这种方法在测量时会产生量化误差,在主闸门开启时间T接近于被测信号周期T的整数倍时,量化误差就变成±1个数,此时,量化误差达到最大值[4]。
例如,被测信号为10Hz,要求测量精度为10-5,由公式(2。1)可以得出N>105,则所测频率误差的最大周期如公式(2。2)所示为104s,如此大的测量周期在电力系统测频中肯定是无法实现的。
表2。1测频法闸门信号与被测信号的关系
被测信号 闸门信号 能否实现
1MHz~10MHz 100Hz 可实现
100kHz~1MHz 10Hz 可实现
10kHz~100kHz 1Hz 可实现
1kHz~10kHz 0。1Hz 不可实现
100Hz~1kHz 0。01Hz 不可实现
10Hz~100Hz 0。001Hz 不可实现
1Hz~10Hz 0。0001Hz 不可实现
如表2。1所示,测量10kHz以下的信号用测频法,闸门信号的频率都小于0。1Hz即此时测量周期要长于10s,甚至得等到几分钟、几十分钟才能获得频率,这大大浪费试验时间,并不符合电力系统测频的实时性,可认为不可实现。因此,对低频信号频率的测量不适合用测频法。
(2)测周法:即频率脉冲的周期测量法。将待测信号作为单片机的闸门信号,控制启动定时/计数器开始定时,对机器内部标准信号进行计数,待测信号一个开断时间后,关闭定时/计数器,得到的数值便是待测信号周期时间的测量值,取倒数,就能得到频率。如图2。2所示为测周法原理图。
图2。2 测周法原理图
在原理结构上,测周法和测频法几乎一模一样,只不过测周法将晶振与被测信号的位置互换,同理其测量最大量化误差也有±1个字的计数误差,其测量误差可以由式(2。3)表示,假设测量精度为10-5,则由式(2。4)得到N>105,由此可以得到如表2。2所示的测周法闸门信号与被测信号的关系。
表2。2测周法闸门信号与被测信号的关系
被测信号 闸门信号 能否实现文献综述
1MHz~10MHz 100GHz 不可实现
100kHz~1MHz 10GHz 不可实现
10kHz~100kHz 1GHz 不可实现
1kHz~10kHz 100MHz 不可实现
100Hz~1kHz 10MHz 可实现
10Hz~100Hz 1MHz 可实现
1Hz~10Hz 100kHz 可实现
对比表2。1与表2。2,测周法正好与测频法相反,对于测量低频信号有着极高的测量精度。
从测量原理图来看,测频法和测周法在高低频段各自都可以进行高精度的测量,但是这两种方法都无法顾及整个频段,而且无法消除 个字的误差,在电力系统测频中还是存在一定的误差,所以这两种方法还是具有一定的局限性,但是由于这两种测频方法电路简单、较易实现,所以在某些场合还是广泛使用[5]。 STM32单片机的电力系统数字频率计设计+流程图(3):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_136764.html