10.2. Резонансный метод измерения частоты

10.2. Резонансный метод измерения частоты

Принцип действия резонансного метода основан на сравнении измеряемой частоты fx с собственной резонансной частотой fр градуированного колебательного  контура или резонатора. Обычно данный метод применяется в диапазонах высоких частот и СВЧ, но может использоваться и в более низком диапазоне. Измерительные приборы, работающие на основе этого метода, называютсярезонансными частотомерами, их обобщенная структурная схема приведена на рис. 10.2.

 

U(fx)   

   

 

Входное устройство

 

 

Перестраиваемая колебательная система

 

 

Индикатор резонанса

 

 

 

Рис. 10.2. Обобщенная структурная схема резонансного частотомера

Перестраиваемая колебательная система возбуждается сигналом источника измеряемой частоты u(fx) через входное устройство. Интенсивность колебаний в колебательной системе резко увеличивается в момент резонанса , т.е. при fx= fр. Данный момент фиксируется с помощью индикатора резонанса, связанного с колебательной системой, и значение измеряемой частоты fx считывается с градуированной шкалы механизма настройки.

В качестве колебательной системы на частотах до сотен МГц используются колебательные контуры; на частотах до 1 ГГц — контуры с распределенными постоянными типа отрезков коаксиальной линии; на частотах, превышающих 1 ГГц, — объемные резонаторы.

На рис. 10.3 приведена уп­рощенная структурная схема резонансного   частотомера (волномера) с объемным ре­зонатором, включающая вол­новод 1, по которому поступает энергия измеряемой частоты fx, петлю связи 2, детектор (полу­проводниковый диод) 3 с индикатором резонанса И, объемный резонатор 4 и плунжер 5, предназначенный для изменения одного из размеров резонатора и связанный с отсчетной шкалой. Связь резонатора с детектором индуктивная и осуществляется петлей связи 2.

Линейный размер резонатора l в момент настройки в резонанс однозначно связан с длиной волны λ возбуждаемых в нем электромагнитных колебаний. Резонанс наступает при длине резонатора l = n λ/2, где п = 1,2, 3 и т. д. Поэто­му, перемещая плунжер 5 до момента получения первого резонанса, а затем следующего и оценивая по отсчетной шкале разность △l= l1- l2=λ/2, можно определить длину волны λ. Здесь l1 и l2 — показания отсчетной шкалы в мо­мент 1-го и 2-го резонансов. Измеряемая частота fx вычисляется по формуле fx = с/λ, где с — скорость распространения света в вакууме.

    Чтобы увеличить точность измерений частоты, необходимо повышать добротность Q резонаторов. С этой целью их внутренние поверхности поли­руют и серебрят, доводя величину Q до значения (5…10)103. С целью умень­шения сопротивления в месте подвижного контакта плунжера с резонатором применяют системы длинных линий (отрезки линий длиной λ /2, λ /4).

     Резонансные частотомеры (волномеры) имеют простое устройство и дос­таточно удобны в эксплуатации. Наиболее точные из таких приборов обеспе­чивают измерение частоты с относительной погрешностью 10-3 …10-4. Ос­новными источниками погрешностей измерения являются погрешность на­стройки в резонанс, погрешность шкалы и погрешность считывания данных.