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

45282. Основные принципы организации сети GSM (интерфейсы, географические зоны, использование частот) 251 KB
  Основные принципы организации сети GSM интерфейсы географические зоны использование частот. Внутренние интерфейсы GSM Внутренние интерфейсы показаны и перечислены в таблице Таблица 1. Типы внутренних интерфейсов сети GSM Тип Связь между устройствами MSCBSS bis BSCBTS B MSCVLR C MSCHLR D HLRVLR E MSCMSC O BSCOMC M BSCTCE Um MSBTS X OMCOMC Примечание: Xинтерфейс предназначен для связи OMC различных GSM Аинтерфейс. Интерфейс между MSC и BSS подсистема базовых станций BSC BTS обеспечивает передачу сообщений для управления...
45283. Каналы сигнализации и трафика в системе GSM (состав принципы использования) 88.5 KB
  Каналы сигнализации и трафика в системе GSM состав принципы использования. Очевидно что использование радиоканалов в мобильной сети GSM отличается от их применения в стационарной сети. Принцип использования каналов в системе GSM показан на рис. В стационарной сети абонентские линии абонентские каналы трафика закреплены за телефонным аппаратом.
45284. Коммутация в GSM (пример обслуживания вызова от абонента ТфОП к абоненту мобильной сети) 88 KB
  Обслуживание вызова от абонента стационарной сети к абоненту мобильной сети GSM В рассматриваемом примере порядок действий следующий: Входящий вызов поступает от стационарной сети ТфОП на вход шлюза MSC GMSC Gtewy MSC. Он передается назад в HLR GMSC. Затем соединение переключается к соответствующему MSC. MSC вырабатывает запрос VLR.
45285. Частотный план сетей UMTS/LTE и его развитие в LTE Advanced. Архитектура сети LTE. Назначение подсистем и узлов. Отличия от сети UMTS. Протоколы интерфейса S1 сети LTE 977 KB
  Для внедрения решений ВКР-07 по системам мобильной связи семейства IMT (LTE) рабочие группы Партнерского проекта 3GPP и ETSI определили в технических спецификациях 17 полос радиочастот для режима FDD и 8 полос для режима TDD (табл. 2.7) 124]. Кроме того, эти диапазоны также входят в число диапазонов, определенных в рекомендациях МСЭ для развития сетей мобильного беспроводного доступа третьего и четвертого поколени2
45286. Эталонная архитектура базовой сети LTE. Функции базовой сети SAE. Взаимодействие сети LTE с другими сетями. Физические, транспортные и логические, каналы сети E-UTRAN вниз и вверх 12.45 MB
  Эталонная архитектура базовой сети LTE. Функции базовой сети SE. Взаимодействие сети LTE с другими сетями. Физические транспортные и логические каналы сети EUTRN вниз и вверх.
45287. Эволюция стандартов и технологий мобильной связи. Концепции технологии 4G и IMS 737.5 KB
  Технология кодового разделения каналов CDM благодаря высокой спектральной эффективности является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи.51 Эволюция технологий мобильной связи WCDM считается стандартом 3G в эволюционном развития GSM систем. GSM системы поддерживают скорость передачи данных не более 96 кбит с это позволяет предоставлять пользователям услуги голосовой связи и SMS.
45288. Системы мобильной связи стандарта 802.16e. Назначение, характеристики, реалии внедрения. Механизмы безопасности WiMAX 317.9 KB
  Механизмы безопасности WiMX. Мифы: цена оборудования 150200; скорость до 70 Мбит с на полосе 20 МГц; на расстоянии 510 км до 50 км; неограниченное число клиентов; клиентское оборудование будет работать с любым оборудованием WiMX. скорость PreWiMX до 48 Мбит с. Характеристики Мобильный WiMX система б пров.
45289. Три этапа планирования сетей связи. Отличия в планировании сетей GSM, WCDMA и LTE 31.83 KB
  Алгоритм частотнотерриториального планирования сети радиосвязи. Первый этап планирования заключается в подготовке электронной карты местности ЭКЧ содержащей данные описывающие рельеф местности застройку территории лесные и водные массивы и в получении надежных данных в отношении: высоты местности морфоструктруры землепользование распределения населения транспортных потоков и других факторов влияющих на плотность трафика прогноза числа абонентов требований к рабочим характеристикам для обеспечения соответствующего качества...
45290. Концепция системы показателей качества услуг сетей мобильной связи (СМС). Международная стандартизация требований к качеству услуг. Государственная система стандартизации и контроля качества в РФ 222.5 KB
  Концепция системы показателей качества услуг сетей мобильной связи СМС. Конкуренция между операторами связи на национальных и международных телекоммуникационных рынках выдвигает проблему качества услуг связи на одно аз первых мест и следовательно появляется необходимость стандартизировать требования к качеству и методам его измерения. Стандартизация систем управления качеством услуг связи необходима для контроля над качеством технологических процессов их предоставления и согласования возможностей сетей общего пользования принадлежащих...