Теория работы частотомера

[Ghost in shell]

Собственно, вопрос:
Какая связь между диапазоном измерения и временем счета импульсов? Ясно, что чем дольше считаем импульсы, тем точнее результат. Но где оптимум?

[МитяРа]

Какая связь между диапазоном измерения и временем счета импульсов?

Строгой прямой зависимости нет..

чем дольше считаем импульсы, тем точнее результат.

Это не ко всем диапазонам применимо.. Да и на практике ждать результатов измерения несколько секунд не всегда приемлемо..
Разные диапазоны можно ведь по разному измерять.. Большие - считаем импульсы за базу времени, а на маленьких - измеряем период входных импульсов, а потом вычисляем частоту..

Но где оптимум?

Как в одном сериале говорится: "Истина, где-то там.."

[Goldsmith]

Ясно, что чем дольше считаем импульсы, тем точнее результат. Но где оптимум?

Оптимум определяется требованиями к прибору.

Например, если нужна точность измерения частоты 1%, достаточно выбрать опорную частоту в 100 раз ниже измеряемой. Аналогично в случае измерения периода: период опорного сигнала должен быть минимум в 100 раз меньше измеряемого периода.

Если нужна точность измерения выше (ниже), соответственно следует изменить соотношение частоты/периода опорного и измеряемого сигналов. Плата за увеличение точности - пропорциональное увеличение времени измерения.

[Callous]

Все выше написанное применимо только к измерению постоянной частоты, если частота сигнала плавает или просто меняется, то вполне логично что чем дольше измерение тем менее точный результат. все зависит от конкретных условий.

[МитяРа]

все зависит от конкретных условий.

Полностью согласен.. Если будет конкретно написано, что предполагается измерять, то уже можно что-то точно предложить..

А при измерении плавающей частоты, тут тоже возможны варианты, как например: считаем импульсы за 10 баз времени, а потом делим на эти-же 10...

[aen]

Еще зависит от стабильности задающего кварцевого генератора. В обычной схеме кварцевого генератора стабильность частоты будет порядка 10 в минус пятой степени и при такой стабильности задающего генератора, не имеет смысла делать разрядность частотомера больше 5 - 6 разрядов и соответственно период света в одну секунду при такой стабильности совершенно не нужен.
Можно для интереса посмотреть задающие генераторы промышленных частотомеров и все поймете. Это очень сложная штука.

[Леонид Иванович]

Собственно, вопрос: Какая связь между диапазоном измерения и временем счета импульсов?

Если используется метод обратного счета, то связи никакой. Время измерения определяет относительную точность, независимо от значения измеряемой частоты. А измеряется количество импульсов заполнения N опорной частоты, которое укладывается в M целых периодов входной частоты. Частота определяется по формуле Fref * M / N.

[Ghost in shell]

Если будет конкретно написано, что предполагается измерять, то уже можно что-то точно предложить..

Всем спасибо за ответы!
Имеется в виду шпиндель (к чему патрон крепится) токарного станка. Диапазон там - от 30 до 1000 оборотов в минуту. При работе, само собой, частота "плывет". На 5-10%, ИМХО.

[МитяРа]

Диапазон там - от 30 до 1000 оборотов в минуту.

Значит частота от 0.5 до 17 Гц..
Можно измерять или период или длительность импульса от датчика..

А датчик оборотов какой планируешь сделать или применить ?

[Aladdin]

Тогда лучше не частоту измерять, а отклонение от номинала.

[akl]

Если используется метод обратного счета, то связи никакой. Время измерения определяет относительную точность, независимо от значения измеряемой частоты. А измеряется количество импульсов заполнения N опорной частоты, которое укладывается в M целых периодов входной частоты. Частота определяется по формуле Fref * M / N.

Если можно, два маленьких дополнения
-абсолютная погрешность измерения этим методом рассчитывается по выражению П=Fx/(Fref*Tизмер.)
-Fref совершенно не обязательно должна быть "правильной", что делает "метод обратного счета" особенно привлекательным в любительских целях. Т.е. если кварцевый резонатор 5'007'789,012 Гц обеспечивает наибольшую стабильность параметров именно при такой частоте генерации, то ее и нужно поддерживать и, соответственно, подставлять в выражение для расчета измеряемой частоты.

Имеется в виду шпиндель (к чему патрон крепится) токарного станка. Диапазон там - от 30 до 1000 оборотов в минуту. При работе, само собой, частота "плывет". На 5-10%, ИМХО.

Для тахометров именно этот метод дает отличные результаты. Выражение для тахометра S[об/мин]=60*Fref * M /(N*K), где K-число импульсов датчика за один оборот.

[Goldsmith]

Все выше написанное применимо только к измерению постоянной частоты, если частота сигнала плавает или просто меняется, то вполне логично что чем дольше измерение тем менее точный результат. все зависит от конкретных условий.

По определению:

ЧАСТОТА колебаний - количественная характеристика периодических колебаний, равная отношению числа циклов колебаний ко времени их совершения.

(Большой энциклопедический политехнический словарь).

Дла непериодических колебаний само понятие частоты лишено физического смысла, и непонятно, что именно мы измеряем. Какую-то среднюю температуру по больнице.

Имеется в виду шпиндель (к чему патрон крепится) токарного станка. Диапазон там - от 30 до 1000 оборотов в минуту.

Я решал аналогичную задачу для своей самодельной сверлилки с ЧПУ, только там обороты шпинделя повыше - от 1.000 до 35.000 RPM. Измерял длительность оборота шпинделя, использовал для этого 16-разрядный таймер-счетчик МК AVR. Выход оптического датчика подавал на вход захвата таймера. Для тактирования таймера использовал тактовый генератор МК с переменным коэффициентом деления - выбирал его таким образом, чтобы счетчик не переполнялся, но и не опускался ниже 5.000 единиц. Для данной задачи такая точность более чем достаточна.

[sezador]

Какая связь между диапазоном измерения и временем счета импульсов? Ясно, что чем дольше считаем импульсы, тем точнее результат. Но где оптимум?

Допустим, что и для малой, и для высокой частоты задано одно и то же время измерения. Например, одна секунда. Тогда для частот, превышающих частоту встроенного в электронно-счетный частотомер задающего кварцевого генератора, погрешность будет меньше если в течение этой самой одной секунды считать импульсы, полученные из входного сигнала. А если частота входного сигнала ниже частоты задающего генератора, то наоборот - из входной частоты формируем "окно" длительностью около одной секунды и заполняем его импульсами от встроенного задающего генератора, подсчет которых дает значение, пропорциональное периоду следования входных импульсов. Из периода вычисляем искомую частоту. Сделал как-то макет такого частотомера, так он у меня 5 Гц измерял с погрешностью в тысячные доли процента...

[Ghost in shell]

А датчик оборотов какой планируешь сделать или применить ?

готовый датчик от струйного принтера (сейчас их много выбрасывают, полюбили лазерники).
Еще надо определится с количеством импульсов за оборот. Предполагаю использовать TMR2 в PIC16F72, там 2 делителя и предзагрузка не сбрасывается при переполнении.
Еще бы с теминологией определится:

Ничегонеработает писал(а):
"Если используется метод обратного счета, то связи никакой. Время измерения определяет
относительную точность, независимо от значения измеряемой частоты.
А измеряется количество импульсов заполнения N опорной частоты, которое укладывается
в M целых периодов входной частоты. Частота определяется по формуле Fref * M / N."

Fref - это что? (да простится мое невежество)
Т.е. стартует счет и отсчитывается некое целое число входных импульсов М, а N - число импульсов опорной частоты, поторые прошли за тоже время, что и все М. Уффф...

[SmarTrunk]

Fref - опорная частота

[Леонид Иванович]

Т.е. стартует счет и отсчитывается некое целое число входных импульсов М, а N - число импульсов опорной частоты, поторые прошли за тоже время, что и все М. Уффф...

Принцип измерения частоты неоднократно обсуждался на разных форумах, поинтересуйтесь имеющимися наработками, прежде чем делать свою. Когда-то я описывал кратко принцип здесь:
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=20&t=27831

Есть и на electronix хорошая ветка по этому поводу:
http://electronix.ru/forum/index.php?sh ... 9796&st=15

Свой частотомер я показывал тут, но более полного описания, увы, до сих пор не сделал:
http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php?p=425206#p425206

[clawham]

http://radiokot.ru/forum/viewtopic.php? ... 98#p881798
vjz наработка очень точно меряет чатсоты от 0.001 герца до 20 мегагерц!(можно и выше с внешним делителем)
в меню есть задание коэффициентов на который будет умножаться частота и есть счетчик подсчета кол-ва импульсов который делится на произвольно заданный коэффициент

[Леонид Иванович]

есть счетчик подсчета кол-ва импульсов который делится на произвольно заданный коэффициент

Что это значит и для чего это?

[clawham]

например :
1) электросчетчик выдаёт 1 герц на 3200 ватт и 1600 импульсов за 1 киловаттчас следовательно
нужно частоту умножать на 3200 и выводить на экран а подсчет киловаттчасов наоборот надо кол-во импульсов делить на 1600

2) спидометр - 6 герц = 1 км/ч следовательно герцы надо умножить на 6 чтоб показывал не попугаи а км/ч, а вот пробег - наоборот - 600 импульсов на 1 километр...чтоб показать правильный пробег нужно общее кол-во импульсов поделить на 600 и тогда получим пробег в километрах

3) Тахометр - аналогично другим примерам - один оборот двигла = 2 импульса на катушку зажигания...чтоб получить обороты в секунду надо умножить герцы на 0.5 .... если надо оборот в минуту то надо герцы умножить на 30....дальше кол-во оборотов всего надо поделить например на 6000 и получим пробег на 4-й передаче вне зависимости ездили мы год на первой-второй по городу или на трассе - удобно для наглядного расхода ресура двигателя...ибо мотору наплевать едеш ты или на холостую тарахтиш - ресурс съедается примерно одинаково....

4) есть проц арм с тучей систем тактования умножителей и т.д. ...ты вывел по таймеру каждые 1000 тактов системы меняет состояние пина - чтоб померять реальную частоту в герцах нужно умножить на 2000 или чтоб увидеть в мегагерцах - умножить на 0.002 помоему( не считал точно)

суть понятна?
а бывает надо просто знать половинную частоту (например из транса с выпрямителем в розетку - покажет же 100 герц ибо будет и положительная и отрицательная полуволны...чтоб увидеть реальную чатсоту сети - умножаем на 0.5

[Ghost in shell]

набросал я эскиз кода (часть, относящаяся к измерению частоты)

Код: Выделить всё

volatile unsigned int S; 	// результат в об/мин
volatile unsigned int M; 	// измеряемая частота
volatile char N; 		// опорная частота
volatile int M; 		// результат имерения
volatile bit Z = 0; 		// 0 - разрешение измерения

void interrupt isr (void)	// обработчик прерываний
{
if (TMR2IF) // опрос флага прерывания по переполнению TMR2
// TMR2 генерит сотые доли секунды
{
N++;
TMR2IF = 0;		// сброс флага прерывания по переполнению TMR2
GIE = 1; 		// разрешены все немаскированные прерывания
}
}	// конец обработчика прерываний


void main (void)

stTMR2();	// запуск TMR2 настроен  на 100 Hz

for (;;)
{

if ((RC0 == 1) & (Z == 0))	// измеряемая величина
{
M++;
}

if (M == 5)	// считать по 5 измеряемых импульсов
{
TMR2ON = 0;	// выключить TMR2
Z = 1;		// останов счета
S = 60*100*M/N;
M = 0;
N = 0;
Z = 0;		// запуск счета
TMR2ON = 1;	// включить TMR2
}

}