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chrisrabe(R)

10.04.2019,
08:35
(editiert von chrisrabe
am 10.04.2019 um 08:37)
 

Genaue Frequenzmessung (Elektronik)

Guten Morgen,

ich habe mich in diesem Forum angemeldet in der Hoffnung jemanden zu Finden, der zu folgendem Problem eine Idee hat.

Ich habe eine Anwendung, in der eine Frequenzänderung genau gemessen werden muss.
Das Grundsignal ist ein 6MHz Sinus, welcher sich ganz langsam verändert. Diese Änderung muss ich messen auf min.2 Nachkommastellen genau, also:

Messung 1: 6.000.000,000 Hz
Messung 2: 5.999.999,995 Hz
Messung 3: 5.999.999,992 Hz
Messung 4: 5.999.999,991 Hz
...

Als Ergebnis benötige ich also:
Messung 2: -0,005 Hz
Messung 3: -0,003 Hz
Messung 4: -0,001 Hz

Das ganze sollte mehrmals je Sekunde erfolgen, mindestens 5 mal, also darf die eigentliche Messung weniger als 200ms dauern.
Hat jemand eine Idee, wie ich eine Frequenz auf 10 Stellen genau innerhalb von z.B. 100ms messen kann?

Viele Grüße
Chrisrabe

Kendiman(R)

10.04.2019,
09:13
(editiert von Kendiman
am 10.04.2019 um 09:43)


@ chrisrabe

Genaue Frequenzmessung

» Guten Morgen,
»
» ich habe mich in diesem Forum angemeldet in der Hoffnung jemanden zu
» Finden, der zu folgendem Problem eine Idee hat.
»
» Ich habe eine Anwendung, in der eine Frequenzänderung genau gemessen werden
» muss.
» Das Grundsignal ist ein 6MHz Sinus, welcher sich ganz langsam verändert.
» Diese Änderung muss ich messen auf min.2 Nachkommastellen genau, also:
»
» Messung 1: 6.000.000,000 Hz
» Messung 2: 5.999.999,995 Hz
» Messung 3: 5.999.999,992 Hz
» Messung 4: 5.999.999,991 Hz
» ...
»
» Als Ergebnis benötige ich also:
» Messung 2: -0,005 Hz
» Messung 3: -0,003 Hz
» Messung 4: -0,001 Hz
»
» Das ganze sollte mehrmals je Sekunde erfolgen, mindestens 5 mal, also darf
» die eigentliche Messung weniger als 200ms dauern.
» Hat jemand eine Idee, wie ich eine Frequenz auf 10 Stellen genau innerhalb
» von z.B. 100ms messen kann?
»
» Viele Grüße
» Chrisrabe

Nur zum Verständniss :
Die Anzeige bezieht sich also auf den vorher gemessenen Wert.
Bezugswert ist nicht die Grundfrequenz von 6 MHz ?
Messung 2 : -0,005 Hz ( Abweichung von der Grundfrequenz 6 MHz)
Messung 3 : -0,008 Hz ( Abweichung von der Grundfrequenz 6 MHz)
Messung 4 : -0,009 Hz ( Abweichung von der Grundfrequenz 6 MHz)

Wenn weniger als alle 200 ms eine neue Anzeige erfolgen soll, so ist eine
Ablesung sehr schwierig. Man hat nur 0.2 s zur Erkennung der Anzeige.

Ein Frequenzzähler mit einer synchronisierten Taktzeit (GPS, DCF77)
( Genauigkeit 1 E-10 ist Voraussetzung )
Das ist mit guten Frequenzählern machbar.

Der Hameg Zähler HM8123 hat eine Auflösung von 9 Stellen.
Mit einer GPS-synchronisierten Zeitbasis (die als Option lieferbar ist)
ist deine Messung möglich.
Der HM 8123 kostet 1775,00 Euro, die Zeitbasis 200,00 Euro
Damit misst man 0,001 Hz genau.

xy(R)

E-Mail

10.04.2019,
09:29

@ Kendiman

Genaue Frequenzmessung

» Das ist mit guten Frequenzählern machbar.

Ich kenne keinen Frequenzzähler der ohne Vorteiler 30GHz kann.

chrisrabe(R)

10.04.2019,
09:35

@ Kendiman

Genaue Frequenzmessung

» Nur zum Verständniss :
» Die Anzeige bezieht sich also auf den vorher gemessenen Wert.
» Bezugswert ist nicht die Grundfrequenz von 6 MHz ?
» Messung 2 : -0,005 Hz ( Abweichung von der Grundfrequenz 6 MHz)
» Messung 3 : -0,008 Hz ( Abweichung von der Grundfrequenz 6 MHz)
» Messung 4 : -0,009 Hz ( Abweichung von der Grundfrequenz 6 MHz)
»
» Wenn weniger als alle 200 ms eine neue Anzeige erfolgen soll, so ist eine
» Ablesung sehr schwierig. Man hat nur 0.2 s zur Erkennung der Anzeige.
»
» Ein Frequenzzähler mit einer synchronisierten Taktzeit (GPS, DCF77)
» ( Genauigkeit 1 E-10 ist Voraussetzung )
» Das ist mit guten Frequenzählern machbar.

Hallo,

Das ist richtig. Es ist nicht der Bezug auf die ursprüngliche Startfrequenz, sondern die jeweilige Frequenzänderung von Bedeutung.
Die Werte werden nicht unmittelbar betrachtet, sondern zum einen graphisch dargestellt, zum anderen für weitere Berechnungen benötigt.

Letztendlich ist es also nicht Ziel diese Zahl auf dem Display eines Messgerätes darzustellen, sondern eine Schaltung zu haben, welche die Werte einem µC zur Verfügung stellen soll.

Grüße,
Chrisrabe
--

Kendiman(R)

10.04.2019,
10:17
(editiert von Kendiman
am 10.04.2019 um 10:19)


@ chrisrabe

Genaue Frequenzmessung

» » Nur zum Verständniss :
» » Die Anzeige bezieht sich also auf den vorher gemessenen Wert.
» » Bezugswert ist nicht die Grundfrequenz von 6 MHz ?
» » Messung 2 : -0,005 Hz ( Abweichung von der Grundfrequenz 6 MHz)
» » Messung 3 : -0,008 Hz ( Abweichung von der Grundfrequenz 6 MHz)
» » Messung 4 : -0,009 Hz ( Abweichung von der Grundfrequenz 6 MHz)
» »
» » Wenn weniger als alle 200 ms eine neue Anzeige erfolgen soll, so ist eine
»
» » Ablesung sehr schwierig. Man hat nur 0.2 s zur Erkennung der Anzeige.
» »
» » Ein Frequenzzähler mit einer synchronisierten Taktzeit (GPS, DCF77)
» » ( Genauigkeit 1 E-10 ist Voraussetzung )
» » Das ist mit guten Frequenzählern machbar.
»
» Hallo,
»
» Das ist richtig. Es ist nicht der Bezug auf die ursprüngliche
» Startfrequenz, sondern die jeweilige Frequenzänderung von Bedeutung.
» Die Werte werden nicht unmittelbar betrachtet, sondern zum einen graphisch
» dargestellt, zum anderen für weitere Berechnungen benötigt.
»
» Letztendlich ist es also nicht Ziel diese Zahl auf dem Display eines
» Messgerätes darzustellen, sondern eine Schaltung zu haben, welche die Werte
» einem µC zur Verfügung stellen soll.
»
» Grüße,
» Chrisrabe
» --

Alle guten Zähler können die Ergebnisse über eine Schnittstelle ausgeben.
Damit kann man dann mit einem µC die weitere Verarbeitung nach
eigenem Wunsch ausführen.
Ich gebe folgendes Problem zu bedenken:
Wenn man die Herzfrequenz messen möchte, so benötigt man
eine genauen Uhr ( Torzeit bei Zähler).
Man zählt die Herzschläge über eine Minute.
Damit hat man die Herzfrequenz.
Zählt man die Herzschläge aber nur über 15 s (kleine Torzeit),
und multipliziert den Wert mit 4, so ist die Genauigkeit nicht mehr gegeben.
Bei der Herzfrequenzmessung aber noch akzeptabel.
Verringert man die Messzeit auf 2 s (sehr kleine Torzeit),
dann ist das eine Fehlmessung.
Bei einer Messdauer von < 200 ms ist die Torzeit sehr gering.
Mir ist noch nicht klar, wie man bei dieser geringen Torzeit
die Genauigkeit von mindesten 1E-9 erreichen kann.
( 0,001 Hz Abweichung bei 6 MHz)

chrisrabe(R)

10.04.2019,
10:38

@ Kendiman

Genaue Frequenzmessung

» Mir ist noch nicht klar, wie man bei dieser geringen Torzeit
» die Genauigkeit von mindesten 1E-9 erreichen kann.
» ( 0,001 Hz Abweichung bei 6 MHz)

Hallo Kendiman,

genau da liegt das Problem. Die kleine Änderung in der großen Gesamtfrequenz erfordert entweder einen sehr schnellen Zähler Takt oder eine lange Messzeit.
Da mich höherwertigen Stellen nicht interessieren ist es gedanklich auf folgende Art einfach, nur wie setzt man es um:
- ich subtrahiere vom Messsignal 6.000.000,005Hz einfach 6MHz. Verbleiben 0.005Hz
- selbst wenn eine maximale Änderung von 100Hz zu erwarten wäre, müsste nur noch auf 6 Stellen gemessen werden. Das ginge mit den einschlägigen Methoden.

--

xy(R)

E-Mail

10.04.2019,
10:41
(editiert von xy
am 10.04.2019 um 10:43)


@ chrisrabe

Genaue Frequenzmessung

» - ich subtrahiere vom Messsignal 6.000.000,005Hz einfach 6MHz. Verbleiben
» 0.005Hz

Ja, das ist natürlich ganz einfach, so wie auch die Messung der 0,005Hz innerhalb von 200ms.

Wozu sollen die Messungen eigentlich dienen?

chrisrabe(R)

10.04.2019,
10:48

@ xy

Genaue Frequenzmessung

» » - ich subtrahiere vom Messsignal 6.000.000,005Hz einfach 6MHz.
» Verbleiben
» » 0.005Hz
»
» Ja, das ist natürlich ganz einfach, so wie auch die Messeung der 0,005Hz
» innerhalb von 200ms.
»
» Wozu sollen die Messungen eigentglich dienen?

Das Verhalten des Quarzes auf verschiedene Einflüsse ist zu untersuchen und aufzuzeichnen.
Letztendlich ist eine Regelung zu erstellen, welche diese Änderungen als Stellgröße verwendet.
Z.B. Temperaturänderungen haben extremen Einfluss, aber auch verschmutzung...

Bitte hier keine falsche Vorstellung/Ideen entwickeln. Es ist nicht das Ziel eine genaue und stabile Frequenz zu erzeugen und schlich einen TCXO zu verwenden. Es wird nicht die Frequenz benötigt, sondern die Änderung.

xy(R)

E-Mail

10.04.2019,
11:02

@ chrisrabe

Genaue Frequenzmessung

» Das Verhalten des Quarzes auf verschiedene Einflüsse ist zu untersuchen und
» aufzuzeichnen.
» Letztendlich ist eine Regelung zu erstellen, welche diese Änderungen als
» Stellgröße verwendet.

Und wir sollen jetzt deine Dissertation schreiben?

chrisrabe(R)

10.04.2019,
11:03

@ xy

Genaue Frequenzmessung

» » Das Verhalten des Quarzes auf verschiedene Einflüsse ist zu untersuchen
» und
» » aufzuzeichnen.
» » Letztendlich ist eine Regelung zu erstellen, welche diese Änderungen als
»
» » Stellgröße verwendet.
»
» Und wir sollen jetzt deine Dissertation schreiben?

komische Frage... was soll das bedeuten?

Kendiman(R)

10.04.2019,
11:04

@ chrisrabe

Genaue Frequenzmessung

» » Mir ist noch nicht klar, wie man bei dieser geringen Torzeit
» » die Genauigkeit von mindesten 1E-9 erreichen kann.
» » ( 0,001 Hz Abweichung bei 6 MHz)
»
» Hallo Kendiman,
»
» genau da liegt das Problem. Die kleine Änderung in der großen
» Gesamtfrequenz erfordert entweder einen sehr schnellen Zähler Takt oder
» eine lange Messzeit.
» Da mich höherwertigen Stellen nicht interessieren ist es gedanklich auf
» folgende Art einfach, nur wie setzt man es um:
» - ich subtrahiere vom Messsignal 6.000.000,005Hz einfach 6MHz. Verbleiben
» 0.005Hz
» - selbst wenn eine maximale Änderung von 100Hz zu erwarten wäre, müsste
» nur noch auf 6 Stellen gemessen werden. Das ginge mit den einschlägigen
» Methoden.
»
» --
Das ist eine gute Möglichkeit.
Dazu benötigt man für die Subtraktion einen genauen Oszillator von
6 MHz mit einer Genauigkeit von 1E-9
Da gibt es aber GPS-synchronisierte Oszillatoren

» - selbst wenn eine maximale Änderung von 100Hz zu erwarten wäre, müsste
» nur noch auf 6 Stellen gemessen werden. Das ginge mit den einschlägigen
» Methoden.

Das Messen von sehr niedrigen Frequenzen ist äußert schwierig.
0,005 Hz messen wenn man nur 0,2 s Zeit hat. Das geht garnicht.
Dazu wenden man dann die Periodenmessung an
Aber auch dafür sind 0,2 s Messzeit zu wenig.

https://www.elv.de/elektronikwissen/messverfahren-bei-frequenzzaehlern.html

Kendiman(R)

10.04.2019,
11:14
(editiert von Kendiman
am 10.04.2019 um 11:49)


@ chrisrabe

Genaue Frequenzmessung

» » » - ich subtrahiere vom Messsignal 6.000.000,005Hz einfach 6MHz.
» » Verbleiben
» » » 0.005Hz
» »
» » Ja, das ist natürlich ganz einfach, so wie auch die Messeung der 0,005Hz
» » innerhalb von 200ms.
» »
» » Wozu sollen die Messungen eigentglich dienen?
»
» Das Verhalten des Quarzes auf verschiedene Einflüsse ist zu untersuchen und
» aufzuzeichnen.
» Letztendlich ist eine Regelung zu erstellen, welche diese Änderungen als
» Stellgröße verwendet.
» Z.B. Temperaturänderungen haben extremen Einfluss, aber auch
» verschmutzung...
»
» Bitte hier keine falsche Vorstellung/Ideen entwickeln. Es ist nicht das
» Ziel eine genaue und stabile Frequenz zu erzeugen und schlich einen TCXO zu
» verwenden. Es wird nicht die Frequenz benötigt, sondern die Änderung.

Wenn eine Abweichung sofort (> 0,2 s ) erkennbar sein soll,
so gibt es die Möglichkeit des analogen oder digitalen Phasenvergleichs (Frequenzvergleich)
Parallel dazu eine Frequenzmessung. Das müßte gehen.
Eine PLL-Schaltung in Erwägung ziehen.
siehe auch : https://de.wikipedia.org/wiki/Phasendetektor

chrisrabe(R)

10.04.2019,
11:17

@ Kendiman

Genaue Frequenzmessung

» Das ist eine gute Möglichkeit.
» Dazu benötigt man für die Subtraktion einen genauen Oszillator von
» 6 MHz mit einer Genauigkeit von 1E-9
» Da gibt es aber GPS-synchronisierte Oszillatoren
»

Aber wie kann man von Frq-A eine Frq-B elektrisch subtrahieren? Ich überlegte bereits mit einem DownConverter
bzw Balanced Mixer wie dem 'SA602A' dem Ziel näher zu kommen, aber wenn ich es richtig verstehe subtrahiert der nicht wirklich Frequenzen, sondern kann halt aus einem modulierten Frequenzgemisch die Trägerfrequenz herausnehmen. Das ist ja aber nicht wirklich Subtraktion, sondern eher Demodulation.

» » - selbst wenn eine maximale Änderung von 100Hz zu erwarten wäre, müsste
» » nur noch auf 6 Stellen gemessen werden. Das ginge mit den einschlägigen
» » Methoden.
»
» Das Messen von sehr niedrigen Frequenzen ist äußert schwierig.
» 0,005 Hz messen wenn man nur 0,2 s Zeit hat. Das geht garnicht.
» Dazu wenden man dann die Periodenmessung an
» Aber auch dafür sind 0,2 s Messzeit zu wenig.
»
hmm, ... da hast Du allerdings Recht. Geht zwar genau, aber langsam...

» https://www.elv.de/elektronikwissen/messverfahren-bei-frequenzzaehlern.html

xy(R)

E-Mail

10.04.2019,
11:20

@ Kendiman

Genaue Frequenzmessung

» Wenn eine Abweichung sofort (> 0,2 s ) erkennbar sein soll,
» so gibt es die Möglichkeit des analogen Phasenvergleichs
» (Frequenzvergleich)
» Parallel dazu eine Frequenzmessung. Das müßte gehen.
» Eine PLL-Schaltung in Erwägung ziehen.
» siehe auch : https://de.wikipedia.org/wiki/Phasendetektor

Viel Spaß bei der Suche nach so einem jitterarmen Oszillator.

xy(R)

E-Mail

10.04.2019,
11:20

@ chrisrabe

Genaue Frequenzmessung

» » » Das Verhalten des Quarzes auf verschiedene Einflüsse ist zu
» untersuchen
» » und
» » » aufzuzeichnen.
» » » Letztendlich ist eine Regelung zu erstellen, welche diese Änderungen
» als
» »
» » » Stellgröße verwendet.
» »
» » Und wir sollen jetzt deine Dissertation schreiben?
»
» komische Frage... was soll das bedeuten?

Du weißt nicht was eine Dissertation ist?

chrisrabe(R)

10.04.2019,
11:22

@ xy

Genaue Frequenzmessung

» » » » Das Verhalten des Quarzes auf verschiedene Einflüsse ist zu
» » untersuchen
» » » und
» » » » aufzuzeichnen.
» » » » Letztendlich ist eine Regelung zu erstellen, welche diese Änderungen
» » als
» » »
» » » » Stellgröße verwendet.
» » »
» » » Und wir sollen jetzt deine Dissertation schreiben?
» »
» » komische Frage... was soll das bedeuten?
»
» Du weißt nicht was eine Dissertation ist?

Hey, XY,

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