8429

Измерение параметров импульсных сигналов методом дискретного счёта

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Измерение параметров импульсных сигналов методом дискретного счёта. Цель работы: - изучение метода дискретного счёта - изучение принципа действия цифрового частотомера - приобретение навыков работы с измерительной аппаратурой. Используемая аппарат...

Русский

2013-02-11

190 KB

27 чел.

Измерение параметров импульсных сигналов методом дискретного счёта.

Цель работы:

- изучение метода дискретного счёта;

- изучение принципа действия цифрового частотомера;

- приобретение навыков работы с измерительной аппаратурой.

Используемая аппаратура:

1. Электронно-счётный частотомер.

2. Генератор импульсных сигналов (ГИС) Г5-54.

Основные метрологические характеристики генератора импульсных сигналов

Г5-54:

1. Прибор выдаёт видеоимпульсы переключаемой полярности прямоугольной формы в диапазоне длительностей основных импульсов от 0,5 до 1000 мкс.

2. Длительность основных импульсов () регулируется плавно-ступенчато (8 поддиапазонов) от 0,1 до 1000 мкс. И устанавливается в пределах:

0,1-0,3; 0,3-1,0; 1-3; 3-10; 10-30; 30-100; 100-300; 300-1000 мкс.

Основной диапазон регулировки при скважности более 5. Погрешность установки длительности основных импульсов в основном диапазоне не превышает (0,1+0,03мкс).

3. Максимальная амплитуда основных импульсов  на внешней нагрузке 500 Ом с параллельной емкостью 50 пФ не менее 50 В.

4. Частота повторения импульсов () при внутреннем запуске регулируется плавно-ступенчато (8 поддиапазонов) от 0,01 до 100 кГц и устанавливается в приделах:

0,01-0,03; 0,03-0,1; 0,1-0,3; 0,3-1,0; 1-3; 3-10; 10-30; 30-100 кГц.

5. Внешний запуск прибора обеспечивается:

а) импульсами длительностью от 0.3 до 5 мкс  с амплитудой от 1 до 20 В при частоте повторения до 100 кГц и длительностью фронта не более 0,3 мкс;

б) синусоидальным напряжением амплитудой от 5 до 20 В при частоте 0,05 до 100 кГц.

Основные метрологические характеристики электронного частотомера Ч3-34А:

1. Измерение частоты импульсного сигнала (А) любой полярности от 10 Гц до 20 МГц. Чувствительность не хуже 0,2 В.

2.Измерение синусоидального сигнала (А) в диапазоне от 10 Гц до 20 МГц. Чувствительность не хуже 60 мВ.

2.Коэффициент ослабления входного аттенюатора входа «А» - 1:1; 1:10 и 1:100. Погрешность ослабления не превышает  30%.

Погрешности:

1. Основная относительная погрешность:

, где

- основная относительная погрешность внутр. кварц. генератора,

- измеряемая частота,

- время счета.

2. Дополнительная относительная погрешность

,

- дополнительная относительная погрешность внутреннего кварцевого генератора.

3. Погрешность измерения периода в пределах:

а) при синусоидальном сигнале

,

б) при импульсном сигнале:

,

где nкоэффициент умножения.

Схема соединения приборов при измерениях:

Осциллограмма исследуемого сигнала:

Таблицы результатов измерений и обработки данных:

Таблица 1.1

, Гц

, Гц

, Гц

, %

Таблица 1.2

, Гц

, мс

, мс

, мс

, %

                      Таблица 1.3

, Гц

, мкс

, мкс

, мкс

, %

Соотношения:

;  ;     

;

не выполняются, в подтверждения приведу таблицу значений:

Таблица 1.4

, Гц

, Гц

, Гц

, %

, %

, мс

, мс

, %

, %

  

Выводы: В лабораторной работе были проведены измерения параметров, а именно частота следования, период повторения и длительность, импульсных сигналов методом дискретного счёта. Сравнение абсолютной ; и относительной ; погрешности измерения с максимальными значениями абсолютной и относительной погрешности показало, что полученные результаты далеки от действительных значений измеряемой физической величины. Среди причин, которые повлияли на результат можно назвать следующие: длительный срок службы используемой аппаратуры, длительный срок без поверки, что привело к изменению метрологических характеристик. Также не результат измерений повлияли субъективные погрешности. В процессе подготовки и выполнения работы был изучен метод дискретного счёта, который позволяет проводить измерение средней частоты периодического сигнала.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Приведите структурные схемы и поясните принцип действия цифрового частотомера в режимах измерения частоты и периода сигналов.

  Измерение частоты () и периода х) синусоидального напряжения цифровым методом основано на реализации двух операций, а именно на преобразовании исследуемого сигнала в последовательность кратковременных-(счётных) импульсов той же частоты и на счете числа   этих импульсов за известный, строго определённый интервал времени  (время счёта). Первую операцию осуществляют схемами, получившими название формирующих устройств (формирователей), вторую – универсальными декадными счётчиками. При измерении частоты интервала времени  формируют из высокостабильных колебаний, создаваемых в приборе. Выбор частоты  образцовых колебаний определяется удобством перевода числа , зафиксированного счётчиком, в величину искомой частоты, выраженную в герцах. Приборы допускаю использование внешних источников образцовых колебаний с большей стабильностью частоты.

  Представленная структурная схема обеспечивает два варианта (режима) измерения частоты. В первом строб-импульс формируется из образцовых колебаний. При этом измеряемый сигнал поступает на вход 1, во втором – строб-импульс формируется из колебаний известной частоты, а счётные импульсы – из образцового напряжения. В этом случае исследуемый сигнал поступает на вход 2.

2.   Какие импульсы называются счётными?

Счётными называются импульсы, с известным образцовым периодом следования (период << интервала), которые заполняют измеряемый интервал времени.

Метод последовательного счета. Измерение заключается в сравнении измеряемого интервала времени Δtx с дискретным интервалом, воспроизводящим единицу времени. Для этого измеряемый интервал Δtx заполняется импульсами с известным образцовым периодом следования Tобр<<tx, т. е. интервал преобразуется в отрезок периодической последовательности импульсов, число m которых, пропорциональное Δtx, подсчитывается. Импульсы, заполняющие интервал Δtx, принято называть счетными и обозначать период их следования Tсч. Таким образом,   

Δtx = m ·Tсч.   

3. В каких случаях целесообразно измерять не частоту, а период сигнала?

В тех случаях, когда погрешность или время счёта становятся чрезмерно большими (например,  >10 с).

4. Какие частоты (низкие или высокие) измеряются частотомером более точно при одинаковом времени счета?

Исходя из формулы: , очевидно, что при одинаковом времени счёта более точно измеряются высокие частоты.

5. Чем определяется граничная частота цифрового частотомера, выше которой целесообразно измерять частоту, а ниже период?

 

Граничная частота, при которой оба способа измерения с точки зрения погрешности дискретности эквивалентны, определяется из соотношения

, где  и  - величины постоянные для данного прибора.

6. Укажите источники погрешностей при измерении частоты методом дискретного счета и пути уменьшения погрешности измерения.

Относительная погрешность измерения периода гармонических колебаний определяется тремя составляющими: относительной погрешностью из-за нестабильности частоты  кварцевого генератора
, относительной погрешностью дискретности  и относительной погрешностью , обусловленной внешними шумами, поступающими вместе с измеряемым сигналом.
Существует четыре способа уменьшения погрешности дискретности при измерении частоты:
1) увеличение длительности временных ворот, т. е. продолжительности измерения;
2) увеличение числа импульсов, заполняющих временные ворота, достигаемое умножением частоты исследуемого сигнала;
3) способ, в котором учитывается случайная природа погрешности дискретности и предполагается проведение многократных наблюдений (единичных измерений) и усреднение их результатов;
4) непосредственное измерение периода исследуемого сигнала с последующими вычислениями числового значения, обратного результату измерения периода.  

7. Перечислите функциональные возможности цифровых частотомеров.
  
Цифровые (электронно-счётные) частотомеры, как правило, представляют собой многофункциональные приборы: помимо частоты, они измеряют период периодического сигнала, длительность импульса, интервалы времени, заданные двумя короткими импульсами, отношение частот двух сигналов, разность частот и т.д.
 

Литература

1. Электрорадиоизмерения / В. И. Винокуров, С. И. Каплин, И. Г. Петлин; под ред. В. И. Винокурова. – М.: Высш. Шк., 1986. – 349 с.



 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4701. Функциональный генератор Function Generator 84 KB
  Функциональный генератор (FunctionGenerator) Управление генератором осуществляется следующими органами управления: - выбор формы выходного сигнала: синусоидальной (выбрана по умолчанию), треугольной и прямоугольной - установка частоты ...
4703. Разработка приложений в среде Borland Delphi 1.47 MB
  Разработка приложений в среде Borland Delphi Система визуального объективно-ориентированного проектирования Delphi позволяет: создавать законченные приложения для Windows самой различной направленности, от чисто вычислительных и логических, до испол...
4704. Основные логические операции 101.05 KB
  Основные логические операции Операторы в программе-обработчике событий выполняются в той последовательности, в которой они записаны. Однако достаточно часто требуется изменить порядок выполнения операторов в зависимости от выполнения (или невыполнен...
4705. Циклические структуры 2.34 MB
  Циклические структуры Циклические конструкции обеспечивают многократное выполнение одной и той же последовательности инструкций, которая называется телом цикла. Существуют два вида элементарных циклических структур...
4707. Вивчення основ програмування на мові Python. Регулярні вирази для обробки текстів 256.5 KB
  Вивчення основ програмування на мові Python. Використання регулярних виразів для обробки текстів Короткі теоретичні відомості Синтаксис регулярних висловів залежить від інтерпретатора, що використовується для їх обробки. Пошук слів із за...
4708. Ознайомлення з основними типами даних в Python, вивчення основ програмування на мові Pytho 44.5 KB
  Мета роботи:ознайомлення з основними типами даних в Python, вивчення основ програмування на мові Python. Короткі теоретичні відомості Python - це проста і потужна об’єктно-орієнтована мова програмування високого рівня з чудовими можливост...
4709. Вивчення бібліотеки прикладних програм nltk, для опрацювання текстів природною мовою 21.61 KB
  Мета роботи: вивчення основ програмування на мові Python. Короткі теоретичні відомості Оператор for в Python трохи відрізняється від аналогічного оператора в C або Pascal. Замість незмінного проходження по арифметичній прогресії з чисел (як в Pascal...