周波数計
周波数計は、周期的な電気信号の周波数を表示する計測器です。かつては様々なタイプの機械式周波数計が使用されていましたが、1970年代以降、ほぼすべての機種でデジタル周波数カウンタに置き換えられました。
低周波システム
振動リードメーター
最も基本的な形式の周波数計の一つは、振動リードメーターまたは同調リードメーターである。これは、同調された金属リードまたは音叉型の装置の先端近くに配置した、信号を伝送する電磁石コイルから構成される。信号がコイルを通過すると、サンプル周波数の磁場が生成され、リード、またはそれに接続された小さな金属片や磁石を押し引きする。リードは特定の周波数で振動するように形作られており、磁石内の信号がその周波数に近づくと、リードは振動し始める。[ 1 ]複数のリードを様々な機械的接続を介して単一の電磁石上に配置することができ、どのリードが最も振動しているかを見ることで信号の周波数を判定することができる。[ 2 ]
同様のシステムである「リード受信機」は初期の無線制御システムでも使用されていました。リードが十分な振幅で振動すると、電気接点が閉じて制御装置が作動しました。[ 3 ]
可動針システム
より高度なシステムは偏向型で、通常は低周波の測定に使用されますが、900Hzまでの高周波測定にも使用できます。一般的なシステムには、BTH共振周波数計とウェストン周波数計の2種類があります。どちらも電気共振を利用して磁界を発生させ、指針を動かしますが、具体的な構造は異なります。
BTHメーターは、英国の重工業会社トムソン・ヒューストンにちなんで名付けられ、入力信号に接続された磁気コイルで構成されています。磁石の中心には鉄心が通っており、鉄心はコイルの端を超えて伸び、サーベルのような湾曲と先細りをしています。鉄心のもう一方の端には、固定された入力コイルに対して近づいたり遠ざかったりする2つ目のコイルがあります。この可動コイルはコンデンサに接続され、特定の周波数に同調したLC回路を形成します。 [ 4 ]
可動コイルには鉄心が貫通しており、鉄心はテーパー状に形成されているため、コイルが固定入力コイルに近づいたり遠ざかったりすると、LC回路のインダクタンスが変化する。入力コイルに信号が印加されると、可動コイルは入力コイルに向かう力または遠ざかる力を受け、LC+鉄心の共振周波数が入力信号と同じ周波数になるまで動き始める。通常、可動コイルは上部の支点から吊り下げられており、鉄心に沿った直線運動によって、コイルとそれに取り付けられた指針が文字盤上で回転する。[ 5 ]
ウェストン周波数計も同調回路を使用していますが、この場合は2つの同調回路間の相対的なインダクタンスが計器の動きを生み出します。このシステムでは、計器の可動部が位置する中央が開いたコイルを使用します。各コイルには電気的に接続されたもう1つのコイルがあり、これにより両者の間に生じる磁場はソレノイドのように均一になります。このような2つのコイルが直角に配置され、側面から見るとハッシュマーク（#）のように見えます。[ 6 ]
コイル対のうち1つはインダクタと抵抗器に接続され、もう1つにはインダクタが接続されていません。これにより、信号周波数が選択された基本周波数から変化すると、インダクタ側の電流は変化しますが、もう1つのコイル対の磁場は変化しません。これにより、2組のループの電流は互いに変化し、それらの間の磁場も変化します。中央の開口部に挿入された小さな磁石は、結果として生じる磁場に合わせて回転します。[ 7 ]
無線周波数システム
機械式表示器を用いた初期のメーターは、1000Hz程度の周波数に限られていましたが、より高い周波数の例も知られていました。無線周波数信号の場合、これらのシステムは一般的に反応が遅すぎたため、新しいメーターが導入されました。
吸収波長計
吸収波長計は、単一の可変LC回路と、それとは別に電圧計または電流計を備えたシンプルなシステムです。ユーザーは、通常は可変コンデンサを用いてLC回路を調整し、回路内の電圧が急激に低下するまで調整します。これは、局所的なLC回路が試験信号の周波数に等しい周波数に調整されたことを示し、この時点でLC回路は信号のエネルギーを吸収し始め、回路の電流を低下させます。
空洞吸収波長計
1960年代にマイクロ波システムやその他の短波長光源で使用するために開発された、独特な形態の吸収波長計。他の設計とは異なり、空洞吸収波長計は機械的な性質を持っています。[ 8 ]
このシステムは、円筒形の容器と、シリンダー内を上下に移動する内部ピストンで構成されています。ピストンの位置は通常、装置上部のネジで制御されますが、シリンダー自体がネジの役割を果たして、回転時にピストンを上下させる場合もあります。これらの機械は、その形状から「ガムボールマシン」と呼ばれることもありました。[ 8 ]
試験対象となる信号は、ピストンの下の装置片側にある導波管を通して入力され、反対側にある別の導波管にはマイクロ波電力検出器が接続されています。ユーザーは、出力電圧が急激に低下するまでコントロールを回します。これは、キャビティの寸法がマイクロ波の波長の正確な倍数になり、共振が始まったときに発生します。これにより、信号の一部がキャビティ内に散逸し、出力が低下します。[ 8 ]
ヘテロダインメーター
ヘテロダインとは、2つの信号を混合することで生成される信号です。出力は2つの信号の差で、通常は入力とは大きく異なる周波数になります。ヘテロダイン方式の簡単な例として、ピアノの調律が挙げられます。音叉を用いて既知の良好な周波数を生成し、ピアノの対応する鍵盤を押し込みます。2つの信号が混合され、数ヘルツ程度の非常に低い周波数で「ワーワー」という音、つまり「叩くような音」が聞こえます。ピアノの弦は、叩くような音が消えるまで調整されます。つまり、2つの周波数が（ほぼ）等しくなります。
同じシステムを用いて、未知の無線周波数を測定することもできます。この場合、音叉の代わりに、測定対象の周波数に近い周波数に同調させた小型の無線送信機、局部発振器（LO）を使用します。両者が比較的近い距離にある限り、生成されるヘテロダイン信号は可聴信号となります。ユーザーは、ピアノの調律と同じように、可聴信号が消えるまで局部発振器の周波数を調整できます。すると、未知の周波数は局部発振器の周波数と等しくなり、通常は調律ダイヤルで読み取ることができます。あるいは、ビート周波数を上記の周波数計に入力し、ダイヤルの動きを観察することでチューナーを正確に調整することもできます。
参照
参考文献
引用
- ^バクシ、バクシ & バクシ 2008、2.73、2.74 ページ。
- ^ 「エリオットブラザーズ周波数計」。
- ^ Judd, FC (2013).模型船、ボート、航空機の無線操縦. p. 13. ISBN 9781447489580。
- ^バクシ、バクシ & バクシ 2008、p. 2.75。
- ^バクシ、バクシ & バクシ 2008、p. 2.76。
- ^バクシ、バクシ & バクシ 2008、p. 2.77。
- ^バクシ、バクシ & バクシ 2008、2.77、2.78 ページ。
- ^ a b cトロント大学.
参考文献
- バクシ、ウダイ、バクシ、アジャイ、バクシ、クシティージャ (2008).電気測定と計測機器. 技術出版物. ISBN 9788184314380。
- 「HP 536A周波数計」（PDF）。トロント大学物理学部。
