Frequenzimetro

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Un frequenzimetro è uno strumento elettronico di misura, oppure un circuito di uno strumento, usato per misurare la frequenza. Poiché la frequenza è definita come il numero di eventi di un particolare tipo che si verificano in un dato intervallo di tempo, la misura della frequenza si effettua in modo generalmente semplice.

[modifica] Funzionamento

La maggor parte dei frequenzimetri utilizzano un contatore che totalizza il numero di eventi che si verificano in un certo intervallo di tempo, ad esempio, in 1 secondo, allo scadere del quale il valore del contatore è visualizzato sul display ed il contatore azzerato per poter effettuare un nuovo conteggio. Se l'evento di cui misurare la frequenza si ripete con sufficiente regolarità, e se la sua frequenza è significativamente più bassa di quella di clock dell'orologio usato per la misura della base dei tempi, la precisione della misura può essere di molto migliorata misurando il tempo totale impiegato a compiere un numero intero di cicli, piuttosto che misurando il numero di cicli compiuti all'interno di un certo lasso di tempo (questa tecnica di musurazione è spesso denominata tecnica reciproca). L'oscillatore interno che permette al frequenzimetro di effettuare la misurazione è chiamato base dei tempi, e necessita di una calibrazione periodica particolarmente precisa.

Se la grandezza da misurare è già una grandezza elettronica, una semplice interfaccia con lo strumento è sufficiente. Segnali più complessi richiedono invece adattamenti per essere resi misurabili. La maggior parte dei frequenzimetri richiedono la presenza di amplificatori, filtri e adattatori per condizionare il segnale in ingresso. Altri tipi di eventi periodici devono essere convertiti in grandezze elettriche usando un qualche tipo di trasduttore. Ad esempio, un evento meccanico potrebbe essere rilevato mediante interruzione di un fascio luminoso e successivo conteggio degli impulsi luminosi così generati.

Per misurare la frequenza della rete elettrica, in passato erano usati strumenti elettromeccanici, costituiti da una serie di induttori, la cui risonanza era calibrata al di sopra e al di sotto di 50 Hz. La scala di lettura era costituita da una serie di lamine metalliche affiancate, ciascuna fulcrata in prossimità del campo magnetico generato dall'induttore. In corrispondenza di ciascuna era riportato un valore in Hz; 48,50,52,54,56 ecc. La lettura della frequenza si effettuava osservando il valore corrispondente alla lamina in vibrazione.

Attualmente, per misure di frequenza e analisi di anomalie sulla rete elettrica, si usano strumenti elettronici dedicati, in grado di rilevare oltre la frequenza, variazioni anomale anche rapide della sinusoide, impulsi, "buchi" momentanei, tutto registrato nella memoria dello strumento e stampabile sottoforma di grafico, compreso ora, minuto e secondo in cui si è manifestato l'evento. Solitamente questo tipo di strumento viene usato nei casi in cui la rete elettrica sia sospettata di provocare casuali e saltuari black out in laboratori o unità produttive.

I frequenzimetri usati in radiofrequenza (RF) sono piuttosto comuni, e si basano sugli stessi principi di funzionamento di quelli a bassa frequenza e sono dotati di più valori di fondo scala, i quali si adattano automaticamente alla misura che si sta effettuando, in modo da prevenire l'overflow. Per frequenze molto elevate alcuni modelli dispongono di un circuito aggiuntivo chiamato prescaler, con la funzione di dividere per 10 la frequenza di ingresso, così da ridurla ad un valore accettabile per il funzionamento dei circuiti digitali ordinari. Ovviamente il valore visualizzato sul display tiene conto di questa riduzione, fornendo sempre la misura reale della frequenza. Se la frequenza è troppo elevata per essere ridotta con il prescaler, un miscelatore ed un oscillatore locale possono essere usati per generare una frequenza misurabile.

La precisione di un frequenzimetro è fortemente dipendente dalla stabilità di frequenza della base dei tempi usata.

Il metodo adottato per aumentare sensibilmente la stabilità nel tempo dell'oscillatore, consiste nel racchiuderlo in un contenitore sigillato, definito (TCXO), Temperature compensated Crystal Osclillator, ovvero oscillatore a quarzo controllato in temperatura. Spesso questo circuito è disponibile dal costruttore come componente opzionale, in sostituzione all'oscillatore standard di base, meno costoso. Per effettuare misure ancora più accurate, questi strumenti dispongono di un ingresso costitituito da un connettore BNC o N, atto a ricevere un segnale di riferimento esterno proveniente da un oscillatore ad alta stabilità (rubidio, cesio o GPS). Dove non sia necessario conoscere la frequenza con un così alto grado di precisione, possono essere utilizzati oscillatori più semplici. E' anche possibile misurare la frequenza usando le stesse tecniche in software in an embedded system. A CPU per esempio, può essere arrangiato per misurare la sua frequenza di operazione prevista. Esso ha qualche base di tempo di riferimento da compararlo.

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