实验3 频率测量及其误差分析
2021年频率特性的测量实验报告
课程名称: 控制理论乙 指导老师: 成绩: 试验名称: 频率特征测量 试验类型: 同组学生姓名: 一、 试验目和要求（必填） 二、 试验内容和原理（必填） 三、 关键仪器设备（必填） 四、 操作方法和试验步骤 五、 试验数据统计和处理 六、 试验结果与分析（必填） 七、 讨论、 心得一、试验目和要求1．掌握用李沙育图形法, 测量各经典步骤频率特征;2．依据所测得频率特征, 作出伯德图, 据此求得步骤传输函数。
二、 试验内容和原理1.试验内容（1）R-C 网络频率特征。
图5-2为滞后--超前校正网络接线图, 分别测试其幅频特征和相频特征。
（2）闭环频率特征测试被测二阶系统如图5-3所表示, 图5-4为它模拟电路图。
取参考值051R K =,1R 接470K 电位器, 2510R K =, 3200R K =2.试验原理对于稳定线性定常系统或步骤, 当其输入端加入一正弦信号()sin m X t X t ω=, 它稳态输出是一与输入信号同频率正弦信号, 但其幅值和相位伴随输入信号频率ω改变而改变。
输出信号为()sin()()sin()m Y t Y t G j t ωϕωωϕ=+=+其中()mmY G j X ω=, ()arg ()G j ϕωω= 只要改变输入信号频率, 就能够测得输出信号与输入信号幅值比()G j ω和它们相位差()ϕω。
不停改变()x t 频率, 就可测得被测步骤（系统）幅频特征和相频特征。
本试验采取李沙育图形法, 图5-1为测试方框图在表（1）中列出了超前于滞后时相位计算公式和光点转向。
表中 02Y 为椭圆与Y 轴交点之间长度, 02X 为椭圆与X 轴交点之间距离, m X 和m Y 分别为()X t 和()Y t幅值。
三、关键仪器设备1．控制理论电子模拟试验箱一台; 2．慢扫描示波器一台;3. 任意函数信号发生器一台; 4．万用表一只。
四、 操作方法和试验步骤 1.试验一（1）依据连接图, 将导线连接好（2）因为示波器CH1已经与函数发生器正极相连, 所以接下来就要将CH2接在串联电阻电容上, 将函数发生器正极接入总电路两端, 而且示波器和函数发生器黑表笔连接在一起接地。
测频法测周法的误差分析
用频率与其它已知参数的关系测量频率。 • （2）比对法 • 是利用标准频率与被测频率进行比较来测量频率。其
测量准确度主要取决于标准频率的准确度。 • 拍频法、外差法及计数器测频法是这类测量方法的典
fc
k
fc ) k (ln k ln f c
fc ) fc
f c fc
（3）测频公式误差
f
f x fx
1 f x • Ts
fc fc
f
f x fx
1 f x • Ts
f c fc
（4）测频计数误差 Tx1 触发电平
t
触发电平 t
Tx2 (a)无噪声干扰的计数脉冲
Tx3 (b) 有噪声干扰的计数脉冲
图5.5 噪声干扰引起的计数误差
（5）结论
• 利用电子计数器测量频率时，提高频率测量的 准确度（减少测量误差）可采取如下措施：
• ① 选择准确度和稳定度高的晶振作为时标信号 发生器，以减小闸门时间误差。
• ② 在不使计数器产生溢出的前提下，加大分频 器的分频系数k，扩大主门的开启时间，以减 小量化误差的影响。
测频控制
被测信号
&
衰减器
时标输入 自校控制
≥1
宽带
整形
脉冲
放பைடு நூலகம்器
电路
形成器
去
&
主 门
图5.2 A通道的基本框图
2．计数器 计数器用触发器构成。在数字仪表中，最常用的是按
8421编码的十进制计数器，来了十个脉冲就产生一个进 位。
3．显示与驱动电路 电子计数器以数字方式显示出被测量，目前常用的有
实验室误差分析报告
实验室误差分析实验室检测是及时、准确、可靠地测定被测物质含量,科学地解析数据和综合运用数据的过程,其目的是为应用服务部门提供相关性能状况及其变化规律,以便其更好地开展工作, 为公司和客户服务。
实验室检测由各种不同水平和经验的实验人员协同工作,要获得准确可比的检测数据,具有一定的难度,因此,必须对其过程进行严格科学地控制和管理。
现主要从以下几方面讨论和分析。
一、实验室检测对数据质量的要求实验室检测质量的好坏,集中反映在检测数据上,如果实验室分析测试结果不准确,很可能会导致错误的结论。
根据这一特点,检测数据至少有如下几点要求:1、代表性。
要求能够反映一定时间和空间中被测物的存在状况。
2、精密性。
要求测试值的重复性和再现性要好,这是保证准确度好的前提条件。
3、准确性。
要求测试值与真值符合程度要好,即测试结果要准确可靠。
4、可比性。
因为许多检测常常需要在一个长的时间系列上和一个广泛的空间范围内进行比较,确定其时空的变化规律,如果数据无可比性,这种比较分析就毫无意义。
以上四点要求中, 代表性和可比性主要体现在现场布点及采样等环节中,而数据的准确性和精密性,则主要体现在实验室内,这也是实验室检测质量保证的最终目的。
要讨论这两性的具体要求,就需要先从分析误差谈起。
二、分析测试中的误差实践证明,误差自始至终存在于一切科学实践和测试过程中,即使同一个分析人员在相同条件下测试同一样品的多次结果,往往也不完全相同,这种分析结果与被分析对象的客观状态的差异,就称为分析误差。
在测试分析中,误差的来源不同,其误差的特性就不同,据此,将误差分为以下三种:1、系统误差,又称为可测误差或恒定误差。
它是指在一定条件下,由某个或某些因素按照某种确定的规律变化,它的来源主要是方法的不完善、仪器指示性的变动、恒定的个人操作误差或环境误差,具有恒定性和明显的方向性（或正、或负）,在重复测定中不易被发现和减少,只有改变其条件,误差才能被发现,并可以通过有效措施避免和校正。
物理实验中的测量误差分析
物理实验中的测量误差分析【教案】一、引言物理实验是培养学生实验能力和观察力的重要手段之一。
在进行实验时，测量误差的存在是不可避免的。
本教案将围绕物理实验中的测量误差展开分析和讨论，旨在帮助学生理解和掌握测量误差的定义、来源和处理方法。
二、什么是测量误差测量误差是指测量结果与被测量真值之间的差异。
它可以是系统误差、随机误差或环境误差。
1.系统误差系统误差是由设备、仪器和实验条件等固定的因素造成的。
它的表现形式是测量结果整体偏离真值。
例如，仪器的刻度不准确、公式的假设条件不满足等。
2.随机误差随机误差是由无法完全控制的因素引起的。
它的表现形式是多次测量同一量值时，测量结果的差异。
例如，测量者的手颤动、仪器的读数不稳定等。
3.环境误差环境误差是由实验环境中的外界因素引起的。
它的表现形式是测量结果不稳定、波动明显。
例如，温度、湿度和气压等环境参数对测量结果的影响。
三、测量误差的来源和影响测量误差的来源和影响是多方面的，主要包括以下几个方面：1.仪器误差仪器本身存在的误差是造成测量误差的重要原因之一。
而且不同仪器的误差特点也不同，因此在实验设计中需要选择适当的仪器和检查仪器的准确性。
2.测量方法不当测量方法不当也会导致测量误差的增大。
例如，读数不准确、用具不合适等都会对测量结果产生影响。
3.环境因素环境因素包括温度、湿度、气压等，它们对测量结果的影响需要进行评估和控制。
四、测量误差的评估和处理为了准确地评估测量误差并处理好实验数据，我们可以采用以下方法：1.实验数据的重复测量重复测量同一物理量可以减小随机误差的影响，提高测量结果的准确性。
2.误差的类型和大小分析对于实验数据存在的误差，需要进行分类和分析。
区分是系统误差还是随机误差，并评估误差的大小。
3.合理处理误差根据误差的类型和大小，选取合适的处理方法。
例如，可以取多次测量结果的平均值作为最终结果，或者通过线性拟合等方法进行数据处理。
五、案例分析以测量物体自由下落加速度为例，进行误差分析。
电子测量实验-频率测量及其误差分析
实验三频率测量及其误差分析一、实验目的1 掌握数字式频率计的工作原理；2 熟悉并掌握各种频率测量方法；3 理解频率测量误差的成因和减小测量误差的方法。
二、实验内容1用示波器测量信号频率，分析测量误差；2用虚拟频率计测量频率。
三、实验仪器及器材1信号发生器 1台2 虚拟频率计 1台3 示波器 1台4 UT39E型数字万用表 1块四、实验要求1 查阅有关频率测量的方法及其原理；2 理解示波器测量频率的方法，了解示波器各旋钮的作用；3 了解虚拟频率计测量的原理；4 比较示波器测频和虚拟频率计测频的区别。
五．实验步骤1 用示波器测量信号频率用信号发生器输出Vp-p=1V、频率为100Hz—1MHz的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮，读取波形周期，填表3-1，并以信号源指示的频率为准，计算频率测量的相对误差。
表3-1“周期法”测量信号频率信号Vp-p 1V 采集方式峰值检测显示方式YT输入通道CH1 输入藕合方式直流垂直刻度系数（粗）200 mV垂直刻度系数（细）40mV触发源CH1 触发极性上升触发耦合直流信号频率水平刻度系数周期读数（格或cm）细测得频率频率测量相对误差100Hz 2.50 ms 20.0 100.000 Hz 01kHz 250 us 20.2 990.100 Hz 0.99% 10kHz 25.0us 20.2 9.901 KHz 0.99%100kHz 2.50 us 20.2 99.010 KHz 0.99% 1MHz 250 ns 20.0 1.000 MHz 0 5MHz 50.0 ns 20.2 4.950 MHz 1.00%2 用虚拟频率计测量频率用标准信号发生器输出正弦信号作为被测信号，送到DSO2902的CH-A1通道，按表3-2进行实验。
并以信号发生器指示的频率为准，计算测频误差。
表3-2虚拟计数器测频实验序号被测信号频率（Vp-p=1V）读数测得值相对误差单位(细) 数值(格)1 100Hz 0.2ms/div 50.1 99.800Hz 0.2%2 1000Hz 25us/div 40.0 1000.000Hz 03 10kHz 2us/div 50.3 9.940KHz 0.6%4 100kHz 0.25us/div 40.0 100.000KHz 05 1MHz 50ns/div 20.0 1.000MHz 06 5MHz 10ns/div 19.8 4.975MHz 0.5%3 用UT39E型数字万用表测量频率用标准信号发生器输出正弦信号作为被测信号，用UT39E型数字万用表测量频率，按表3-3进行实验。
系统频率测试实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解系统频率特性的基本概念和测试方法。
2. 掌握使用示波器、频谱分析仪等设备进行系统频率测试的操作技巧。
3. 分析测试结果，确定系统的主要频率成分和频率响应特性。
二、实验原理系统频率特性是指系统对正弦输入信号的响应，通常用幅频特性（A(f)）和相频特性（φ(f)）来描述。
幅频特性表示系统输出信号幅度与输入信号幅度之比，相频特性表示系统输出信号相位与输入信号相位之差。
频率测试实验通常包括以下步骤：1. 使用正弦信号发生器产生正弦输入信号；2. 将输入信号输入被测系统，并测量输出信号；3. 使用示波器或频谱分析仪观察和分析输出信号的频率特性。
三、实验设备1. 正弦信号发生器2. 示波器3. 频谱分析仪4. 被测系统（如放大器、滤波器等）5. 连接线四、实验步骤1. 准备实验设备，将正弦信号发生器输出端与被测系统输入端相连；2. 打开正弦信号发生器，设置合适的频率和幅度；3. 使用示波器观察输入信号和输出信号的波形，确保信号正常传输；4. 使用频谱分析仪分析输出信号的频率特性，记录幅频特性和相频特性；5. 改变输入信号的频率，重复步骤4，得到一系列频率特性曲线；6. 分析频率特性曲线，确定系统的主要频率成分和频率响应特性。
五、实验结果与分析1. 幅频特性曲线：观察幅频特性曲线，可以发现系统存在一定频率范围内的增益峰值和谷值。
这些峰值和谷值可能对应系统中的谐振频率或截止频率。
通过分析峰值和谷值的位置，可以了解系统的带宽和选择性。
2. 相频特性曲线：观察相频特性曲线，可以发现系统在不同频率下存在相位滞后或超前。
相位滞后表示系统对输入信号的相位延迟，相位超前表示系统对输入信号的相位提前。
通过分析相位特性，可以了解系统的相位稳定性。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们掌握了系统频率特性的基本概念和测试方法。
2. 使用示波器和频谱分析仪等设备，我们成功地分析了被测系统的频率特性。
3. 通过分析频率特性曲线，我们了解了系统的主要频率成分和频率响应特性。
电子信号频率测量方法的误差分析
门时间 ｍ 成反比； 如果预置闸门的下降沿超前较多 ， 且 待 测 信 号 的频 率 较 低， ｍ 则 较 大 ， ＝ 一
— —
ｍｐ＋Ｊ ｏＪ ｎ ／ 柏
，
有增加 。
在 图 ２中 ，。 ， ｍ Ｊｏ则 ｎ ＝１故 。＝ ｌ ｔ
；
ＬＬＬＬＬＬ － － ｊ ｊ＿ ＿ Ｊ Ｊ Ｊ Ｊ
ｉ
Ｉ
ｌ
｛
基 准频 率信 号 的标 定 频 率 与 实 际 频 率 分 别 为 √－； 册
电子计数器对待测信号的计数值和精确值分别 为 凡 、 凡； 。电子计数器对基准频率信号的计数值及精确值分
别 为 ｍ、 。 ｍ 。则待测 信 号 的精 确值 为
厶 ＝ （） １
厂 － 门 ． ＿ １ ］ｒ
图 １ 直 接 测 频 法
如图 １ 所示 ， 直接 测 频法 就 是 在 标 准 闸 门时 间 内 通 过 计数 器记 录待 测信 号 的脉 冲个 数 以获 得 其 频 率 。
而 实际计 算待 测信 号频 率时 ， 只能采 用下 式 ：
方法。
关键词 ： 频率测量 ； 误差分析 ； 闸门测频法 变
１ 引言
频率 源不 稳 定 造 成 的 。基 准 频 率 源 一 般 由 晶体 振 荡
电子信 号频率 的测量 目前多 采 用 数 字法 ， 即通过 电子 计数器 的输入 通道 对信 号 进行 放大 （ 减 ） 滤波 衰 、
Ａ＝ 这 样 就形成 了测 量误 差 。 （） ２
因为标准闸门时间由计数器对 基准频率信号计数获 得， 因此保证 了 ｍ值计数的准确性 ， ｍ＝ 。而待测 即 ｍ， 信 号 的计数 存在 ±１的量化 误差 。由式 （ ） ６ 可得
电力系统频率测量误差成因分析
电力系统频率测量误差成因分析内容预览电力系统频率测量误差成因分析肖遥，孟·让·柯洛德（1．湖北省电力试验研究院，湖北省430077；2．布鲁塞尔自由大学）摘要：系统频率是大家普遍关注的电能质量指标之一。
大量应用新技术对频率测量精度的要求也越来越高。
近年来用于精确测量频率的新方法也常见于报道，但这些方法几乎都在波形畸变上做文章。
文中通过理论分析和试验，揭示了引起频率测量偏差的主要原因是系统中的发电机出力、负荷和系统结构发生变化，导致被测电压信号初相角发生突变所致。
关键词：系统频率；频率测量；电能质量1引言电力系统频率是重要的电能质量指标之一。
对于系统频率监测和控制来讲，其测量误差达到10mHz应该说是基本满足要求的。
但是一些新技术在电力系统的应用中要求有精确的频率测量结果作为参考值。
测量系统频率的通常手段是通过检测电压波形的过零点，利用1个或几个周期过零点的时间间隔来推算出此段波形的频率。
然而，研究表明，在有信号干扰的情况下，用此方法测量的频率不很精确。
人们还发现，即便是在同一电网的不同位置，在同一时刻的频率测量结果也不一致。
经研究，发现波形畸变、暂态过程中的非周期分量、噪声干扰等是造成频率测量精度不高的原因，有人试图利用现代数学理论来提高频率测量精度［1～9］。
关于频率测量的诸多方法的介绍可以参考文献［10］，本文不多述评。
这些频率测量算法的共同点是在波形上做文章，有的甚至将电压初相角恒定作为假设条件。
然而其最终结果却不尽如人意。
笔者通过实验和理论分析认为：导致系统频率测量精度差的主要原因是系统中的发电机出力、负荷波动以及系统结构发生变化，使电压信号的相位发生突变所致。
2系统频率的定义设有如式（1）的电压信号式中ω（t）／2π为系统频率f s。
当信号的基波相角和谐波相角稳定时，式（2）的频率就是系统的频率。
从式（2）还可以看出，该频率与信号的幅值没有任何联系，这从试验中也得到证明。
驻波法测量频率的误差分析
音叉 的标称频率仍 然是ｆ＝ ０ ．Ｈ ， ｏ１ ３１ ｚ 测量频率结果 的相
对误差是
一 ｆ
ｏ
表 １ 出了改变砝码质量 ｍ，保 持弦线长度 Ｌ不变 ， 给 得 到不同个数 的驻 波的实验数据 。
表 １ ｐ ３９ Ｏ １ ’ ｇ ｍ Ｌ Ｉ ２ ｍ ｇ ９８ ０ ４ ｓ ＝ ． 。 Ｏ４ ・ ＝ ． ８ ＝ ． ６ ｍ‘． ７ × ｋ ６ ０ ２
（ ３ ’
砝码 ， 弦线 的长度为 Ｌ 移 动 Ｂ可改变 Ｌ的长短 。电振音 又作 ，
振幅恒定 的简谐振 动 ， 当弦线 的密 度 ｐ 弦线上 的张力 Ｔ 弦 、 、
收稿 日期 ：０ ７ ０ — ２ ２ ０ — ６ １
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维普资讯
医学信息 ２０ 年 ９ ０７ 月第 ２ 卷第 ９ Ｍ ｄ ａ Ｉ ｏ ａ ｏ ． ｅ ． ０ ７ Ｖ １ ２ ． ｏ Ｏ 期 ｅ ｉ ｌｎ ｒ ｔ ｎ Ｓｐ ２ ０ ． ｏ ０ Ｎ ． ｃ ｆｍ ｉ ． ９
摘 要： 阐述 测 量 及 误 差 ， 理 论 计 算 和 实际 测 量 两 方 面对 驻 波 法 测量 频 率产 生 的误 差 进 行 分 析 讨 论 。 从
关 键 词 ： 量 ； 差 ； 波 测 误 驻
Ａｎ ｌｓｓｏ ｅＭ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔＥｒ ｏ ｆＦｒ ｑ ｅ ｃ ｎ Ｓ ａ ｄ ｎ ａ ｅＭ ｅ ｏ ａｙ ｉ ｆｔ ａ ｕ ｅ ｎ ｒ ｒｏ ｅ ｕ ｎ ｙ ｉ ｔ ｎ ｉｇ Ｗ ｖ ｔ ｄ ｈ ｈ
Ｗ ＡＮＧ ｉ ｌ ｎ Ｇｕ － ｉ ａ
（ｆｃ ｆ ｈ ｓ ｓＤ ｉ ｄｃｌ ｎ ｅ ｉ ， ａ ａ １０ ３ Ｃ ｉａ Ｏｆ ｅｏ ｙｉ ， ａ ａ Ｍｅ ｉ ｉ ｒｔ Ｄ ｌ ｎ１６ ２ ， ｈ ） ｉ Ｐ ｃ ｌ ｎ ａ Ｕ ｖ ｓｙ ｉ ｎ
在高频实验中频率对信号测量误差的影响
在高频实验中频率对信号测量误差的影响摘要:本文以被测信号频率对幅度测量误差的影响为例,着重分析和论述这种误差的影响、产生的原因以及减小影响的措施。
关键词:频率误差措施从事实验教学多年,发现学生对测量误差的重视程度远远不够。
这会造成实验数据的不准确,分析出现偏差,从而影响最终的实验结论。
在高频实验中经常会用仪器和导线对信号幅度测量。
而当信号的频率逐渐增加或减小时,误差会怎样变化以及怎样来减小这种误差带来的影响,下文将详细论述。
1 误差的概念测量值与真值之差异称为误差,实验离不开对物理量的测量,测量有直接的,也有间接的。
由于仪器、实验条件、环境等因素的限制,测量不可能无限精确,物理量的测量值与客观存在的真实值之间总会存在着一定的差异,这种差异就是测量误差。
影响测量误差的因素有很多。
比如由于人为因素所造成的误差,包括误读、误算和视差等;由于量具因素所造成的误差,包括刻度误差、磨耗误差及使用前未经校正等因素;由于测量时所使用接触力或接触所造成挠曲的误差;测量时,因仪器设计或摆置不良等所造成的误差;测量时受环境或场地之不同,可能造成的误差有热变形误差和随机误差为最显着。
2 频率对误差的影响频率是单位时间内完成振动的次数,是描述振动物体往复运动频繁程度的量。
频率也是影响测量误差的一个重要因素,属于系统误差。
频率响应(简称频响)就是用来描述频率对幅度放大的影响,在电子学上用来描述一台仪器对于不同频率信号处理能力的差异。
频响也称频响曲线,是指增益随频率的变化曲线。
任何音响设备或载体(记录声音信号的物体)都有其频响曲线。
理想的频响曲线应当是平直的,声音信号通过后不产生失真。
通常放大器有两种失真:线性失真和非线性失真。
由频率引起的失真是一种“线性失真”,意思是说,发生这种失真时放大器的输出信号波形和输入波形仍然是“相似形”,它不会使放大器对要处理的信号产生“形变”。
一个单纯的频率失真可以看成放大器对于不同频率的信号放大倍数不同,于是,我们就可以说这台放大器有频率失真了。
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实验三频率测量及其误差分析
一、实验目的
1 掌握数字式频率计的工作原理；
2 熟悉并掌握各种频率测量方法；
3 理解频率测量误差的成因和减小测量误差的方法。
二、实验内容
1用示波器测量信号频率，分析测量误差；
2用虚拟频率计测量频率。
三、实验仪器及器材
1信号发生器 1台
2 虚拟频率计 1台
3 示波器 1台
4 UT39E型数字万用表 1块
四、实验要求
1 查阅有关频率测量的方法及其原理；
2 理解示波器测量频率的方法，了解示波器各旋钮的作用；
3 了解虚拟频率计测量的原理；
4 比较示波器测频和虚拟频率计测频的区别。
五．实验步骤
1 用示波器测量信号频率
用信号发生器输出Vp-p=1V、频率为100Hz—1MHz的正弦波加到示波器，适当调节示波器各旋钮，读取波形周期，填表3-1，并以信号源指示的频率为准，计算频率测量的相对误差。
2 用虚拟频率计测量频率
用标准信号发生器输出正弦信号作为被测信号，送到DSO2902的CH-A1通道，按表3-2进行实验。
并以信号发生器指示的频率为准，计算测频误差。
表3-2虚拟计数器测频实验
3 用UT39E型数字万用表测量频率
用标准信号发生器输出正弦信号作为被测信号，用UT39E型数字万用表测量频率，按表3-3进行实验。
并以信号发生器指示的频率为准，计算测频误差。
表3-3 UT39E型数字万用表测频实验
六．思考题
1 理解电子计数器测频原理，测频误差主要与哪些因素有关？
2 示波器测频和频率计测频有何区别？
七．实验报告要求
1 每人1份实验报告；
2 比较示波器测频和频率计测频的特点；
3 回答思考题。
八．注意事项
1 实验前要充分预习，熟悉有关测量误差、示波器和频率计的知识；
2 实验开始前先打开仪器电源预热，中途一般不要关闭电源。