脉冲计数测频与测周期原理

脉冲计数测频与测周期原理

1. 脉冲频率与转速

脉冲频率指单位时间内周期性脉冲出现的次数，记作 $f$，单位为赫兹（Hz）。若在时间 $T$ 内计得 $N$ 个脉冲，则平均频率为

转速指旋转体单位时间内转过的圈数，记作 $n$，常用单位为转每分（r/min）。若旋转体每转产生 $Z$ 个脉冲，则脉冲频率与转速的关系为

或

式中 $Z$ 为每转脉冲数，$n$ 的单位为 r/min。

2. 频率与周期的倒数关系

周期 $T$ 是脉冲重复一次所需的时间，频率与周期互为倒数：

该关系是测周期法的基础。

3. 计数闸门时间与脉冲计数测频

计数闸门时间指测频时允许脉冲计数器进行计数的固定时间窗口，记作 $T_g$。在闸门时间 $T_g$ 内对脉冲计数，得到计数值 $N$，则被测频率为

该方法称为脉冲计数测频。其特点是：在给定闸门时间内直接计数，适用于频率较高的场合。

4. 测周期法

测周期法测量相邻脉冲之间的时间间隔 $T$，再取倒数得到脉冲频率：

若用已知频率为 $f_c$ 的时钟脉冲测量该时间间隔，计得时钟脉冲数为 $M$，则

测周期法适用于频率较低的场合，因为低频时周期较长，测量相对误差较小。

5. 量化误差（±1个脉冲）

数字计数中，计数起止时刻与脉冲边沿不同步，计数结果可能多计或少计一个脉冲，由此产生的误差称为量化误差，即 ±1 个脉冲。

测频时，若闸门时间为 $T_g$，计数值为 $N$，则频率的相对量化误差为

可见，频率越高或闸门时间越长，$N$ 越大，相对误差越小。

测周期时，若时钟频率为 $f_c$，计数值为 $M$，则周期的相对量化误差为

可见，周期越长或时钟频率越高，$M$ 越大，相对误差越小。

6. 传感器响应能力对最高频率或最短脉冲间隔的限制

传感器对输入变化能够及时响应的最高频率或最短脉冲间隔有限制。当脉冲频率过高或脉冲间隔过短时，传感器可能无法分辨相邻脉冲，导致输出脉冲丢失或波形失真。因此，实际测量范围受传感器响应能力与后续计数电路的限制。

设传感器最高响应频率为 $f_{\max }$，则被测脉冲频率应满足

对应最短脉冲间隔为

被测周期应满足

否则传感器输出不能正确反映输入脉冲序列，测量结果无效。