赫兹 （国际单位制中频率的单位）

简介

赫兹是以德国物理学家海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）的名字命名的，以纪念他的卓越贡献，1887年他首先发表了有关电磁波的论文，为无线电通讯奠定了基础，验证了麦克斯韦尔关于光是一种电磁波的理论，首先发现了光电效应现象，爱因斯坦在此理论的基础上建立了光量子理论。1930年6月，国际电工技术委员会采纳赫兹为频率单位。1960年的第十一届国际计量大会通过采用。

历史

海因里希·鲁道夫·赫兹（1857年2月22日~1894年1月1日），德国物理学家。1887年赫兹先生首先发表电磁波的发生和接收的实验论文，不但为无线电通讯创造了条件，并从电磁波的反射、折射和偏振等传播规律，确定电磁波具有和光波一样的性质，验证了麦克斯韦尔关于光是一种电磁波的理论。同年，他还首先发现了光电效应现象，即在光的照射下物体会释放出电子的现象，这一发现后来成了爱因斯坦建立光量子理论的基础。为了纪念他的卓越贡献，将频率的单位以他的名字命名为“赫兹”。

1930年6月，国际电工技术委员会采纳赫兹为频率单位。1960年的第十一届国际计量大会通过采用。同时，淘汰之前使用的单位，如周、千周、兆周等，1周=1 Hz（赫兹）、1千周=1 kHz（千赫）、1兆周=1 MHz（兆赫）。

定义

赫兹（hertz），简称赫，国际单位制中频率的单位，符号Hz。每秒振动或振荡一次或一周称为1赫兹，或可写成次/秒或周/秒。赫兹是周期为1秒的周期现象的频率，1赫=1秒，即1 Hz=1 s。千赫的符号为KHz，等于每秒完成10次或周；兆赫符号为MHz，又称麦格赫兹，等于每秒10次或周。

1983年国际度量衡委员会规定，时间单位“秒”的定义为：铯同位素Cs原子两超精细能级间跃迁产生的辐射周期T的9192631770倍。

电网供给的交流电，其电压随时间按正弦曲线变化，交流电压变化一周所需要的时间叫做周期，用T表示，单位是秒。交流电在1秒钟内重复变化的次数称为频率，用f表示，单位是赫兹（Hz）。周期T与频率f互为倒数关系，即f = 1/T或T = 1/f。中国的工业及民用交流电的频率是50 Hz（称为工频），也就是说1秒钟内重复变化了50次，它的周期为0.02秒（s）。波长λ与频率f的关系是：c=λf，c为光速（3×10 m/s）。角速度ω与频率f的关系为：ω=2πf。

测量

测量方法

直接测量频率或者根据周期间接测量频率

使用示波器可以直接测量周期性信号的频率，测量前需要使被测信号与示波器水平扫描信号同步，也就是通过正确地设置触发条件、触发模式、触发源和触发电平等一系列操作，使被测信号的波形稳定显示在示波器显示屏上后，显示屏上也同时会显示出该被测信号的频率值。如果被测信号还没有稳定显示，则屏幕显示的频率值是无意义的，与被测信号无关。

Lissajous图形法测信号频率

在示波器X一Y工作方式下，X、Y轴通道上同时加入两个正弦信号时，荧光屏上显示的图形称为Lissajous图形。Lissajous图形的形状与输入的两个正弦信号的频率和相位差有关，因而可以通过对图形的分析来确定信号的频率及相位差。Lissajous图形法的操作步骤为：①示波器置于X-Y工作方式；②被测信号u_y(t)接于Y通道，频率已知且可调的标准频率信号u_x(t)接于X通道；③调节u_x(t)信号的频率，使荧光屏上显示稳定的图形，如果荧光屏上显示的图形不稳定或旋转变化，则表明f_y与f_x不成比例关系，只有当f_y：f_x=m：n（m、n为整数）时，荧光屏上才能显示稳定的图形。通过这些图形，可以确定比值m/n，从而算出被测信号频率：

频率计测量信号频率

频率计测量频率是严格按照频率的定义进行测量的，在某个已知标准时间间隔T_s内，测出被测信号重复出现的次数N，然后计算出频率f=N/T_s，也被称为计数法。

目前广泛使用数字式频率计的测试原理如下图所示，图中晶振电路产生高度稳定的振荡信号，经分频后产生准确的时间间隔T_s，用这个T_s作为门控信号去控制主门的开启时间，被测信号经过放大整形后，变换成方波脉冲，在主门开启时间T_s内通过主门，由计数器对通过主门的方波脉冲的个数进行计数，若在时间间隔T_s内计数值为N，则被测信号的频率f = N/T_s由译码显示电路将测量结果显示出来。

使用频率计进行测量时，应注意频率计开机后需经过充分预热，使内部晶振电路稳定工作，然后选择频率测量功能，并选择适当的输入通道，将被测信号正确接入频率计。有些型号的频率计还需根据被测信号的频率高低选择耦合方式AC/DC；根据被测信号幅度的大小选择是否对被测信号进行衰减。最后选择适当的闸门时间，频率计进入测量状态，即可显示出测量结果。

测量仪器

模拟示波器

模拟示波器是以模拟电路作为基础的示波器。它以直角坐标为参数系，以时间扫描为时基两维地显示电学量的瞬时变化，并能对其表征的参量进行分析和测量。模拟示波器一般由示波管、竖直放大器(Y轴放大器)、水平放大器(X轴放大器)扫描发生器、触发同步和直流电源等部分组成。示波管内的电子枪向屏幕发射电子,发射的电子经聚焦形成电子束打到屏幕上，屏幕的内表面涂有荧光物质，电子束打中荧光物质显示屏，就会发光。

频率计

频率计又称为频率计数器，是电子计数器的一种，是专门测量信号频率的电子测量仪器。

振动测试仪

振动测试仪（Vibrograph）是测定振动物理量的仪器。振动测量系统主要由振动换能器（传感器）、前置放大器、处理和变换仪器（滤波器、声级记录器、磁带记录器、实时分析仪）三部分组成。振动换能器是将振动量转变为光学的、机械的或电学的信号，所得的信号强弱和所检测的振动量成比例的装置；前置放大器是在分析或测量之前对换能器的信号进行阻抗变换和信号放大的器件；处理和变换仪器是将经前置放大器放大后的信号进行处理，并在仪表上得出相应的振动量读数，或者用滤波器分顿，得出分频的振动量或分顿的振动图形的装置。仪器使用前应进行标定，每年还应到国家指定计量部门检定。加速度传感器的频率覆盖，对局部振动应为8~1000赫兹，对全身振动应是1～80赫兹。

单位换算

应用领域

电磁波谱

人类已经开发利用的电磁频谱范围约在0.1~10Hz，例如：地震探测约1~12.5 Hz；脑电波约8~13 Hz；声呐为20 ～ 40 kHz；航空导航为300 ~ 400 kHz；国际遇险呼救500 kHz；中波调幅广播535 ~ 1 605 kHz等。在频谱图高频端，已开发应用的有X射线检查3×10 ~ 3×10 Hz；放射治疗3×10 ~ 3×10Hz；癌症治疗3×10 ~ 3×10 Hz等。开发利用最多也最拥挤的频段是3 MHz ~ 30 GHz（HF ~SHF），通信、电视、广播、导航、雷达、测控等都在这一范围。

电磁波谱内的不同辐射带之间，没有明显的界限，根据国内有关资料和世界卫生组织的资料进行了下列分类。

交流电频率

世界各国交流电的标准频率大多集中在50Hz和60Hz两个规格上。中国的交流电标准频率为50Hz。包括欧盟在内的世界上多数国家的交流电频率都是50Hz，而美国、加拿大、日本等国交流电的频率为60Hz。

声音频率

当机械振动的频率为20赫～20千赫，能引起人们的听觉器官感觉的称为声振动，高于或者低于这个频率，都不能被人类的听觉器官感觉到。

国际通用的标准高度（第一国际高度）的标准音是频率为440 Hz的音，也就是C大调中la音。

计算机中的频率

计算机CPU的主频是指CPU的时钟频率，它是决定执行指令速度的计时器，通常用兆赫兹（MHz）和千兆赫兹（GHz）来度量。1 MHz相当于1s内有100万个时钟周期，1GHz相当于1s内有10亿个时钟周期。例如，3.6 GHz的意思是CPU时钟在1s内运行3.6亿个时钟周期。

CPU外频也就是CPU的总线频率，是由主板为CPU提供的基准时钟频率。由于正常情况下CPU总线频率和内存总线频率相同，所以当CPU外频提高后，与内存之间的交换速度也相应得到了提高。

电子手表的频率

晶体管-摆轮游丝式电子手表工作频率10赫兹，走时精度约为±15秒/日；音叉式电子手表振动频率达到400赫兹，精度为±5秒/日；指针式石英手表振荡频率达30千赫兹，精度为±1秒/日；超高频石英手表，采用更高振荡频率的石英谐振器和更多级次的分频电路，频率4 000千赫兹，精度可以达到±5秒/年。

舒曼共振

舒曼共振，是1950年德国物理学家舒曼（Friedrich Schumann）教授与赫伯特·科尼格（Herbert Konig）合作发现的，被称为地球的驻波。极低频率的电磁波散布在地球和电离层之间的空洞中，其频率为8赫兹、12赫兹、20赫兹，其中的8赫兹（严密地说是7.8赫兹）是光环绕地球一圈的周期，也与人的脑电波中的α波的频率相一致。杜塞尔多夫大学（Heinrich Heine University）的雅各布（Jacob）发布的一项研究表明，“舒曼共振”与生命的创造息息相关。没有舒曼波，不会形成新的基因，也将会造成精神和生理疾病，如情绪困扰和偏头痛，因为我们的昼夜节奏被打乱。年龄大的人更容易受到影响，或者他们的免疫系统会遭到更多的破坏。