Интервалом времени Δt в общем случае называется время, прошедшее между моментами двух последовательных событий. К числу таких интервалов относятся, например, период колебаний, длительность импульса или длительность интервала, определяемая разносом по времени двух импульсов.

Периодом Т любого периодического детерминированного сигнала u(t) называется наименьший интервал времени, через который регулярно и последовательно повторяется произвольно выбранное мгновенное значение этого сигнала. Отсюда следует, что u(t) = u(t + nТ), где n = 1, 2, 3 и т.д. Для гармонического сигнала, например для u(t)=U_msin(2πt/T)=U_msin[φ(t)], период колебания Т можно также определить, как интер­вал времени, в течение которого фаза сигнала φ(t), выраженная в радиа­нах, изменяется на 2π.

Из курса физики известно, что частота/и период колебания T дуальны (т.е. двойственны, равноправны) и связаны формулой f = 1/Т. Поскольку эти две физические величины неразрывно связаны, измерение одной величины можно заменить другой. Но на практике чаще измеряется частота.

Измерение частоты, периода и других временных параметров элек­трических сигналов является одной из важнейших задач в радиотехнике и телекоммуникационных системах. Аппаратура для частотно-временных из­мерений образует единый комплекс приборов, обеспечивающий возможность проведения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени. Это фактически гарантирует возможность принципиально высокой точности измерений.

Основными измерительными приборами и средствами данных измере­ний являются:

- осциллографы;

- приемники сигналов эталонных частот и компараторы;

- преобразователи частоты сигналов;

- частотомеры резонансные;

- частотомеры на основе метода заряда-разряда конденсатора;

- частотомеры цифровые;

- измерители интервалов времени цифровые.

Базой для частотно-временных измерений служит группа Государст­венных стандартов частоты — высокоточных мер частоты и времени, объединяющая рубидиевый, цезиевый, водородный и кварцевый стан­дарты. Привязка к ним практических измерений осуществляется прием­никами сигналов эталонных частот, передаваемых радиостанциями Го­сударственной службы частот и времени, а также компараторами и пре­образователями частоты сигнала. Последние применяются для переноса частоты или спектра измеряемого сигнала в тот диапазон частот, где наиболее целесообразно производить необходимое измерение.

Измерение частоты чаще всего выполняется цифровым методом (дискретного счета), на основе которого создаются цифровые (электронно-счетные) частотомеры. К достоинствам этого метода относится высокая точность изме­рений, широкий диапазон измеряемых частот, возможность обработки резуль­татов наблюдений с помощью вычислительных устройств (микропроцессоров, персональных компьютеров и пр.). Цифровые частотомеры позволяют изме­рять не только частоту колебаний, но и интервалы времени, они будут рассмотрены в следующем вопросе. Известны также методы измерения частоты, основанные на сравнении частоты источника образцовых колебаний с измеряемой частотой.

Методы сравнения

Для измерения частоты используются и методы сравнения с частотой источника образцовых колебаний (резонансный, гетеродинный и с помо­щью осциллографа). Однако гетеродинные частотомеры используются редко, а гетеродинное преобразование частоты обычно применяется для переноса частоты СВЧ-колебания в область, удобную для измерения циф­ровыми приборами.

Методы сравнения используются в основном для градуировки генераторов различных измеритель­ных приборов. Для их реализации необходим об­разцовый генератор более высокой точности и уст­ройство сравнения (сличения) частот. Перечислим методы, основанные на использовании осциллографа в качестве устрой­ства сравнения:

- определение частоты методом интерференционных фигур (фигур Лиссажу);

- определение интервалов времени (периода, длительности импульса и т.д.) с использованием калиброванной развертки осциллографа;

- определение частоты с помощью яркостных меток на круговой раз­вертке.

Рисунок 2 – Иллюстрация измерения частоты методом интерференционных фигур (фигур Лиссажу)

Рисунок 3– Иллюстрация измерения частоты с использованием калиброванной развертки осциллографа

Рисунок 4 – Иллюстрация измерения частоты с помощью яркостных меток на круговой развертке

Отметим, что погрешность измерения интервала времени с помощью осциллографа вызвана нелинейностью его развертки и погрешностями отсчета начала и конца интервала.

Рассмотрим подробнее последний метод. Этот метод реализуется при условии, что неизвестная частота f_x больше образцовой f₀. Круговая развертка создается при подведении ко входам Υ и X осциллографа гармонических сигналов образцовой частоты, сдвинутых взаимно по фазе на 90°. Подавая гармонический сигнал с измеряемой частотой f_x на вход Ζ модуляции яркости луча осциллографа и регулируя частоту f₀, можно получить практически неподвижную модулированную по яркости круговую развертку (рис. 4). Если N — число ярких дуг (или темных промежутков) на круговой развертке, то частота f_x = Nf₀ (на рис.1 f_х = 8f₀).

Рисунок 4 - Модулируемая по яркости круговая развертка

Все три перечисленных метода имеют невысокую точность (относительная погрешность измерений порядка l∙10^-2...5∙10-²). Верхняя граница диапазона измеряемых частот определяется параметрами осциллографа и для большин­ства из них не превышает 250 МГц.