本实用新型专利技术属于测量技术领域,涉及一种提高频率测量灵敏度的装置，包括频率选择模块、信号处理模块、分频模块、采集测量模块、显示输出模块；通过频率选择模块，确定要测量的信号的频率范围；通过信号处理模块将待测信号的幅值调整到分频模块的正常信号输入阈值，同时做硬件上的滤波处理，滤除掉信号中包含的噪音引号；通过分频模块对待测信号的频率做降频处理；通过采集测量模块，实现对待测信号频率的精确测量及真实值还原；通过显示输出模块将最后测量结果输出；本实用新型专利技术在不增加成本及体积的前提下，实现更高的频率测量精度及灵敏度，且本实用新型专利技术本身硬件设计简单、算法运算量很小，不依赖于特定器件或模块，具有普遍适用性。用性。用性。
【技术实现步骤摘要】
一种提高频率测量灵敏度的装置
[0001]本技术属于测量
，涉及一种提高频率测量灵敏度的装置。
技术介绍
[0002]频率测量在人类社会的方方面面有着非常广泛的应用，从生活中的车速监测到工业生产的传感器信号监控，对频率的测量无处不在。精确测量频率的重要性不言而喻。
[0003]目前对频率的测量，一般做法是通过单片机、DSP、FPGA等嵌入式处理芯片，由片上外设及外围电路，采用直接测频法或间接测周期法进行测量。但上述方法本身都存在以下缺陷：
[0004]测频法——实时性差，理论上精度可以做到很高，但代价是牺牲时间换灵敏度。例如，如果想要达到1Hz的灵敏度，测量周期为1s，如果想要达到0.1Hz 的灵敏度，测量周期为10s。对于有实时性要求的场合，这显然是不能接受的。
[0005]测周期法——虽然满足实时性要求，但能测量的灵敏度直接受限于处理芯片的主频，现在常见的单片机、DSP的时钟主频不过在百MHz级别，比如在不考虑成本前提下，300MHz的单片机，时钟的精度为3.33ns，如果测量的信号为 6kHz，要求0.1Hz的灵敏度，对时钟精度的要求为
[0006][0007]显然，当待测频率高于6kHz时，即使0.1Hz的灵敏度要求，该方法已失效。使用FPGA进行倍频可以一定程度上提高灵敏度，但FPGA不便于后期的维护且在成本敏感应用上不具可行性。
[0008]专利申请号为CN108872702A的技术专利提出的信号测量模块，直接进行捕获方波信号的信号边沿，进行脉冲计数和频率计算，可测得的灵敏度有限。
[0009]专利申请号为CN107064628A的技术专利，牵扯到傅里叶变换及插值等算法，算法复杂且运算量很大，在低端单片机上不具通用性。
[0010]对频率测量装置及方法的要求，应该有针对性的满足以下要求：
[0011](1)原理方案通用性强，使用范围具有普遍性而非特殊性，对测量的频率范围具有普适性，而非单独对低频、高频或者某个频率范围有效；
[0012](2)硬件设计简单抗干扰能力强，软件实现上算法简单、运算量小，即使对于低成本的16位甚至8位单片机也时适应的，不应过分依赖于处理器的数据计算能力；
[0013](3)开发周期短，后期维护简便快捷。
技术实现思路
[0014]本技术所要解决的技术问题是提供一种提高频率测量灵敏度的装置，本技术通过频率选择模块，确定要测量的信号的频率范围；通过信号处理模块将待测信号的幅值调整到分频模块的正常信号输入阈值，同时做硬件上的滤波处理，滤除掉信号中包含
的噪音引号；通过分频模块对待测信号的频率做降频处理；通过采集测量模块，实现对待测信号频率的精确测量及真实值还原；通过显示输出模块将最后测量结果输出。
[0015]本技术解决技术问题所采取的技术方案是：一种提高频率测量灵敏度的装置，包括：频率选择模块、信号处理模块、分频模块、采集测量模块、显示输出模块、电源模块；
[0016]所述频率选择模块输入端接收待测频率信号，频率选择模块用于根据待测信号选择合适的测量档位，以获得最高的测量灵敏度及精度；
[0017]所述信号处理模块的输入端连接所述频率选择模块的输出端；信号处理模块用于待测量信号的电压幅值转换，在保证不改变待测信号的频率及相位前提下，将其幅值转换到分频单元可接受的阈值范围内，同时对待测信号进行硬件滤波，去除杂质噪音；
[0018]所述分频模块的输入端连接所述信号处理模块的输出端；分频模块用于对信号做分频处理，实现降频，输入信号的频率为Q，分频系数为N，则输出信号的频率变为Q/N；
[0019]所述采集测量模块的输入端连接所述分频模块的输出端；采集测量模块用于通过捕获分频模块输出的降频后的信号上升沿或下降沿，直接测量信号的周期T，则直接测量到的信号频率为f＝1/T，则待测信号的频率为N/T；
[0020]所述显示输出模块的输入端连接所述采集测量模块的输出端；显示输出模块用于将测量结果输出到显示设备；
[0021]所述电源模块用于给装置供电；
[0022]所述电源模块的输入端连接外部电源；电源模块用于给分频模块供电，同时将幅值较高的5V供电电压转换为MCU正常工作所需的3.3V电压。
[0023]优选的，所述信号处理模块通过电压调幅硬件实现对调幅增益K的大小调节，以满足不同应用下的升压或降压要求，所述调幅增益K为输出信号幅值与输入信号幅值的比值。
[0024]优选的，所述分频模块通过分频硬件实现对输入信号频率Q的大小调节，以满足不同测量频率及灵敏度的要求。
[0025]更优的，所述分频硬件包括74LS160计数器。
[0026]优选的，所述分频模块包括分频电路，分频电路包括74LS160计数器U7、 U8、U9、U10，分频选择开关J1
‑
J4，信号接入MCU处理器开关J5，信号输入接口J16,R4、R5组成的分压电路，分频电路的连接方式为：74LS160计数器U7、 U8、U9、U10的端口3、4、5、6、8接地，端口1、7、9、10、16连接至电源， U7的端口2为分频电路的输入，通过J1接口连接至信号处理模块的输出端， U7的端口15为第一级10分频后的输出(待测信号频率降低10倍)；U7的输出端口15通过J2接口连接至第二级10分频U8的输入端口2，U8的输出端口为15(待测信号频率降低100倍)；U8的15端口通过J3接口连接至第三级 10分频U9的输入端口2，U9的输出端口为15(待测信号频率降低1000倍)；U9的15端口通过J4接口连接至第四级10分频U10的输入端口2，U10的输出端口15(待测信号频率降低10000倍)连接至R5，R5连接至R4实现分压，分压后的信号连接至J5接口，通过J5将最终处理好的待测信号输入给测量模块。 J16为信号输入接口，用于将待测信号接入装置；J1
‑
J4为分频选择开关，依次短接J1
‑
J4，则分频系数一次增加10倍；J5为信号接入MCU处理器开关；R4、 R5组成分压电路，用于将最后的5V的分频信号转换为3.3V输入到MCU处理器。
[0027]优选的，所述信号处理模块包括信号处理电路，信号处理电路包括电阻R2、 R3，信
号处理电路的连接方式为：电阻R2两端分别连接信号输入端和信号输出端，电阻R3两端分别连接信号输入端和接地。
[0028]优选的，所述显示输出模块包括显示输出电路，显示输出电路包括芯片MAX3232ESE，电容，C25～29，RS232串口通信接口J14、J15，显示输出电路的连接方式为：电容C25两端分别连接芯片MAX3232ESE的管脚1、3，电容C26 两端分别连接芯片MAX3232ESE的管脚4、5，电容C27两端分别连接芯片 MAX3232ESE的管脚16和接地，电容C28两端分别连接芯片MAX3232ESE的管脚 2和接地，电容C29本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种提高频率测量灵敏度的装置，其特征在于，包括：频率选择模块、信号处理模块、分频模块、采集测量模块、显示输出模块、电源模块；所述频率选择模块输入端接收待测频率信号，所述频率选择模块用于根据待测信号选择合适的测量档位，以获得最高的测量灵敏度及精度；所述信号处理模块的输入端连接所述频率选择模块的输出端；所述信号处理模块用于待测量信号的电压幅值转换；所述分频模块的输入端连接所述信号处理模块的输出端；所述分频模块用于对信号做分频处理，实现降频；所述采集测量模块的输入端连接所述分频模块的输出端；所述采集测量模块用于通过捕获分频模块输出的降频后的信号上升沿或下降沿；所述显示输出模块的输入端连接所述采集测量模块的输出端；所述显示输出模块用于将测量结果输出到显示设备；所述电源模块用于给装置供电；所述电源模块的输入端连接外部电源；所述电源模块用于给分频模块供电，同时将幅值较高的5V供电电压转换为MCU正常工作所需的3.3V电压。2.根据权利要求1所述的一种提高频率测量灵敏度的装置，其特征在于，所述分频模块包括74LS160计数器。3.根据权利要求1所述的一种提高频率测量灵敏度的装置，其特征在于，所述分频模块包括分频电路，所述分频电路包括74LS160计数器U7、U8、U9、U10，分频选择开关J1
‑
J4，信号接入MCU处理器开关J5，信号输入接口J16,R4、R5组成的分压电路，所述分频电路的连接方式为：74LS160计数器U7、U8、U9、U10的端口3、4、5、6、8接地，端口1、7、9、10、16连接至电源，U7的端口2为分频电路的输入，通过J1接口连接至信号处理模块的输出端，U7的端口15为第一级10分频后的输出；U7的输出端口15通过J2接口连接至第二级10分频U8的输入端口2，U8的输出端口为15；U8的15端口通过J3接口连接至第三级10分频U9的输入端口2，U9的输出端口为15；U9的15端口通过J4接口连接至第四级10分频U10的输入端口2，U10的输出端口15连接至R5，R5连接至R4实现分压，分压后的信号连接至J5接口，通过J5将最终处理好的待测信号输入给测量模块。4.根据权利要求1所述的一种提高频率测量灵敏度的装置，其特征在于，所述信号处理模块包括信号处理电路，所述信号处理电路包括电阻R2、R3，所述信号处理电路的连接方式为：电阻R2两端分别连接信号输入端和信号输出端，电阻R3两端分别连接信号输入端和接地。5.根据权利要求1所述的一种提高频率测量灵敏度的装置，其特征在于，所述显示输出模块包括显示输出电路，所述显示输出电路包括芯片MAX3232ESE，电容，C25～29，RS232串口通信接口J14、J15，所述显示输出电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李健，李亮，王学栋，史耀宗，孙玉萍，
申请(专利权)人：陕西天行健车联网信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。