提出并研制了一種高可靠性、高精度、使用簡單且便于維護的頻率測量系統，該系統用于電力電子測量領域。其硬件系統以嵌入式PC104計算機為測控平臺，軟件系統以LabWindows/CVI為開發平臺，采用測周期法，依據頻率大小選用不同的基準頻率。經實際測試證實，該設計滿足精度和實時性的要求，檢測效率高，便于操作與維護。該系統亦可用于其他要求高精度頻率測量的領域中。

　　1 引言

　　頻率是電力電子系統中1個基本的物理量，其測量問題在工程應用中非常重要。通常的測量方案是選用單片機或可編程邏輯器件。然而，在某些特殊場合，工作環境惡劣，要求測量精度高、可靠性強，使用常規的方案難以達到要求，或成本過高。本文提出了一種基于PC104測控計算機的頻率測量系統，依據初步測試得到的待測頻率大小選用不同的基準頻率，測量精度達到0.2%，且實現了同時測量多路信號的頻率。

　　2 總體設計

　　交變信號的頻率是指單位時間內信號周期性變化的次數，即發fx =N/t，可見測量fx須將N或t作為基準，對另一個量進行測量［1］。基本的測量頻率方法有兩種：一種是測頻法，由測量電路給出標準閘門信號t =Tr，測出待測信號在一定的時間間隔Tr內重復變化次數N， 得被測信號的頻率為；另一種方法是測周期法，由測量電路提供標準頻率信號fr，以被測信號的周期作為閘門，測出在一個被測信號周期內標準信號fr的個數N，得到被測信號的頻率為。兩種方法均存在計數器的±1量化誤差，測頻法的相對誤差，測周期法的相對誤差。前者fx位于分母，其值越大誤差越小，因此對于高頻信號有較高的精度，而后者fx位于分子，值越小誤差越小，對低頻信號的測量精度較高。本文以測周期法為原理，提出的測頻方案如圖1所示。以PC104測控計算機為硬件平臺，設計調理模塊對信號進行調理，通過PC104總線輸入到操作系統平臺上，由數據處理算法進行處理，并在液晶顯示器上顯示。

?

圖1 測頻方案示意圖

?

　　3 硬件設計

　　本文以PC104測控計算機為硬件平臺，選用的功能模塊有DMM-32X-AT、OMM-XT和GPIO-MM-XT，可以實現多路頻率信號的同時測量。PC104與標準臺式PC（PC/AT）體系結構完全兼容，并且具有結構緊湊，體積小，功耗低，使用溫度范圍寬（-45℃～85℃），可靠性高（單個模塊MTBF》20萬h），抗惡劣環境，堅固耐用等優點，從而保證了產品的生命周期［2-3］。

　　對多路待測頻率信號進行分類，將存在先后測試順序的頻率信號共用一組檢測電路進行調理，利用多路開關實現信號之間的切換。在測量過程中，實際輸入信號存在不確定性及抖動等問題，為了提高測量精度，首先對待測信號進行預處理，通過濾波器濾去高頻干擾和低頻漂移信號，接著進行線性放大，再經過零比較器整形為矩形波信號，最后通過雙穩態電路輸入PC104功能模塊卡。

　　傳統的測量周期原理框圖如圖2所示。在待測頻率的1個周期中，高電平時間計數器閘門打開進行計數，低電平時關閉，通過測量出高電平時間計算出信號周期。但是如果遇到干擾，待測頻率上升沿和下降沿輕微變化時， 計數就會產生一個脈沖的讀數誤差。同時，對于占空比未知的信號，采用此原理無法測出準確頻率。

　　因此，為減小誤差，并且能測量占空比未知的信號，所提出的測頻方案首先將待測信號分頻，使測頻時間為待測頻率信號周期的整數倍，而與占空比無關，如圖3所示。另外對于高頻和低頻信號，采用不同的分頻系數，以提高測量精度。對于1kHz以下的信號進行二分頻，1kHz以上的信號進行四分頻。

圖3改進的測頻方法原理框圖
?

圖4：硬件電路圖

　　硬件電路原理圖如圖4所示。