為：當被測信號在特定時間段T內的周期個數為N時，則被測信號的頻率f=N/T（如右圖所示）。
在一個測量周期過程中，被測周期信號在輸入電路中經過放大、、微分操作之後形成特定周期的窄脈沖，送到主門的一個輸入端。主門的另外一個輸入端為時基電路產生電路產生的閘門脈沖。在閘門脈沖開啟主門的期間，特定周期的窄脈沖才能通過主門，從而進入計數器進行計數，計數器的顯示電路則用來顯示被測信號的頻率值，內部控制電路則用來完成各種測量功能之間的切換並實現測量設置。

應用范圍：
在傳統的電子測量儀器中，示波器在進行頻率測量時測量精度較低，誤差較大。頻譜儀可以准確的測量頻率並顯示被測信號的頻譜，但測量速度較慢，無法實時快速的跟蹤捕捉到被測信號頻率的變化。正是由於頻率計能夠快速准確的捕捉到被測信號頻率的變化，因此，頻率計擁有非常廣泛的應用范圍。
在傳統的生產製造中，頻率計被廣泛的應用在產線的生產測試中。頻率計能夠快速的捕捉到晶體振盪器輸出頻率的變化，用戶通過使用頻率計能夠迅速的發現有故障的晶振產品，確保產品質量。
在計量實驗室中，頻率計被用來對各種電子測量設備的本地振盪器進行校準。
在無線通訊測試中，頻率計既可以被用來對無線通訊基站的主時鍾進行校準，還可以被用來對無線電台的跳頻信號和頻率調制信號進行分析。

2. 頻率計的測量方法

測量頻率的方法有很多，按照其工作原理分為無源測頻法、比較法、示波器法和計數法等。計數法在實質上屬於比較法，其中最常用的方法是電子計數器法。電子計數器是一種最常見、最基本的數字化測量儀器。 無源測頻法主要包括諧振法、電橋法和頻率-變換電壓法等方法。
1).諧振法

2). 電橋法
凡是平衡條件與頻率有關的任何電橋都可用來測頻，但要求電橋的頻率特性盡可能尖銳。
測頻電橋的種類很多，常用的有文氏電橋、諧振電橋和雙T電橋，部分內容參看有關書籍。
3). 頻率-電壓變換法
頻率-電壓變換法測頻就是先把頻率變換為電壓或電流，然後以頻率刻度的電壓表或電流表來指示被測頻率。
下圖為頻率-電壓變換法測正弦波頻率原理框圖
有源比較測頻法主要包括拍頻法和差頻法。
1).拍頻法
拍頻法是將被測信號與標准信號經線性元件（如耳機、電壓表）直接進行疊加來實現頻率測量的，其原理電路如圖5.3所示。拍頻法通常只用於音頻的測量，而不宜用於高頻測量。

2).差頻法
差頻法是利用非線性器件和標准信號對被測信號進行差頻變換來實現頻率測量。高頻段測頻常用差頻法測量
主要分為李沙育圖形法和周期法。
在示波器上根據李沙育圖形或信號波形的周期個數進行測頻。這種方法的測量頻率范圍從音頻到高頻信號皆可。 直接計數單位時間內被測信號的脈沖數，然後以數字形式顯示頻率值。這種方法測量精確度高、快速，適合不同頻率、不同精確度測頻的需要。電子計數器測頻有兩種方式：一是直接測頻法，即在一定閘門時間內測量被測信號的脈沖個數；二是間接測頻法，如周期測頻法。
由於數字電路的飛速發展和集成電路的普及，計數器的應用十分廣泛。利用電子技術器測量頻率具有精度高，顯示醒目直觀，測量迅速，以及便於實現測量過程自動化等一系列突出優點，所以該方法是目前最好的。

3. 什麼是數字化測量

我理解數字化測量應該是實現測量過程的便利化以及將測量數據實時採集到經過規范設計的資料庫中，實現測量結果的數字化存儲、共享和利用吧。比如現在很多企業的測量過程，在質量檢驗實踐中還是將測量值記錄在事先列印好紙質表格中，或者分散在各種各樣的Excel文件、Text文件里，不僅不便於保存，還造成很多錯漏甚至假數據。數字化測量應包括測量和數字化兩個方面，比如三豐、馬爾等提供各種測量設備，QuAInS等軟體實現儀器對接和數字化測量。

4. 數字測圖有哪幾種作業模式各有什麼優缺點

我國數字測圖主要作業模式及其優缺點:
①全站儀+電子手簿測圖模式
測記式，為絕大部分軟體所支持。該模式使用電子手簿自動記錄觀測數據，作業自動化程度較高，可以較大地提高作業工作的效率。
②普通經緯儀+電子手簿測圖模式
它採用手工健入觀測數據到電子手簿，其它與第一種作業模式相同。
③平板儀測圖+數字化儀數字化測圖模式
先用平板測圖方法測出白紙圖，然後在室內用數字化儀將白紙圖轉為數字地圖。
④舊圖數字化成圖模式
我國早期的數字測圖的主要作業模式。
⑤測站電子平板測圖模式:平板模式
它的基本思想是用計算機屏幕來模擬圖 板，用軟體中內置的功能來模擬鉛筆、直線筆、曲線筆，完成曲線光滑、符號繪制、線性生成等工作。
⑥鏡站遙控電子平板測圖模式:
將現代化通訊手段與電子平板結合起來，又持攜帶型電腦的作業員在跑點現場指揮立鏡員跑點，並發出指令遙控驅動全站儀觀測，觀測結果通過無線傳輸到便攜機，並在屏幕上自動展點。
⑦航測像片量測成圖模式
用解析測圖儀或經過改造的立體坐標量測儀量測像片點的坐標，並將量測結果傳送到計算機，形成數字化測圖軟體能支持的數據文件。

5. 數字頻率計的研究現狀和主要研究內容及方法

在電子測量領域中，頻率測量的精確度是最高的，可達10—10E-13數量級。因此，在生產過程中許多物理量，例如溫度、壓力、流量、液位、PH值、振動、位移、速度、加速度，乃至各種氣體的百分比成分等均用感測器轉換成信號頻率，然後用數字頻率計來測量，以提高精確度。
由於大規模和超大規模數字集成電路技術、數據通信技術與單片機技術的結合，數字頻率計發展進入了智能化和微型化的新階段。其功能進一步擴大，除了測量頻率、頻率比、周期、時間、相位、相位差等基本功能外，還具有自撿、自校、自診斷、數理統計、計算方均根值、數據存儲和數據通信等功能。此外，還能測量電壓、電流、阻抗、功率和波形等。
國際上數字頻率計的分類很多。按功能分類，因計數式頻率計的測量功能很多，用途很廣。所以根據儀器具有的功能，電子計數器有通用和專用之分。 (1)通用型計數器：是一種具有多種測量功能、多種用途的萬能計數器。它可測量頻率、周期、多周期平均值、時間間隔、累加計數、計時等；若配上相應插件，就可測相位、電壓、電流、功率、電阻等電量；配上適當的感測器，還可進行長度、重量、壓力、溫度、速度等非電量的測量。 (2)專用計數器：指專門用來測量某種單一功能的計數器。如頻率計數器，只能專門用來測量高頻和微波頻率；時間計數器，是以測量時間為基礎的計數器，其測時分辨力和准確度很高，可達ns數量級；特種計數器，它具有特種功能，如可逆計數器、予置計數器、差值計數器、倒數計數器等，用於工業和白控技術等方面。數字頻率計按頻段分類 (1)低速計數器：最高計數頻率＜10MHz； (2)中速計數器：最高計數頻率10—100MHz； (3)高速計數器：最高計數頻率＞100MHz； (4)微波頻率計數器：測頻范圍1—80GHz或更高。
國際國內通用數字頻率計的主要技術參數：1．頻率測量范圍 電子計數器的測頻范圍，低端大部分從10Hz開始；高端則以不同型號的頻率計而異。因此高端頻率是確定低、中、高速計數器的依據。如果裝配相應型號的變頻器，各種類型的數字頻率計的測量上限頻率，可擴展十倍甚至幾十倍。2．周期測量范圍 數字頻率計最大的測量周期，一般為10s，可測周期的最小時間，依不同類型的頻率計而定。對於低速通用計數器最小時間為1ys；對中速通用計數器可小到0．1ys(或10捍s)。3．晶體振盪器的頻率穩定度 晶體振盪器的頻率穩定度，是決定頻率計測量誤差的一個重要指標。可用頻率准確度、日波動、時基穩定度、秒級頻率穩定度等指標，來描述晶體振盪器的性能。對於時基穩定度來說，按要求低速通用計數器應達到1×10—』／日；中速通用計數器應達到1×10—8／日；高速通用計數器應達到1×10—9／日。4．輸入靈敏度 輸入靈敏度是指在側頻范圍內能保證正常工作的最小輸入電壓。目前通用計數器一般都設計二個輸入通道，即d通道和月通道。對於4通道來說，靈敏度大多為50mV。靈敏度高的數字頻率計可達30mV、20mV。5．輸入阻抗 輸入阻抗由輸入電阻和輸入電容兩部分組成。輸入阻抗可分為高阻(1M贍／／25PF、500K鮑／／30PF)和低阻(50鮑)。一般說來，低速通用計數器應設計成高阻輸入；中速通用計數器，測頻范圍最高端低於100MHz，仍設計為高阻輸入；對於高速通用計數器，測頻＞100MHz， 設計成低阻 (50Q) 輸入， 測頻＜100MHz， 設計成高阻(500K魔／／30PF)輸入。