分频测量频率的原理
(完整版)光电检测技术与应用_郭培源_课后答案
光电检测技术与应用课后答案第1章1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。
（1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用：家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦--- 红外测距传感器自动感应灯：亮度检测---光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描--- 线阵CCD红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检测技术应用实例简介点钞机（1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。
由于仿制困难，故用于辨伪很准确。
（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。
人民币的纸质特征与假钞的纸质特征有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会不同，利用这一原理，可以实现辨伪。
（3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。
人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm 的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm 的蓝光），人民币则没有荧光反应。
所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞票的荧光反映，可判别钞票真假。
频率测量原理
fx ~ fs ~
v
耳机
示波器
7
有源测量方法
2、差频法：
利用非线性器件和标准信号对被测信号 进行差频变换来实现频率的测量。适用 于高频段的测量。
fx ~
混频
滤波放大器
V
fs ~
差频法测频原理
8
软件实现-FFT算法
FFT算法：
FFT算法即快速傅里叶算法，是傅里叶变换一种 高效的实现方法，它将时域的信号通过该算法得到频域
17
18
5
无源测量方法
3、频率—电压变换法：
频率—电压变换法测频就是先把频率信号变换为 电压或电流信号，然后用带有频率刻度的电压表或
电流表直接得出被测频率。
ux
Aபைடு நூலகம்
B
U0
脉冲形成
单稳态多谐振荡器
积分
6
有源测量方法
1、拍频法：
将被测信号与标准信号经线性元件直接进 行叠加来实现频率的测量。通常只用于音 频的测量。
M
fx ~
LC
v
谐振法测频原理
fx
c
4
无源测量方法
平衡条件与频率有关的电桥都可以用来测量
2、电桥法： 频率，电桥的频率特性应尽可能尖锐。常用的电
桥有：文氏电桥、谐振电桥、双T电桥。
fx ~
C1
R3
R1
R2 R4
C2
fx
R
C
取R1= R2=R，C1=C2=C，则由f= ω/2 π 得 fx=1/2πRC
数字计数器法
fs=1/Ts 晶振
倍频器（m）
Ts/m
闸门
计数显示
TX
放大整 TX 分频器 Kf TX
频率计测频原理
1.1 电子计数法测频原理
1.基本原理
根据频率的定义，若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则 该信号的频率为：
（4.2）
门电路复习：
与门
A 1/0
B 1/0
c 1/0
同理“或”门、与非、或非门等也有类似功能。
A 0011
B 0101
C 0001
由图可见：
因此
显示
晶 振
门 控
主 门
控制电路
A
B
C
D
E
1)时基（T）电路
T
两个特点：
(1)标准性 闸门时间准确度应比被测频率高一数量级以上，故 通常晶振频率稳定度要求达10-6～10-10。（恒温糟）
(2)多值性 闸门时间T不一定为1秒，应让用户根据测频精度和 速度的不同要求自由选择。例如：
=100MHz为例，可查知
=10kHz。
100MHz
图4.14 测频量化误差与测周量化误差
1Hz
1KHz
1MHz
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
1
10S
T=1S
0.1S
fc=10MHz
fc=1GHz
fc=100MHz
测频的量化误差
测周的量化误差
f
100MHz
因此，当
02
差产生的测频误差大得惊人 例如，fx= 10Hz，T=1s，则由±1误差引起的测频误差可达10％， 所以，测量低频时不宜采用直接测频方法。
2.测量低频时，由于±1误
2 电子计数法测量时间
本节介绍时间量的测量主要是指与频率对应的周期、相位及时 间间隔等时间参数，重点讨论周期的测量。
万用表频率测量原理
万用表频率测量原理
万用表的频率测量原理是基于电容的特性来进行测量的。
当电流经过一个电容器时，电容器会对电流进行相位延迟。
频率越高，电容器对电流的延迟越明显。
基于这个原理，万用表通过测量电流经过电容器的延迟时间来确定信号的频率。
具体原理是万用表内部的电路会将输入信号分频为不同的频段，然后将每个频段的信号转换为相应的电压。
这些电压会经过一个带有可变电容器的电路。
万用表内部的电路会调整电容器的电容值，直到输入信号的相位延迟与电容器的相位延迟相等。
万用表会根据电容器的电容值来确定输入信号的频率，并将测量结果显示在仪表上。
需要注意的是，万用表的频率测量原理适用于连续信号的测量，对于非连续信号或脉冲信号，并不适用。
此外，万用表的测量精度也会受到一些因素的影响，如温度变化、电阻、电容器的质量等因素都会对测量结果产生一定影响。
由于文中不能有标题相同的文字，因此上述内容不能直接作为标题，可根据实际情况修改或调整。
单片机分频方法
单片机分频方法
单片机分频方法是指通过单片机的计数器模块，将输入的高频信号进行分频，得到低频信号的一种方法。
在实际应用中，单片机分频方法被广泛应用于各种计数、定时、测量等领域。
单片机分频方法的实现原理是利用单片机内部的计数器模块，将输入的高频信号进行计数，当计数值达到一定的阈值时，输出一个低频信号。
这个阈值就是分频系数，通过改变分频系数，可以得到不同的低频信号。
单片机分频方法的实现步骤如下：
1. 配置计数器模块：选择计数器模块，并设置计数器的工作模式、计数方向、计数值等参数。
2. 设置分频系数：根据需要得到的低频信号频率，计算出相应的分频系数，并将其设置到计数器模块中。
3. 输入高频信号：将需要分频的高频信号输入到计数器模块的计数引脚上。
4. 输出低频信号：当计数器模块的计数值达到设定的阈值时，输出一个低频信号。
单片机分频方法的优点是可以实现高精度的分频，而且可以根据需要灵活地改变分频系数，得到不同的低频信号。
同时，由于单片机
内部集成了计数器模块，所以不需要额外的硬件电路，可以大大简化系统设计。
在实际应用中，单片机分频方法被广泛应用于各种计数、定时、测量等领域。
例如，在数字频率计中，可以利用单片机分频方法将输入的高频信号分频，得到低频信号后再进行计数，从而实现对高频信号频率的测量。
在定时器中，可以利用单片机分频方法实现对定时时间的精确控制。
单片机分频方法是一种简单、灵活、高精度的信号分频方法，具有广泛的应用前景。
《频率时间的测量》
0
t1 Δt
t2
t
由此可见，“时刻”和“间隔”二
者的含义和测量方法都是不同的。
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6.1.1 时间和频率的基本概念
频率的定义和标准
基本定义
事物在1秒钟内完成的周期性变化
的次数叫做频率，常用 f 表示。
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6.1.1 时间和频率的基本概念
fc（周期为Tc）有关。理论上可以证明，闸门时间的相对误差ΔT/T在数值上 等于晶振频率的相对误差Δfc /fc，即： T f c
T fc
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6.2.2 电子计数法测频的误差分析
电子计数法测频的相对误差公式
f c f x 1 (| || |) fx f xT fc
从上式可知，为了减小电子计数法的测量误差，应该采取以下
(μs) 、纳秒(ns) 和皮秒(ps) 。
它们的换算关系是：1s = 103ms = 106μs = 109ns = 1012ps
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6.1.1 时间和频率的基本概念
从科学意义上讲，时间的实际上有 两个含义： 1.时刻； 2.时间的间隔。
u
如图所示，t1是矩形脉冲开始的时刻，
t2是消失的时刻。而Δt= t1-t2是指t1时刻
第六章 频率测量
6.1 概述
6.1.1 时间和频率的基本概念
时间的定义和标准
基本定义
时间是国际单位制中的七个基 本物理量之一，它的基本单位是秒， 用s表示。
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6.1.1 时间和频率的基本概念
早期一般把地球自转一周所需的时间定为一天，而它的1/86400 则定义为1秒，这种方法由于自转速度受到季节等因素的影响，需要 经常进行修正。 后来则出现了以原子秒（ Atomic seconds ）为基础的时间标准， 定义1秒为铯原子基态的两个超精细能级之间跃迁的辐射9292631770 个周期的时间，其准确度可达到2×10-11。 在电子电器测量中，往往使用较小的单位，如毫秒(ms)、微秒
简易数字频率计
频率计算：通过测量信号的周期或 频率，计算出数字频率值
添加标题
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信号处理：通过数字滤波器对采集 到的信号进行滤波，以消除噪声和 干扰
数据输出：将计算出的频率值通过 串口或其他方式输出到计算机或其 他设备
计数器和计时器的编程实现
使用计时器对计数器进行计 时，计算信号的周期
将计数器和计时器的结果通 过软件进行显示和控制
能源监测：简易数字频率计可实现对新能源发电设备的实时监测，提高能源利用效率。 环保监测：简易数字频率计可用于监测环保设备的运行状态，确保污染物排放达标。 智能电网：简易数字频率计可应用于智能电网中，实现电网的智能化管理和优化。 节能减排：简易数字频率计可帮助企业实现节能减排，降低生产成本。
简易数字频率计的技术挑战和发展方向
分析仪等。
科学实验领域： 用于各种与频率 相关的实验，如 电磁波的发射与 接收、无线电通
信等。
工业生产领域： 用于生产过程中 的各种频率测量 和控制，如电机 转速的测量和控 制、生产线上各 种设备的状态监
测等。
简易数字频率计在生物医学工程领域的应用
监测生理信号：简易数字频率计可 以用于监测人体的心电图、脑电图 等生理信号，辅助医生进行疾病诊 断和治疗。
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频谱分析：对信号进行频谱分析， 了解信号的成分和特性
音频处理：用于音频信号的频率测 量和处理，如音频压缩、降噪等
简易数字频率计在通信和电子测量领域的应用
通信领域：用于 信号频率的测量， 如调频信号、调
相信号等。
电子测量领域： 用于测量电子设 备的频率特性， 如示波器、频谱
界面优化：根据实际需求对显示和控制界面进行优化，提高用户体验和操作便捷性
通用分频器基本原理
通用分频器基本原理1.频率分析：通用分频器首先需要对输入信号进行频率分析，以便确定分频比例。
频率分析可以通过各种方式实现，其中最常见的方式是采用频率锁定环或者锁相环（PLL）电路。
频率锁定环基于输入信号和参考信号之间的相位差，通过负反馈控制，使得两个信号的频率保持一致。
通过频率锁定环可以精确测量输入信号的频率。
2.分频技术：通用分频器利用分频技术实现输入信号的分频输出。
分频技术主要有几种常见的实现方式：-频率除法：将输入信号的频率通过特定的整数倍除法器进行分频。
比如，将输入信号的频率除以2，3，4等整数倍，得到相应的分频输出。
频率除法电路通常由计数器和比较器组成，计数器计算输入信号的周期或频率，比较器将计数值与预设值进行比较，并产生输出信号的脉冲。
-直接数字频率合成（DDS）：DDS是一种数字信号处理技术，通过数字计算和查表的方式生成输出信号。
输入信号经过数模转换后，通过频率累加器和相位累加器进行数字计算，得到相应的分频输出。
DDS可以实现高精度、高稳定性和快速切换的频率合成。
- 相位锁定环（PLL）：PLL电路的输出是输入信号的分频版本，通过输出信号和参考信号之间的相位锁定，使得输出信号的频率与输入信号的频率成比例。
PLL主要由锁相环比较器、低通滤波器和VCO（Voltage-Controlled Oscillator）组成，通过反馈控制VCO的频率，使其与参考信号的频率保持一致。
总之，通用分频器的基本原理涉及到频率分析和分频技术。
频率分析通过频率锁定环对输入信号进行频率分析和测量，而分频技术则通过频率除法、DDS或PLL等方式，将输入信号按照特定比例进行分频输出。
这种分频技术的应用非常广泛，可以满足不同领域的需求。
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分频测量频率的原理
分频测量频率的原理是利用分频器将输入的信号分频，然后再通过计数器进行计数以得到频率信息。
分频是指将原始频率的信号进行除法运算，将其频率降低到一个相对较低的水平，再进行计数。
这种方法适用于需要测量较高频率的信号的场合，因为直接对高频率信号进行计数会出现难以测量的问题。
分频测量频率的原理可以分为几个步骤来解释：
1. 输入信号分频：首先，将需要测量的信号输入到分频器中。
分频器会将输入信号的频率进行除法运算，将其降低到我们能够测量的范围内。
这样做的好处是可以避免高频信号下计数器无法正确计数的问题，同时也可以减小计数器的计数频率，使得测量更加稳定和准确。
2. 计数器计数：经过分频处理后的信号会输入到计数器中进行计数。
计数器会根据输入的信号脉冲进行计数，从而得到一个时间段内信号的脉冲数量。
通过计数器得到的结果可以换算成频率信息，从而得到输入信号的频率。
通过上述步骤，我们可以得出分频测量频率的原理：通过将输入信号降低到可测量范围内的频率，再进行计数来获取频率信息。
这种方法可以应用于需要测量高频率信号的场合，如无线通信、雷达、卫星通信等领域。
分频测量频率的原理其中一个重要的参数是分频比。
分频比是指分频器对输入信
号进行除法运算的比例，它决定了最终测量得到的频率值。
通常来说，分频比越大，测量得到的频率值越小，所以在实际应用中需要根据输入信号的频率范围选择合适的分频比。
在实际应用中，分频测量频率的原理是常用的一种测量方法，特别适用于需要测量高频率信号的场合。
这种方法的优点是能够在测量高频率信号时避免计数器无法正确计数的问题，同时也可以减小计数器的计数频率，使得测量更加稳定和准确。
总的来说，分频测量频率的原理是通过将输入信号进行分频处理，再通过计数器进行计数来获取频率信息。
这种方法的优点是可以适用于需要测量高频率信号的场合，同时也提高了测量的稳定性和准确性。
在实际应用中，分频测量频率的原理是一种非常有效的测量方法，被广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。