频率响应测量的方法 频率响应测量的方法很多，一般同使用的测试信号有关。 可分为：i. 点测法：完全按定义设计的测量方法，逐个频率输入振幅恒定的正弦信号，逐个点测量相应频率扬声器输出声压级，在频率响应坐标纸上绘出相应的点，把这些不连续的点的平滑连线即为频率响应曲线。测量耗时、测量有限的非连续频率点，过渡点是推测的。 ii. 扫频自动记录法：使用机械传动的方法改变振荡电路中的电容，使信号的频率连续改变，输出电压恒定，这叫扫频信号，记录仪上记录纸的频率刻度与信号源同步，记录扬声器的输出声压级随频率的变化，即为频率响应曲线，这方法叫扫频自动记录法。后来，机械扫频信号改成电压控制频率的压控振荡器，改进了机械传动的麻烦。这是60～80年代丹麦B&K 公司为代表的测量技术。扫频自动测量原理大约已有40年的历史，其测量原理没有变化，改变的只是使用的技术，譬如扫频信号的产生方法，测量传声器测得的数据的采集、处理、运算和输出数据和曲线都可以由计算机完成。其中需要特别一提的是：对扫频信号的理解和生成技术，连续扫频信号过去理解为点频信号随时间变化，但点频信号是一个连续周期信号，从示波器看到的是一个按周期重复的正弦波形，而扫频信号没有一个频率是经历时间周期的，随扫频时间变化的是它的瞬时频率。瞬时频率数学上是相位对时间的微分。可以这样理解：譬如f=100Hz正弦信号的周期是T=0.01秒，其走过的相位φ= 2π弧度(360°)，而f=200Hz时，T＝0.005秒，其走过的相位仍然是φ= 2π弧度，这样，一个微小时间内的相位变化（等效于相位对时间的微分）同周期成反比，相当于稳态频率。同稳态信号不同的是它引入扫频速率（S：Hz/s）的概念，瞬时频率fi =S t +f0；t为扫频时间；f0为扫频初始频率。t和f0确定扫频频率范围。稳态单频信号的公式是u(t)=Acos(2πft);f为稳态单频信号的频率。而扫频信号的公式是u(t)=ACos(πSt2),B&K公司的2012音频分析仪的TSR（时选响应）技术中使用的测试信号，就是采用该数学模型生成的信号。 iii. 阶步步进的猝发声测量。猝发声是若干个周期的正弦信号脉冲，或称正弦波列。它由连续周期信号加一时间控制电路组成，当测量声压级的时间窗正好在猝发声的稳定部分时，它更接近点频测量。由一个个不同频率的猝发声组成一个阶步步进的猝发声，用对应的跟踪滤波器跟踪每一个猝发声，类似点频测量得到扬声器的频率响应。美国ATI公司的扬声器测量系统LMS使用的正是这种信号源，它最多可以在一个十进制频率范围内设置200个猝发声频率点，即频率阶步的间隔是1/60倍频程。 iv. 多频音（Muiti-tone Burst也叫多频猝发声）它是数字生成的M个纯音信号的叠加的一个短时间间隔的信号，该时间间隔对M个频率来说正好都是整周期的，并且这由低到高M个频率之间没有谐波关系，即2个频率相除（大数除小数）的商不会是整数。例如：14.5，31.9，37.7，49.3，55.1……Hz；可以排列成一个数列，选择适当的频率间隔，组成M个频率的多频音。其M个频率的同步FFT即为基频即幅频响应，由其谐波可以实现其谐波失真测量。该技术使用在AP公司的“系统1”和“系统2”的仪器上。 v. 脉冲数字测量技术上面所有的方法都离不开正弦信号，只是频率的连续变化、频率的阶步变化和有限频率成分的合成信号，脉冲信号和MLS信号需要进行时域（时间波形）和频域（频率响应和频率分析）之间的变换，从中可以得到更多信息，它作用于被测系统后的输出响应，经过变换和运算可以得到被测系统的许多信息，这需要对测试信号有充分了解，涉及信号与系统的基本理论，又要借助数字信号处理技术进行变换运算。单脉冲信号的性质，
模块四时间与频率的测量 §4-1数字式频率计 学习目标 1、了解数字式频率计的基本组成和主要技术指标 2、熟悉数字式频率计的测量原理 3、掌握数字式频率计的使用 数字式频率计是一种用电子学方法测出一定时间间隔内输入的脉冲数目，并以数字形式显示测量结果的测量仪表。数字式频率计的核心是电子计数器，其作用是在一定的时间间隔内进行累加计数，以完成各种测量。实际上，它还可以进行计数测量周期、平均周期、频率比、时间间隔、累订数、计时等其他操作。 一、数字式频率计的组成 数字式频率计一般由频率／电压（f／U）转换器和数字式电压基本表配合组成。f／U转换器的作用是将被测频率信号转换成直流电压，然后送入数字式电压基本表进行测量，其工作程序如图4-1-1所示。f／U转换器主要由6部分组成，各部分的名称及功能见表4-1。 图4-1-1 数字式频率计的工作方框图 表4-1 f／U转换器的组成及各组成部分的功能
从f／U转换器输出的、与被测频率成正比的直流电压直接送到数字式直流 电压表即可测量出被测信号的频率。 二、数字式频率计的工作原理 被测信号f x经放大整形后成为计数脉冲CP（如图4-1-2a和b所示），送到 控制门。由石英晶体振荡器产生的振荡信号经分频器分频后输出时间基准信号 T ，并打开控制门，如果控制门打开的时间正好是1s，则通过控制门送入计数器a 的CP脉冲个数，就是被测信号的频率。这就是数字式频率表的基本工作原理。 显然，频率表显示的是在T a这段时间内被测信号的平均值。 在数字式频率计中，控制门每打开一次，就完成一个测量过程，过程结束自 动回到零位，接着重复下一个测量过程。换句话说，控制门每开闭一次，显示器 就显示一次被测信号的频率，而且控制门开闭的时间间隔可以调节。于是，数字 式频率表就会以不同的速度重复闪动，显示出被测信号的频率。
实验三振动系统固有频率的测量 一、实验目的 1、了解和熟悉共振前后利萨如图形的变化规律和特点； 2、学习用“共振法”测试机械振动系统的固有频率（幅值判别法和相位判别法）； 3、学习用“锤击法”测试机械振动系统的固有频率（传函判别法）； 4、学习用“自由衰减振动波形自谱分析法”测试振动系统的固有频率（自谱分析法）。 二、实验装置框图
图3-1实验装置框图 三、实验原理 对于振动系统，经常要测定其固有频率，最常用的方法就是用简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率。另一种方法是锤击法，用冲击力激振，通过输入的力信号和输出的响应信号进行传函分析，得到各阶固有频率。以下对这两种方法加以说明： 1、简谐力激振 简谐力作用下的强迫振动，其运动方程为： 方程式的解由21X X +这两部分组成： ) sin cos (211t w C t w C e X D D t +=-ε 21D w w D -= 式中1C 、2C 常数由初始条件决定： t w A t w A X e e sin cos 212+= 其中 ，, 1X 代表阻尼自由振动基，2X 代表阻尼强迫振动项。 自由振动周期： D D T ωπ 2= 强迫振动项周期： e e T ωπ 2= 由于阻尼的存在，自由振动基随时间不断得衰减消失。最后，只剩下后两项，也就是通常讲的定常强动，即强迫振动部分： 通过变换可写成
)sin(?-=t w A X e 式中 4 2 22222 2 2214)1(/ωωεωωωe e q A A A +- = += 设频率比 ω ωμe = ，Dw =ε 代入公式 则振幅 2 2 2 22 4)1(/D q A μμω+-= 滞后相位角： 2 12μμ ?-=D arctg 因为 xst K F m K m F q === 02 //ω为弹簧受干扰力峰值作用引起的静位移， 所以振幅A 可写成：st st x x D A .4)1(1 2 2 2 2βμμ=+-= 其中β称为动力放大系数： 2 2 2 2411 D μμβ+-= ）（ 动力放大系数β是强迫振动时的动力系数即动幅值与静幅值之比。这个数值对拾振器和单自由度体系的振动的研究都是很重要的。 当1=μ，即强迫振动频率和系统固有频率相等时，动力系数迅速增加，引起系统共振，由式： )sin(?-=t w A X e 可知，共振时振幅和相位都有明显变化，通过对这两个参数进行测量，我们可以判别系统是否达到共振动点，从而确定出系统的各阶振动频率。 （一）幅值判别法 在激振功率输出不变的情况下，由低到高调节激振器的激振频率，通过示波器，我们可以观察到在某一频率下，任一振动量（位移、速度、加速度）幅值迅速增加，这就是机械振动系统的某阶固有频率。这种方法简单易行，但在阻尼较大的情况下，不同的测量方法的出的共振动频率稍有差别，不同类型的振动量对振幅变化敏感程度不一样，这样对于一种类型的传感器在某阶频率时不够敏感。 （二）相位判别法 相位判别是根据共振时特殊的相位值以及共振前后相位变化规律所提出来的一种共振判别法。在简谐力激振的情况下，用相位法来判定共振是一种较为敏感的方法，而且共振是
肯定能测。原理与望远镜测量距离相同，只是测量距离精度远低于经纬仪。 用望远镜测量距离的方法是： 拿起望远镜，先调整一下目镜的间隔和焦距，便能清晰地看到：在右镜筒的玻璃片上，刻有十字分划。从十字交点起，左右的叫方向分划，上下的叫高低分划。 测量方向角时用方向分划，测量垂直角时就用高低分划。测量时，要持平望远镜，用任一方向分划(或高低分划)对准目标的一端，读出到目标另一端间的密位数，即为该目标的方向角(或高低角)。 测出方向角(或高低角)后再根据已知目标的宽度(或高度)，按下面的密位公式就可以计算出距离。 距离=目标宽度(或高度)×1000/密位数 水准仪刻度标示可能也是密位值，具体请参照水准仪说明。能否回复一下水准仪刻度相当于整个圆周是多少？是密位吗？谢谢！ 视距测量是利用经纬仪、水准仪的望远镜内十字丝分划板的上的视距丝在视距尺（水准尺）上读数，根据光学和几何学原理，同时测定仪器到地面点的水平距离和高差的一种方法。这种方法具有操作简便、速度快、不受地面起伏变化的影响的邮点，被广泛应用于碎部测量中。但其测距精度低，约为：1/200-1/300。 一、视距测量原理 1．视线水平时的距离与高差公式 欲测定A、B两点间的水平距离D及高差h，可在A点安置经纬仪，B点立视距尺，设望远镜视线水平，瞄准B点视距尺，此时视线与视距尺垂直。求得上，下视距丝读数之差"l"。上，下丝读数之差称为视距间隔或尺间隔。S=100l 2．视线倾斜时的距离与高差公式 在地面起伏较大的地区进行视距测量的，必须使视线倾斜才能读取视距间隔。由于视线不垂直于视距尺，故不能直接应用上述公式。要用S=Kl（cosa）^2 K:视距乘常数；a：视线竖直角 有必要说明下哟 斜距S=K×L×cos(a) 水平距离D=K×L×cos(a)×cos(a) 注明下：K是仪器（经纬仪、水准仪）生产时就把它生产定为100的值，L实为上丝与下丝的差距（上丝-下丝），a为垂直角，水平时为0度 对于你的问题是：水平距离=100×（上丝-下丝）×cos(2°)×cos(2°) 而你只读了上丝、中丝，没有下丝，这里可以建议你近似取（上丝-下丝=2×(上丝-中丝)）
少年易学老难成，一寸光阴不可轻 - 百度文库 1 精确的频率和时间测量 - 时基的选择 上篇文章谈到了频率和时间测量的分辨率和精度。相信很多工程师会感兴趣测量一个结果后，其误差或不确定度到底是多少。测量的不确定度是由3个因素构成的，即 基本不确定度 = k* (随机不确定度 ± 系统不确定度 ± 时基不确定度) 事实上，要获得准确的随机不确定度和系统不确定度是一件非常恐怖的事情。它是与众多参数相关的非常复杂的函数。如果诸位有兴趣了解这个，可以到网上查阅安捷伦53200 系列频率计数器的详细资料，出版号是 5990-6283CHCN 。 好在安捷伦的工程师将这个复杂的运算公式做成了一个简单的表格。您只需输入测量的相关设置和结果，这个表格可以自动帮助你得出不确定度。如果有兴趣，可以与安捷伦的电话服务中心联系 400-810-0189 关于随机不确定度和系统不确定度，这与闸门时间和测量次数密切相关。简单地讲，延长闸门时间和增加测量次数，都可以降低者两个不确定度。但时基的不确定度是由计数器本身的老化和工作环境，以及其本身的相位噪声等参数决定的。频率计数器的测量精度始于时基，因为它建立了测量输入信号的参考。更好的时基有可能得到更好的测量。例如，如果时基的月老化率是0.1ppm ，仪器在校准后一个月内使用，它对10MHz 信号测量带来的不确定度则是 1Hz 。 但如果老化率是0.01ppm, 其带来的不确定度只有0.1Hz. 环境温度对石英晶体的振动频率有很大影响，可根据热行为把时基技术分为三类: 1. 标准时基。标准或“室温”时基，不使用任何类型的温度补偿或控制。其最大优点是便宜，但它也有最大的频率误差。下图中的曲线示出典型晶体的热行为。随着环境温度的改变，频率输出能变化5ppm 或更高。对于1MHz 信号为±5Hz ，因此是测量中必须考虑的重要因素。在通用侧测试仪器，如示波器、函数信号发生器、频谱仪中，采用的是这种时基。在过去低端的频率计数器，其标准配置的时基也这这种得标准时基 2. 温度补偿时基。有时，我们也称之为高稳时基。一种解决晶体热变化的方法是让振荡器电路中的其它电子元件补偿其热响应。这种方法可稳定其热行为，把时基误差降低到约0.1ppm （对1MHz 信号为±10.1Hz ）典型的事安捷伦53200A 系列频率计数器标准配置的时基就是这种，其老化率可达到0.1ppm 。 有时，这种时基也被用于输出频率精度更高的信号源，如安捷伦的33520A 系列函数和任意波性发生器，这种时基就是一个选件 3. 恒温槽控制。稳定振荡器输出的最有效方法是让晶体免受温度变化。计数器设计师把晶体放入恒温槽，保持其温度在热响应曲线的特定点。从而能得到好得多的时基稳定度，典型误差只有0.0025ppm （对于1MHz 信号为±0.0025Hz ）。
高精度时间间隔测量方法综述 孙 杰 潘继飞 （解放军电子工程学院，安徽合肥，230037） 摘要：时间间隔测量技术在众多领域已经获得了应用，如何提高其测量精度是一个迫切需要解决的问题。在分析电子计数法测量原理与误差的基础上，重点介绍了国内外高精度时间间隔测量方法，这些方法都是对电子计数法的原理误差进行测量，并且取得了非常好的效果。文章的最后给出了高精度时间间隔测量方法的发展方向及应用前景。 关键词：时间间隔；原理误差；内插；时间数字转换；时间幅度转换 Methods of High Precision Time-Interval Measurement SUN Jie , PAN Ji-fei （Electronic Engineering Institute of PLA, HeFei 230037, China ） Abstract: Technology of time-interval measurement has been applied in many fields. How to improve its precision is an emergent question. On the bases of analyzing electronic counter ’s principle and error, this paper puts emphasis upon introducing high precision time-interval measurements all over the world. All these methods aim at electronic counter ’s principle error, and obtain special effect. Lastly, the progress direction and application foreground of high precision time-interval measurement methods are predicted. Key Words: time interval; principle error; interpolating; time-to-digital conversion; time-to-amplitude conversion 0引言 时间有两种含义，一种是指时间坐标系中的某一刻；另一种是指时间间隔，即在时间坐标系中两个时刻之间的持续时间，因此，时间间隔测量属于时间测量的范畴。 时间间隔测量技术在通信、雷达、卫星及导航定位等领域都有着非常重要的作用，因此，如何高精度测量出时间间隔是测量领域一直关注的问题。本文详细分析了目前国内外所采用的高精度时间间隔测量方法，指出其发展趋势，为研究新的测量方法指明了方向。 1 电子计数法 1.1 测量原理与误差分析 在测量精度要求不高的前提下，电子计数法是一种非常好的时间间隔测量方法，已经在许多领域获得了实际应用，其测量原理如图1 量化时钟频率为 0f ，对应的周期001f T =，在待测脉冲上升沿计数器输出计数脉冲个数N M ,，1T ，2T 为待测脉 冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔，则待测脉冲时间间隔x T 为： ()210T T T M N T x -+?-= （1） 然而，电子计数法得到的是计数脉冲个数N M ,，因此其测量的脉冲时间间隔为： ()0' T M N T x ?-= （2） 比较表达式（1）（2）可得电子计数法的测量误差为21T T -=?，其最大值为一个量化时钟周期0T ，产生的原因是待 测脉冲上升沿与量化时钟上升沿的不一致，该误差称为电子计数法的原理误差。 除了原理误差之外，电子计数法还存在时标误差，分析表达式（2）得到： ()()00'..T M N T M N T x ?-+-?=? （3） 比较表达式（3）（2）： ()()00 ''T T M N M N T T x x ?+--?=? （4） 根据电子计数法原理，()1±=-? M N ，0'T T M N x =-，因此： 00'0'T T T T T x x ??+±=? （5） 00'T T T x ??即为时标误差，其产生的原因是量化时钟的稳定度00T T ?，可以看出待测脉冲间隔x T 越大，量化时钟的稳 定度导致的时标误差越大。 作者简介：孙杰： （1975—），男（汉族），安徽合肥人，解放军电子工程学院讲师 潘继飞：（1978—），男（汉族），安徽凤阳人，解放军电子工程学院信号与信息处理专业博士生
0引言 随着无线电技术的发展与普及，"频率"已经成为广大群众所熟悉的物理量。而单片机的出现，更是对包括测频在内的各种测量技术带来了许多重大的飞跃，然而，小体积、价廉、功能强等优势也在电子领域占有非常重要的地位。为此．本文给出了一种以单片机为核心的频率测量系统的设计方法。 1 测频系统的硬件结构 测量频率的方法一般分为无源测频法、有源测频法及电子计数法三种。无源测频法(又可分为谐振法和电桥法)，常用于频率粗测，精度在1％左右。有源比较法可分为拍频法和差频法，前者是利用两个信号线性叠加以产生拍频现象，再通过检测零拍现象进行测频，常用于低频测量，误差在零点几Hz；后者则利用两个非线性信号叠加来产生差频现象，然后通过检测零差现象进行测频，常用于高频测量，误差在±20 Hz左右。以上方法在测量范围和精度上都有一定的不足，而电子计数法主要通过单片机进行控制。由于单片机的较强控制与运算功能，电子计数法的测量频率范围宽，精度高，易于实现。本设计就是采用单片机电子计数法来测量频率，其系统硬件原理框图如图1所示。 为了提高测量的精度，拓展单片机的测频范围，本设计采取了对信号进行分频的方法。设计中采用两片同步十进制加法计数器74LS160来组成一个100分频器。该100分频器由两个同步十进制加法计数器74LS160和一个与非门74LS00共同设计而成。由于一个74LS160 可以分频十的一次方，而当第一片74LS160工作时，如果有进位，输出端TC便有进位信号送进第二片的CEP端，同时CET也为高电平，这样两个工作状态控制端CET、CEP将同时为高电平，此时第二片74LS160将开始工作。 2 频率测量模块的电路设计 用单片机电子计数法测量频率有测频率法和测周期法两种方法。测量频率主要是在单位定时时间里对被测信号脉冲进行计数；测量周期则是在被测信号一个周期时间里对某一基准时钟脉冲进行计数。 2．1 8051测频法的误差分析 电子计数器测频法主要是将被测频率信号加到计数器的计数输入端，然后让计数器在标准时间Ts1内进行计数，所得的计数值N1。与被测信号的频率fx1的关系如下：
频率测量及短期频率稳定度表征 在时间频率领域，频率测量及短期频率稳定度的表征与测量是时间频率计量的基本内容也是时间频率发展的基础，是非常重要的，其理论与方法也相对完善。中国计量科学研究院于1981年建立了标准频率检定装置，1987年建立了短期频率稳定度检定装置，为全国频率量值的准确统一做出了巨大贡献。本文简要介绍频率测量的基本原理与短期频率稳定度表征的基本理论与测量方法。 一．频率测量 按照国家时间频率计量检定系统表，频率量值的传递，主要是通过各种频率标准来进行，因此对频率标准的测量显得尤其重要。本文涉及的测量仅指对频标的测量，即对输出波形为正弦波，输出频率单一的频率源的测量。 各种频率测量方法最基本的原理是将被测信号与已知的标准信号即参考源进行比较，得到被测信号的频率。对参考源的基本要求是，频率稳定度要比被测源高3倍，其他技术指标高一个数量级。 1．普通计数法 被测信号 f x 被测信号经放大整形后变为脉冲信号，晶振作为参考信号经分频后产生各种闸门信号，控制电子门，在闸门时间内，计数脉冲个数，设闸门时间为τ，计数为N ，则被测频率为： τ N f x = (1) 若被测频率的标称频率为f 0，则相对频率偏差为： τ τ τ0000)(f f N f f f y x -= -= （2） 为求频率测量误差，对（2）式求微分，最终结果为 τ τ τ τx f d dy 1 )(± = （3） 第一项为计数器的时基误差，等于晶振的准确度，第二项为±1误差即量化误差。还有一项为触发误差，在频率测量中触发误差误差的影响很小，可以忽略。第一项误差，可通过提高参考源的准确度或稳定度，如采用高稳晶振或原子频标来减小，但第二项误差是无法克服的，1/f x τ为计数法的测量分辨力。为提高测量分辨力，产生了以下较常用的测量方法。 2．多周期同步法 一般计数法测频时，存在±1误差，取样时间一定时，±1误差与频率成反比，
介绍一下大拇指测距的方法，具体的 答案 拇指测距（与密位）向前伸直手臂树起拇指，闭上左眼，右眼、拇指、目标形成 直线，闭上右眼，睁开左眼，此时记住左眼、拇指延长直线目标右侧那一点，目测那一点与目标的距离并乘以10，即你到目标的大概距离。竖起大拇指。手臂放平目光通过指尖是与水平线的夹角约120 密位，看目标高度估算出视线经过目标顶部和目标底部的两条实现的夹角为多少密位，用密位乘以目标高度（凭经验）即为目标距离 例如，日军身高约 1.5 米，视线通过其头顶和脚底的夹角约100 密位，距离为150 米通常情况下，某些物体的长度是一个已知量，比如汽车、房屋等，那么根据在目测中占据多大角度（军事测量中采用密位），就可以推算出其距离远近。 用伸直手臂之后竖起的大拇指所遮挡的范围的密位数是固定的，由此参考被测目标，就可以得到这个角度值。经过换算就可以得到距离的大致数据。密位是一个圆平分为6000 份每一份是一密位，还有伸出右手，闭上左眼，对准一个物体，让他恰好挨着你的大拇指左侧，手不要动换一下眼，你会发现物体产生跳动一段距离，根据物体目测宽度，跳动宽度，之比乘以50. 为大约距离。还有经验积累。密位计算也是实际物体在你手上相对应的一个密位数通过计算得出的大约距离。 理论上讲，将胳膊伸直，竖起拇指，根据眼睛到拇指的距离（约为臂长），拇指长和所测物的高进行相似计算。但实际上，使用这项技能时，基本是凭经验测距，要长时间练习才能熟练掌握。而且，要更正的是，手指测距多用于行军和炮兵定位粗测，且是每个士兵必修。而很少用手指测距，因为手指测距要将手臂伸直，很容易暴露自己，狙击手多直接用目测。手指测距一般能估测2-4 公里（有明显地物，如房子，树等时适用），经验丰富的士兵误差不超过200 米，目测一 般用来估测一公里内距离，误差50 米以里。手指测距和目测都是需要长期练习的，还要了解一般地物的大小，及其在不同距离的视觉大小，能熟练利用距离已知的参照物进行比较等。如果你能刻苦练习，相信你一定会成功。 "大拇指测距法"是根据直角三角函数来测量的假设距离我们N米有一目标物，测量我们到目标物的距离： 1 、水平端起我们的右手臂，右手握拳并立起大拇指2、用右眼（左眼闭）将大拇指的左边与目标物重叠在一条直线上; 3 、右手臂和大拇指不动，闭上右眼，再用左眼观测大拇指左边，会发现这个边线离开目标物右边一段距离；4、估算这段距离（这个也可以测量），将这个距离X 10,得数就是我
固有频率测定方法 1.概要 固有频率的测定一般采用传递函数测定的方法。这个方法是一种为了测定结构物的各个点中的传递函数，使用数字信号处理技术和FFT算法的方法。 所谓传递函数是指若以系统的输入信号为“X”,从该处输出（应答）信号为“Y”，可以公式：传递函数 H=Y/X (1) 来表示的函数。 振动解析的领域中处理的传递函数，输入X多数为力。输出（应答）Y 是哪一个物理量，则取决于测定。如表1所示那样，传递函数H分别具有固有频率。 表1 传递函数的种类 Y 位移速度加速度 H 顺从性迁移 率 加速度（惯性） 图1所示为测定传递函数顺序。固有频率与传递函数的虚数部中的峰值相一致。此外，除在振幅成为“0”的节点测定的外，在所有的测定点，振幅存在于相同的频率上。 图1 传递函数的测定顺序
以的输入信号 同时采样输入信号和应答 信号 实行采样的波形（信号）的 傅里叶交换 以输入的傅里叶交换实行 应答的傅里交换 2.测定安装方法 以下就传递函数测定法的具有代表性的加振方法——随机加振法、脉冲加振法进行说明。对于试验体的材料、结构、试验目的等，可采用各种各样的加振方法，详细内容请参照参考书。 （1）随机加振法图2 随机加振法随机加振法是一种如图2所示的那样， 在试验体的加振点安装加振机，给与随机噪 声的加振力，测定应答点的加速度，其信号 输入至FFT模拟装置，进行处理的方法。 图3脉冲加振法（2）脉冲加振法 脉冲加振法是一种如图3所示的那样，用 脉冲锤子敲打作为测定对象的试验体的加振点， 给与脉冲状的力，检测这个力的时间变化和应
答点的加速度，进行与上述加振法相同的处理 方法。 此外，脉冲信号的频谱也是平坦的，所以， 随机噪声同样作为输入波形使用。 再者，采用这类测定时有必要预先确认加振力和应答加速度的时间波形、频谱、相关函数。 表2 所示为各种加振法的比较。 表2 加振法的比较 3.加振试验时的注意事项
时间频率测量技术的发展与应用 陈洪卿 (中国科学院国家授时中心) 1时间频率精密测量的目的和意义 信息化时代的到来，高精度时问频率已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关 重要的一个参量。时间的应用范围已经渗透到从基础研究领域(天文学、地球动力学、物理学等)到工程 技术领域(信息传递、电力输配、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等)，以及关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域(交通运输、金融证券、邮电通信等)的各个方面，几乎无所不及。 中国科协副主席、时间工作专家叶叔华院士认为“生活离不开时间频率，它是高新技术的基础”。“863”高科技计划倡导者陈芳允院士认为“时间频率在工业、交通、电信等方面的应用十分广泛。计时、工业控制、定位导航、现代数字化技术和计算机都离不开时频技术和时频测量”。它“在科技发展和社会进步中占有特殊重要的地位。”[1]2003年全国时间频率学术会议上，王义道教授作特邀报告“建设我国独立自主时间频率系统的思考”[2]指出：时间频率系统是维护国家安全和独立自主的命脉；现代化战争中原子钟比原子弹更重要；精密时间频率广泛应用于现代通信、导航、制导、定位、天文观察、大地测量、地质勘探、电网调配、电子对抗、交通管理、精密测量、科学研究等领域，设备需求量很大；标准频率与时间信号可以通过电磁波发射、传播、接收，直接为各种应用服务。 时间是国际单位制中的最基本的物理量之一，也是目前能够实现的测量不确定度最小的物理量。时间测量的精密度可小于10—18，准确度可达10一15。这使时间频率在计量、测量领域中起着十分突出的领先和独特作用[3]。因此，其它的物理量，如果能够通过一定的物理关系和物理常数转化为时间 频率量来进行测量，用时间测量来表征，那么，该物理量的测量 精度将会大大提高，并使计量单位趋向于统一。典型的例子，莫过于长度单位一米的定义。100 多年前，为适应世界贸易和科学技术发展需求，为统一国际长度度量单位和标准，成立国际米 制委员会，并确定和保持米尺原器，成为现代国际公制计量系统的基础。长度单位一米的测量 精度好不容易才达到10一8[4]。而今，由光速不变原理和L=CT确定长度，长度单位l米=真 空中光在1／299 792458秒时间内传播的距离，这样就可以用时间测量来表征长度测量，其精 度就提高到lO一9以上。作为原始基准的独立定义的长度单位，蜕变成由时间一光速联合定义的导出单位，长度单位就统一于时间单位了。此外，通过交流约瑟夫森量子效应，从加在约瑟 夫森结上的电压V与所产生的交流电频率之间的关系f=(2e／h)／v和国际协定常数值2e／h=483 597．9GHz／V，由测量频率求得电压；也可以求得电流、电阻以及温度等等[3]。
21世纪中国电子仪器发展战略研讨会2004年9月时间频率测量技术的发展与应用 陈洪卿 (中国科学院国家授时中心) 1时间频率精密测量的目的和意义 信息化时代的到来，高精度时问频率已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关 重要的一个参量。时间的应用范围已经渗透到从基础研究领域(天文学、地球动力学、物理学等)到工程 技术领域(信息传递、电力输配、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等)，以及关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域(交通运输、金融证券、邮电通信等)的各个方面，几乎无所不及。 中国科协副主席、时间工作专家叶叔华院士认为“生活离不开时间频率，它是高新技术的基础”。“863”高科技计划倡导者陈芳允院士认为“时间频率在工业、交通、电信等方面的应用十分广泛。计时、工业控制、定位导航、现代数字化技术和计算机都离不开时频技术和时频测量”。它“在科技发展和社会进步中占有特殊重要的地位。”[1]2003年全国时间频率学术会议上，王义道教授作特邀报告“建设我国独立自主时间频率系统的思考”[2]指出：时间频率系统是维护国家安全和独立自主的命脉；现代化战争中原子钟比原子弹更重要；精密时间频率广泛应用于现代通信、导航、制导、定位、天文观察、大地测量、地质勘探、电网调配、电子对抗、交通管理、精密测量、科学研究等领域，设备需求量很大；标准频率与时间信号可以通过电磁波发射、传播、接收，直接为各种应用服务。 时间是国际单位制中的最基本的物理量之一，也是目前能够实现的测量不确定度最小的物理量。时间测量的精密度可小于10—18，准确度可达10一15。这使时间频率在计量、测量领域中起着十分突出的领先和独特作用[3]。因此，其它的物理量，如果能够通过一定的物理关系和物理常数转化为时间频率量来进行测量，用时间测量来表征，那么，该物理量的测量 精度将会大大提高，并使计量单位趋向于统一。典型的例子，莫过于长度单位一米的定义。100 多年前，为适应世界贸易和科学技术发展需求，为统一国际长度度量单位和标准，成立国际米 制委员会，并确定和保持米尺原器，成为现代国际公制计量系统的基础。长度单位一米的测量 精度好不容易才达到10一8[4]。而今，由光速不变原理和L=CT确定长度，长度单位l米=真 空中光在1／299 792458秒时间内传播的距离，这样就可以用时间测量来表征长度测量，其精 度就提高到lO一9以上。作为原始基准的独立定义的长度单位，蜕变成由时间一光速联合定义的导出单位，长度单位就统一于时间单位了。此外，通过交流约瑟夫森量子效应，从加在约瑟 夫森结上的电压V与所产生的交流电频率之间的关系f=(2e／h)／v和国际协定常数值2e／h=483 597．9GHz／V，由测量频率求得电压；也可以求得电流、电阻以及温度等等[3]。
频率测量设计 班级： 学号： 姓名： 指导老师：
简介： 频率仪器是数字电路中一个典型应用，实际的硬件设计用到的器件较多，联机比较复杂，而且会产生比较大的延迟。随着复杂可编程逻辑器件的广泛应用，将使整个系统大大简化。提高整体性能，它是直接用十进制数字来显示被测信号频率的一种测量装置。它不仅可以测量正弦波，方波，三角波，尖脉冲信号和其他具有周期的信号的频率，而且还可以测量他们的周期。经过改装，可以测量脉冲宽度，做成数字式脉宽测量仪：可以测量电容做成数字电容测量仪;在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏仪，计价器等。因此数字频率仪在测量物理量方面有广泛应用，数字式频率计是测量频率最常用的仪器之一，其基本设计原理是首先把待测信号通过放大整形，变成一个脉冲信号，然后通过控制电路控制计数器计数，最后送到译码显示电路里进行显示。 1 频率计的设计原理 交变信号或脉冲信号的频率是指在单位时间内，由信号所产生的交变次数或脉冲个数，即fx=N/t. 可以看出测量fx，必须将N或t两个量之一作为闸门或基准，对另一个量进行测量。在一般数学电路中，对fx的测量是由电路提供标准闸门信号即t= Tz，Tz通常为1s 或它的十倍百倍等，然后对Tz内的被测信号变化的次数进行计数，得到Nx，即可得到fx=Nx/Tz. 对于低频信号，数字电路中采用的是测周期法，即Tx=1/fx=t/N,由电路提供标准时基信号Ts，将被测信号的周期作为闸门，将测量转化为对标准时基信号进行计数Tx=nx * Ts 。 频率计的设计原理实际上是测量单位时间内的周期数。这种方法免去了实测以前的预测，同时节省了划分频率的时间，克服了原来高频率采用测频模式而低频段采用测周期模式的测量方法存在换挡速度慢的缺点。通常情况下计算每秒内待测信号的脉冲个数，此时我们称闸门时间为1秒。闸门时间也可以大于或小于1秒。闸门时间越长，得到的频率值就越准确，但闸门时间越长则每测一次频率的时间隔就越长。闸门时间越短，测得频率值刷新据越快，但测得的频率精度就受影响。本论文的任务是设计一个基于单片机技术的数字频率计。主要介绍了整形电路、控制电路和显示电路的构成原理，以及其测频的基本方法。进行了相应的硬软件设计。 2.频率计总体方案设计 单片机是数字信号处理工具。输入单片机的信号必需是离散的数字信号或者是脉冲信号。因此检测来的正弦信号必需经过预处理变为单片机能接受的，且是采集简便，计算工作量较少的信号。首先将信号通过滤波器滤去高频干扰和低频漂移
电气间隙和爬电距离的测量方法 爬电现象：在绝缘材料的性能降低时受天气等外界因素如空气湿度大,接连阴天霉雨季节,潮湿环境等使得带电金属部位与绝缘材料产生象水纹样电弧沿着外皮爬的现象，也有点象闪电一样. 爬电原理：两极之间的绝缘体表面有轻微的放电现象，造成绝缘体的表面（一般）呈树枝状或是树叶的经络状放电痕迹，一般这种放电痕迹不是连通两极的，放电一般不是连续的，只是在特定条件下发生，如天气潮湿、绝缘体表面有污秽、灰尘等，时间长了会导致绝缘损坏。 引起爬电现象的原因：绝缘部分表面附着污秽，使绝缘部分绝缘强度下降，在空气潮湿发生爬电。 爬电的本质：绝缘表面电压分布不均匀，造成局部放电。 发生爬电的环境：发生爬电时电弧的长度受污秽的面积大小、空气湿度、电压高低因素影响。在电缆的绝缘部分，绝缘材料的绝缘强度、防污秽附着、加长绝缘“距离”等性能会对爬电现象有影响 电气间隙Clearance 在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的最短空间距离。即在保证电气性能稳定和安全的情况下，通过空气能实现绝缘的最短距离。 电气间隙的大小和老化现象无关。电气间隙能承受很高的过电压，但当过电压值超过某一临界值后，此电压很快就引起电击穿，因此在确认电气间隙大小的时候必须以设备可能会出现的最大的内部和外部过电压（脉冲耐受电压为依据）。在不同场合使用同一电气设备或运用过电压保护器时所出现的过电压大小各不相同。因此根据不同的使用场合将过电压分为Ⅰ至Ⅳ四个等级。 爬电距离：沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短路径。即在不同的使用情况下，由于导体周围的绝缘材料被电极化，导致绝缘材料呈现带电现象。此带电区（导体 为圆形时，带电区为环形）的半径，即为爬电距离； 爬电距离
频率测量方法： 1 技巧离散傅立叶方法 设余弦输入信号：)cos()(φω+=t X t x ，其中φ,X 分别为信号的幅值和初相角。对)(t x 以 N 50的采样频率进行采样，则可得采样序列{})(k x ： )50cos()(φω +=N k X k x （1） 同时)(t x 可表示为 2 )(*t j t j e x e x t x ωω-+= （2） 由全周傅氏算法，有 ∑-=-+=1 2)(2?N k N k j r e r k x N x π （3） (2)代入（3），考虑到)50(2f ?+=πω，则有 )]1(100)12([5022 * ]100)12([50112 2sin 22sin ?-++-+?-+-+?+=N r N r f N j r N r f N j r e N N x e N N x x ππθθθθ （4） 其中N f 5021?=πθ，N f ) 502(22?+=πθ 令)] 1002(50[ +?=f N j e a π *********************************************************************** α=[y(i) + y(i-2)+sqrt( ((y(i)+y(i-2))^2 – 4y(i-1)^2 ) ]/ (2 * y(i-1)) 1 11 1jb a jd c ++ 其中： )1(21-*=i real a )1(21-*=i imag b a i real i real c +-+=)2()(1 a d i imag i imag d 2)2()(1+ -+= [][][] )1()1(4)2()()2()(222 2 -+-*--+--+=i imag i real i imag i imag i real i real c
基于8051单片机的频率测量技术 0引言 随着无线电技术的发展与普及，"频率"已经成为广大群众所熟悉的物理量。而单片机的出现，更是对包括测频在内的各种测量技术带来了许多重大的飞跃，然而，小体积、价廉、功能强等优势也在电子领域占有非常重要的地位。为此．本文给出了一种以单片机为核心的频率测量系统的设计方法。 1 测频系统的硬件结构 测量频率的方法一般分为无源测频法、有源测频法及电子计数法三种。无源测频法(又可分为谐振法和电桥法)，常用于频率粗测，精度在1％左右。有源比较法可分为拍频法和差频法，前者是利用两个信号线性叠加以产生拍频现象，再通过检测零拍现象进行测频，常用于低频测量，误差在零点几Hz；后者则利用两个非线性信号叠加来产生差频现象，然后通过检测零差现象进行测频，常用于高频测量，误差在±20 Hz左右。以上方法在测量范围和精度上都有一定的不足，而电子计数法主要通过单片机进行控制。由于单片机的较强控制与运算功能，电子计数法的测量频率范围宽，精度高，易于实现。本设计就是采用单片机电子计数法来测量频率，其系统硬件原理框图如图1所示。 为了提高测量的精度，拓展单片机的测频范围，本设计采取了对信号进行分频的方法。设计中采用两片同步十进制加法计数器74LS160来组成一个100分频器。该100分频器由两个同步十进制加法计数器74LS160和一个与非门74LS00共同设计而成。由于一个74LS160可以分频十的一次方，而当第一片74LS160工作时，如果有进位，输出端TC便有进位信号送进第二片的CEP端，同时CET也为高电平，这样两个工作状态控制端CET、CEP将同时为高电平，此时第二片74LS160将开始工作。
固有频率测定方法1.概要 固有频率的测定一般采用传递函数测定的方法。这个方法是一种为了 测定结构物的各个点中的传递函数， 使用数字信号处理技术和FFT算法的 方法。 所谓传递函数是指若以系统的输入信号为“X”,从该处输出（应答）信 号为“Y”，可以公式：传递函数 H=Y/X (1) 来表示的函数。 振动解析的领域中处理的传递函数，输入X多数为力。输出（应答） Y是哪一个物理量，则取决于测定。 如表1所示那样，传递函数H分别具 有固有频率。 表1 传递函数的种类
从性移 率速度（惯性） 图1所示为测定传递函数顺序。固有频率与传递函数的虚数部中的峰值相一致。此外，除在振幅成为“0”的节点测定的外，在所有的测定点，振幅存在于相同的频率上。 图1 传递函数的测定顺序
2.测定安装方法 以下就传递函数测定法的具有代表性的加振方法——随机加振法、脉 冲加振法进行说明。对于试验体的材 料、结构、试验目的等，可采用各种 各样的加振方法，详细内容请参照参 考书。 （1）随机加振法 图2 随机加振法 随机加振法是一种如图2所示的那 样， 在试验体的加振点安装加振机，给与 随机噪 声的加振力，测定应答点的加速度， 其信号
输入至FFT模拟装置，进行处理的方 法。 3脉冲加振法 （2）脉冲加振法 脉冲加振法是一种如图3所示的那 样，用 脉冲锤子敲打作为测定对象的试验体的加振点， 给与脉冲状的力，检测这个力的时间变化和应 答点的加速度，进行与上述加振法相同的处理 方法。 此外，脉冲信号的频谱也是平坦的，所以， 随机噪声同样作为输入波形使用。 再者，采用这类测定时有必要预先确
一种全同步数字频率测量方法的研究 摘要:在频率测量过程中，±1个计数误差通常是限制频率测量精度进一步提高的重要原因。在分析±1个计数误差产生原因的基础上，提出了一种利用被测信号、时钟基准和测量门限相位的全同步来消除计数误差的频率测量方法，给出了基于FPGA实现上述测量方法的实验原型和实验对比结果。 关键词:相位同步频率测量 FPGA 频率测量是电子测量技术中最基本的测量之一。工程中很多测量，如用振弦式方法测量力、时间测量、速度测量、速度控制等，都涉及到频率测量，或可归结为频率测量。频率测量方法的精度和效能常常决定了这些测量仪表或控制系统的性能。频率作为一种最基本的物理量，其测量问题等同于时间测量问题，因此 频率测量的意义更加显然。 常用数字频率测量方法有M法、T法和M/T法。M法是在给定的闸门时间内测量被测信号的脉冲个数，进行换算得出被测信号的频率。这种测量方法的测量精度取决于闸门时间和被测信号频率。当被测信号频率较低时将产生较大误差，除非闸门时间取得很大。所以这种方法比较适合测量高频信号的频率。T法是通过测量被测信号的周期然后换算得出被测信号的频率。这种测量方法的测量精度取决于被测信号的周期和计时精度，当被测信号频率较高时，对计时精度的要求就很高。这种方法比较适合测量频率较低的信号。M/T法具有以上两种方法的优点，它通过测量被测信号数个周期的时间然后换算得出被测信号的频率，可兼顾 低频与高频信号，提高了测量精度。 但是，M法、T法和M/T法都存在±1个字的计数误差问题：M法存在被测闸门内±1个被测信号的脉冲个数误差，T法或M/T法也存在±1个字的计时误差。这个问题成为限制测量精度提高的一个重要原因。本文在以上方法的基础上，提出了一种新的频率测量方法，该方法利用全同步方法消除限制测量精度提高的±1数字误差问题，从而使频率测量的精度和性能大为改善。 1 全同步数字频率测量方法的原理 M/T法是目前使用比较广泛的一种频率测量方法。其核心思想是通过闸门信号与被测信号同步，将闸门时间τ控制为被测信号周期的整数倍。测量时，先打开参考闸门，当检测到被测信号脉冲沿到达时开始计时，对标准时钟计数；参考闸门关闭时，计时器并不立即停止计时，而是待检测到被测信号脉冲沿到达时才停止计时，完成测量被测信号整数个周期的过程。测量的实际闸门时间与参考闸门时间可能不完全相符，但最大差值不超过被测信号的一个周期。M/T法测量原 理如图1所示。