37726

ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ІМПУЛЬСНИХ СИГНАЛІВ МЕТОДОМ ДИСКРЕТНОГО РАХУНКУ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ Методи вимірювання частоти і інтервалів часу різноманітні. Застосовуються методи безпосереднього вимірювання методи засновані на порівнянні частоти зі зразковою частотою за допомогою осцилографа гетеродинний нульове биття і резонансний методи. Метод вимірювання Вхідний сигнал В Відносна нестабільність частоти кварцового ген. Похибка вимірювання частоти Електродинамічний логометричний частотомір 36 127 220 __  1.

Украинкский

2013-09-25

132 KB

9 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ІМПУЛЬСНИХ СИГНАЛІВ МЕТОДОМ ДИСКРЕТНОГО РАХУНКУ

1. МЕТА РОБОТИ

  •  вивчити методи дискретного рахунку;
  •  вивчити принципи дії цифрового частотоміра;
  •  набуття навичок роботи з вимірювальною апаратурою.

2. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Методи вимірювання частоти і інтервалів часу різноманітні. Застосовуються методи безпосереднього вимірювання, методи, засновані на порівнянні частоти зі зразковою частотою за допомогою осцилографа, гетеродинний (нульове биття ) і резонансний методи. Домінантне положення в сучасній вимірювальній техніці посідає метод дискретного рахунку, на основі якого реалізуються цифрові (електронно–рахувальні) частотоміри. Основні технічні характеристики наведені в табл. 1.1.

              Табл. 1.1

Технічні характеристики частотоміра

Метод

вимірювання

Тип

приладу

Межі вимірювання

Частота,

Гц

Період,

с

Тривалість імпульсу, мкс

Електроди-намічний  

логометрич-ний

частотомір

Д 506 М

50 5

__

Конденсатор-ний

частотомір

Ф 5043

20 – 20 103

__

Резонансний

Частотомір

Ч2 – 6А

(350 – 675)  

106

__

Гетеродин-ний вимірю-

вальний

частотомір

Ч4 – 9

(20 – 40)

106

__

Електронно-

рахувальний

частотомір

Ф 571

Ф 5041

Ф 5080

0.1-20 106

0.1-10 106

0.1-0.5 106

510-8 – 10

110-6 – 10

110-6 – 10

1 – 105

1 – 107

1 – 107

Табл. 1.1.( Продовж.)

Метод

вимірювання

Вхідний  сигнал,  В

Відносна нестабільність частоти, кварцового ген.

Похибка вимірювання частоти,    %

Електроди-намічний  

логометричний

частотомір

36

127

220

__

1.0

Конденсаторний

частотомір

1- 100

__

0.5

Резонансний

частотомір

Чутливість

0.5 мА

__

0.05

Гетеродинний вимірювальний

частотомір

0.05

__

5 10

Електронно-

рахувальний

частотомір

1 –100

  1.  – 30

1 - 100

1 10-7

1 10-7

1 10-7

г + 1/τвимfx)

г + 1/τвимfx)

г + 1/τвимfx)

3. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

3.1. Ознайомитись з технічними описами та інструкціями з експлуатації електронно–рахувального частотоміра і генератора імпульсних сигналів (ГІС).

3.2. Підготувати прилади до роботи відповідно до технічних описів.

3.3. Підключити частотомір і осцилограф до виходу ГІС.

3.4. Змінюючи частоту сигналу, яку виробляє ГІС, виміряти за допомогою частотоміра параметри прямокутних імпульсів у діапазонах низьких, середніх та високих частот:

  •  частоту слідування  fi;
  •  період Тi;
  •  тривалість імпульсів τi.

Замалювати осцилограму досліджуваного сигналу. Результати вимірювань занести в табл. 1.2, 1.3, 1.4 відповідно.

4. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ЕКСПЕРИМЕНТУ

4.1. За результатами вимірювань частоти і періоду слідування імпульсів розрахувати:

  •  абсолютну  Δfi; ΔТi  та відносну  δf; δT похибки вимірювань;
  •  максимальне значення абсолютної і відносної похибки;

Δfi max = fi δ + δд;                                          ΔTi max  = Тi δ + Тм;

Δfmax = (Δfi max / fi )100%;                            δTmax = (ΔTi max / Тi )100%,

де  δ = 6 · 10-7 % - відносна похибка частоти кварцового генератора частотоміру, δд = 1/tзм – відносна похибка дискретності, tзм -  тривалість інтервалу часу вимірювання, Тм = 1/fм – період слідування міток часу, fм – частота мітки.

4.2. Результати розрахунків занести до табл. 1.2, 1.3. Перевірити виконання співвідношень

                            Δfi Δfi max;                              ΔTi ΔTi max;

                            δf δf  max;                                    δTδT max.

4.3. За  результатами розрахунків тривалості імпульсів τi розрахувати абсолютну і відносну похибки. Результати розрахунків занести до табл. 1.4.

 

Табл. 1.2.

f, Гц

fi, Гц

Δfi, Гц

δf, %

Табл. 1.3.

f, Гц

Т, с

Ti, c

ΔTi, c

δT, %

Табл. 1.4.

f, Гц

τ, мкс

τi, мкс

Δτi, мкс

δτ, %

5. ЗМІСТ ЗВІТУ

  •  назва і мета роботи;
  •  перелік апаратури, яка використовується;
  •  основні метрологічні характеристики частотоміра і вимірювального генератора імпульсних сигналів;
  •  схема з’єднань приладів при вимірюваннях;
  •  осцилограма сигналу, який досліджується;
  •  висновки по роботі.

6. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Наведіть структурні схеми і поясніть принцип дії цифрового частотоміра в режимах вимірювання частоти і періоду сигналів.

2. Які імпульси називаються рахувальними?

3. У яких випадках доцільно вимірювати не частоту, а період сигналу?

4. Які частоти  / низькі чи високі / вимірюються частотоміром  більш точно  при однаковому часі підрахунку.

5. Чим визначається гранична частота цифрового частотоміра, вище якої доцільно вимірювати частоту, а нижче – період?

6. Вкажіть джерела похибок при вимірюванні частоти  методом дискретного рахунку та способи зменшення похибки вимірювання.

7. Назвіть функціональні можливості цифрових частотомірів.

1. Наведіть структурні схеми і поясніть принцип дії цифрового частотоміра в режимах вимірювання частоти і періоду сигналів.

Цифровий частотомір середніх значень. Перед тим, як розглядати принципи будови і роботу цифрового частотоміру, необхідно зупинитися на визначенні понять “частота” і “період”. У частотновимірювальній техніці основною характеристикою періодичного сигналу є період.

Періодом Т періодичного сигналу називається найменший інтервал часу, через який регулярно послідовно повторюється довільно вибране миттєве значення періодичного сигналу u(t). 3 математичної точки зору це інтерпретується так : період Т - це найменший інтервал часу, що відповідає рівнянню u(t+iT)= u(t), де i - будь-яке ціле число.

Частота f періодичного сигналу – це фізична величина, значення якої подають зворотні значення періоду цього сигналу. Співвідношення між значеннями частоти і періоду визначається відомою формулою Т=1/f.

Відношення числа N періодів періодичного сигналу до інтервалу часу T0, за який розраховане це число, дає середнє /за інтервал T0 / значення частоти. Принцип дії цифрового частотоміру середніх значень грунтується на підрахунку імпульсів невідомої частоти fx за суворо визначений інтервал часу T0 . Цей інтервал часу називається зразковим часовим інтервалом T0. Структурну схему цифрового частотоміру середніх значень наведено на рис.2, а часові діаграми його роботи – на рис. 3.

Рис.2. Структурна схема частотоміра середніх значень

Рис.3. Часові діаграми роботи частотоміра середніх значень

Структурна схема частотоміра містить такі основні блоки. Зразкову міру часу ЗМЧ / Т – RS – тригер, SW2 – схема збігу, G – генератор стабільної частоти, ПЧ – подільник частоти, що формує зразковий часовий інтервал ТO; Лічильник ЛТ, який підраховує кількість імпульсів невідомої частоти fx за зразковий інтервал часу ТO; Схему збігу SW1, де здійснюється квантування зразкового часового інтервалу імпульсами невідомої частоти; Формувач імпульсів F, який із вхідних сигналів формує прямокутні імпульси, калібровані за амплітудою і тривалістю.

За командою «Пуск» тригер Т встановлюється у стан логічної одиниці і таким чином відкриває схеми збігу SW1 і SW2. Імпульси, які слідують із частотою fx через формувач F і відкриту схему збігу SW1, надходять на вхід двійкового лічильника ЛТ, який здійснює їх підрахунок. В цей самий момент часу через відкриту схему збігу SW2 імпульси fO з виходу генератора G стабільної частоти надходять на вхід подільника частоти ПЧ, коефіцієнт поділу якого розраховують з урахуванням забезпечення потрібного часового інтервалу ТО. Після закінчення зразкового часового інтервалу заднім фронтом імпульсу ТО тригер Т встановлюється у стан логічного куля, схеми збігу SW1 і SW2 закриваються і в лічильнику ЛТ фіксується код N. Кількість імпульсів, які підраховує лічильник за час TO

. (1)

Подане співвідношення в рівнянням перетворювання частотоміра, оскільки воно характеризує, яким чином пов’язані між собою вихідна Ni і вхідна fX величини. Відносна похибка частотоміру середніх значень визначається виразом

. (2)

2. Які імпульси називаються рахувальними?

Рахувальні імпульси - послідовність прямокутних імпульсів постійної амплітуди, частота слідування яких рівна частоті вимірюваної напруги. Кількість імпульсів визначається за калібрований час t.

3. У яких випадках доцільно вимірювати не частоту, а період сигналу?

Період сигналу доцільно вимірювати при низьких частотах. Це зумовлено тим, що при низькій частоті ми маємо дуже високу похибку, яка зумовлена похибкою дискретизації

4. Які частоти  / низькі чи високі / вимірюються частотоміром  більш точно  при однаковому часі підрахунку.

При однаковому часі підрахунку більш точно вимірюються високі частоти. Наприклад похибка при f = 10 Мгц і Т = 1 с , відносна похибка буде дорівнювати  а при f = 10 Гц ,

5. Чим визначається гранична частота цифрового частотоміра, вище якої доцільно вимірювати частоту, а нижче – період?

6. Вкажіть джерела похибок при вимірюванні частоти  методом дискретного рахунку та способи зменшення похибки вимірювання.

Є два основних джерела похибок. Похибка дискретності (похибка рахунку імпульсів, та похибка пов’язана з нестабільністю частоти кварцового генератора. Відносна похибка часу вимірювання дорівнює відносній похибці частоти внутрішнього кварцового генератора (значення порядка ).

Для зменшення похибки вимірювання низьких частот необхідно збільшити час вимірювання, але це не завжди можливо, тому в цифрових частотомірах використовують множники частоти, або переходять до вимірювання періоду с подальшим розрахунком частоти за формулою

 

7. Назвіть функціональні можливості цифрових частотомірів.

Цифрові частотоміри  окрім частоти та періоду досліджуваного сигналу можуть вимірювати відношення, суму двох частот, інтервал часу, тривалість імпульсів, частоту їх послідовності.

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39107. Природоохранное управление процессами нормирования качества атмосферного воздуха в Российской Федерации 406.5 KB
  Вместе с тем, специальных исследований, посвящённых изучению проблем природоохранного управления процессами нормирования качества атмосферного воздуха в Российской Федерации не проводилось. Недостаточно изучена специфика деятельности органов государственной власти в России в данной области.
39108. Обострение и глобализация экологических, социальных и экономических проблем 36.93 KB
  Возникновение глобализации 4 2. Общество и процессы глобализации 5 3. Проявления глобализации 8 4. Укоренение этой идеи в науке и общественном сознании способствовало осознанию глобализации процессов в современном мире.
39109. Устойчивое сельское хозяйство 26.34 KB
  Современное состояние и тенденции развития сельских территорий 2. Цели принципы и задачи государственной политики в области устойчивого развития сельских территорий 3. Направления государственной политики в области устойчивого развития сельских территорий Заключение Список литературы Введение Концепцией долгосрочного социальноэкономического развития Российской Федерации на период до 2020 года утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г. N 1662р определены основные цели государственной аграрной...
39110. Понятие, содержание и формы права собственности на природные ресурсы 55 KB
  В настоящее время формы собственности на природные ресурсы определяются Конституцией РФ. Согласно ч. 2 ст. 9 земля и другие природные ресурсы могут находиться в частной, государственной, муниципальной и иных формах собственности.
39111. Устойчивое лесопользование 27.73 KB
  Сегодня обстановка быстро меняется и все действующие лица устойчивого лесопользования: компании по переработке древесины государственные учреждения природоохранные и общественные организации все они принимают участие в поиске возможностей по ускорению реформ увеличению инвестиций в лесное дело и развитие общественных институтов благоприятствующих инвестициям и реформам. Если раньше леса ценились прежде всего как источник древесины теперь в них хотят видеть место обитания животных птиц растений источник биоразнообразия; ценятся...
39112. Природные кризисы в истории развития жизни на Земле 278.5 KB
  Важнейшие катастрофы26 Заключение39 Список используемой литературы43 Приложения. При рассмотрении вопроса природных и искусственных катастроф на Земле именно в этом контексте хотелось бы определиться со значимостью изучения этого вопроса для будущего человечества ибо именно катастрофы приводят к самым большим бедствиям и разрушениям имеют огромное влияние на дальнейшее развитие всего живого как и в конкретном регионе так и на всей планете. Часто это...
39113. Ноосферная концепция В.И. Вернадского 52.5 KB
  Осознавая огромную роль и значение человека в жизни и преобразовании планеты русский ученый употреблял понятие ноосфера в разных смыслах: 1.[2] Таким образом понятие ноосфера предстаёт в двух аспектах: 1. Ноосфера в стадии становления развивающаяся стихийно с момента появления человека; 2. Ноосфера развитая сознательно формируемая совместными усилиями людей в интересах всестороннего развития всего человечества и каждого отдельного человека.
39114. Устойчивое развитие и эколого – правовой режим охраны природных ресурсов и объектов 71.5 KB
  Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце дошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию
39115. ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА 305.5 KB
  Если к двум электродам между которыми находится газовый промежуток приложить электрическое поле то при определенной разности потенциалов между электродами которую назовем критической и обозначим через U0 возникает коронный разряд. При прочих равных условиях вероятность появления свечения вокруг электрода а следовательно короны тем больше чем меньше радиус кривизны электродов. Свечение возникающее при коронном разряде около электрода связано с элементарными процессами происходящими на границе электрод воздух или в объеме...