Частотомер — это прибор, отображающий частоту периодического электрического сигнала . В прошлом использовались различные типы механических частотомеров, но с 1970-х годов они почти повсеместно были заменены цифровыми частотомерами .
Одной из самых основных форм измерителя частоты является вибрирующий язычковый измеритель или настроенный язычковый измеритель . Он состоит из электромагнитной катушки, несущей сигнал, расположенной около конца настроенного металлического язычка или устройства типа камертона . Когда сигнал проходит через катушку, он создает магнитное поле с частотой образца, которое толкает и тянет язычок или небольшой кусок металла или магнит, соединенный с ним. Язычок имеет форму, чтобы вибрировать на определенной частоте, и если сигнал в магните близок к нему, он начнет вибрировать. [1] Несколько язычков можно расположить на одном электромагните с помощью различных механических соединений, и частоту сигнала можно определить, посмотрев, какой язычок вибрирует больше всего. [2]
Похожие системы, « язычковые приемники », также использовались в ранних системах радиоуправления ; когда язычок вибрировал с достаточной амплитудой, это приводило к замыканию электрического контакта и активированию органов управления. [3]
Более продвинутые системы были отклоняющего типа, обычно используемые для измерения низких частот, но способные использоваться для частот до 900 Гц. Существует два распространенных типа, измеритель резонансной частоты BTH и измеритель частоты Weston . Оба используют электрический резонанс для создания магнитного поля для перемещения указателя, отличаясь своей точной конструкцией.
Счетчик BTH, названный в честь британской фирмы тяжелой промышленности Thomson-Houston , состоит из магнитной катушки, подключенной к входному сигналу. Через центр магнита проходит железный сердечник, который выступает за конец катушки и изогнут и сужен примерно как сабля . На другом конце сердечника находится вторая катушка, которая может приближаться или удаляться от фиксированной входной катушки. Эта подвижная катушка подключена к конденсатору для создания LC-контура, настроенного на определенную частоту. [4]
Поскольку железный сердечник проходит через подвижную катушку, а сердечник сужен, индуктивность LC-цепи изменяется по мере того, как катушка приближается или удаляется от фиксированной входной катушки. Когда сигнал подается на входную катушку, подвижная катушка воспринимает силу, направленную к входной катушке или от нее, и начинает двигаться до тех пор, пока результирующий резонанс LC+сердечника не станет той же частоты, что и входной сигнал. Обычно подвижная катушка подвешена на шарнире над ней, поэтому линейное движение вдоль сердечника заставляет катушку и прикрепленный указатель вращаться по циферблату. [5]
Частотомер Weston также использует настроенные контуры, но в этом случае это относительная индуктивность между двумя такими контурами, которая создает движения счетчика. Система использует катушки с открытыми центрами, где расположена подвижная часть счетчика. Каждая катушка имеет партнера, который электрически соединен так, что результирующее поле между ними однородно, как в соленоиде . Используются две такие спаренные катушки, расположенные под прямым углом, так что результирующая сборка выглядит как решетчатый знак, #, если смотреть сбоку. [6]
Одна из пар катушек подключена к индукторам и резисторам, а вторая не имеет никаких индукторов. Это приводит к изменению тока в индукторной стороне, поскольку частота сигнала отклоняется от выбранной базовой частоты, в то время как поле во втором наборе катушек не изменяется. Это приводит к изменению токов в двух наборах контуров относительно друг друга, а также к изменению результирующего магнитного поля между ними. Небольшой магнит, вставленный в открытый центр, поворачивается, чтобы выровняться с результирующим полем. [7]
Более ранние счетчики, использующие механические дисплеи, были ограничены частотами порядка 1000 Гц, хотя были известны примеры с более высокой частотой. Для радиочастотных сигналов эти системы, как правило, реагировали слишком медленно, и были введены новые счетчики.
Абсорбционный волномер представляет собой простую систему, состоящую из одного настраиваемого LC-контура и отдельного вольтметра или амперметра. Пользователь настраивает LC-контур, как правило, через переменный конденсатор, пока напряжение в контуре внезапно не упадет. Это означает, что локальный LC-контур настроен на частоту, равную частоте тестируемого сигнала, в этот момент он начинает поглощать энергию сигнала и вызывать падение тока в контуре.
Уникальная форма абсорбционного волномера, разработанная в 1960-х годах для использования с микроволновыми системами или другими источниками коротковолнового диапазона. В отличие от других конструкций, полостной абсорбционный волномер является механическим по своей природе. [8]
Система состоит из цилиндрического контейнера с внутренним поршнем, который движется вверх и вниз внутри цилиндра. Положение обычно контролируется винтом в верхней части устройства, или, в качестве альтернативы, сам цилиндр образует винт, который перемещает поршень вверх и вниз по мере его вращения. Иногда их называли «машинами для жевательной резинки» из-за их общей формы. [8]
Тестируемый сигнал подается через волновод на одной стороне устройства под поршнем, в то время как детектор мощности микроволн подключен к другому волноводу на противоположной стороне. Затем пользователь поворачивает регулятор до тех пор, пока выходное напряжение внезапно не упадет. Это происходит, когда размеры полости являются точным кратным длине волны микроволн, и она начинает резонировать. Это заставляет часть сигнала рассеиваться в полости, снижая выход. [8]
Гетеродин — это сигнал, который создается путем смешивания двух других сигналов. Выходной сигнал — это разность двух сигналов, обычно на совершенно другой частоте, чем входные сигналы. Простой пример гетеродинирования используется для настройки пианино ; камертон используется для получения известной хорошей частоты, а затем соответствующая клавиша на пианино застревает. Два сигнала смешиваются, и слышимое «ваа-ваа» или «биение» можно услышать на гораздо более низкой частоте, часто в несколько герц. Затем струну пианино настраивают до тех пор, пока биение не исчезнет, то есть две частоты (почти) равны.
Эту же систему можно использовать для измерения неизвестной радиочастоты. В этом случае камертон заменяется небольшим радиопередатчиком, локальным генератором (LO), настроенным на частоту, близкую к измеряемой. Пока они находятся относительно близко, результирующий гетеродинный сигнал будет слышен. Затем пользователь может изменять частоту своего радиоприемника LO до тех пор, пока слышимый сигнал не исчезнет, таким же образом, как настраивают пианино. Тогда неизвестная частота будет равна частоте их LO, которую обычно можно прочитать с шкалы настройки. В качестве альтернативы, частота биений может быть введена в один из измерителей частоты выше, что позволяет точно настроить тюнер, исследуя движение шкалы.