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

25 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

65810. Система управления охраной труда на предприятии (организации) 29 KB
  Система управления охраной труда состоит из следующих элементов: разработка политики организации в области охраны труда; осуществление аудитов мониторингов проверок по охране труда; планирование работы по охране труда на основании идентификации опасностей оценки связанных с ними рисков и необходимых мер по управлению рисками...
65811. Функции ПР в современном гражданском обществе и рыночной экономике 22.5 KB
  Как функция управления ПР обобщает в себе многочисленные виды деятельности по обеспечению руководства организации информацией об общественном мнении оказанию ему помощи в выработке мер обеспечивающих общественные интересы поддержанию руководства...
65812. Основные методологические принципы естественной науки 26.14 KB
  Следствия принципа рациональности: Противоречие должно восприниматься как проблема аномалия слабое место теории. Разные теории принципиально по-разному объясняющие одно и то же явление не могут быть верными. Но эти теории противоречат друг другу...
65813. Признаки государства, внешние и внутренние функции государства 41 KB
  Признаки государства это его качественные свойства позволяющие отличить его от других явлений и что даже более важно т. Наличие публичной власти определяющий признак государства иногда публичную власть понимают как синоним государства отличающий его от догосударственной...
65816. Недостатки произношения свистящих звуков «С» - «Сь», «З» - «Зь», «Ц» (сигматизм, парасигматизм) 15.74 KB
  Правильная артикуляция: При произнесении свистящих звуков губы имеют тенденцию растягиваться в улыбке зубы сближены широкий кончик языка упирается в нижние резцы. Передняя часть спинки языка выгарбливается к верхним резцам при произнесении звука Ц она в первый момент образует смычку во второй щель.