Калибровка. Применение осциллографа для анализа сигналов

Экран осциллографа представляет собой разлинованную декартову систему координат. Зная масштаб по каждой из осей, можно измерить параметры сигналов. Переключателем устанавливается масштаб, например, 5, или длительность развертки 1мс на деление. По клеточкам можно достаточно точно определить измеряемые напряжение или длительность.

Для обеспечения точности осциллограф необходимо периодически калибровать, т.е. подстраивать каналы Х и Y. Встроенные калибраторы, выдают симметричные прямоугольные импульсы (меандры) заданного периода и размаха.

Для калибровки совмещают калибровочный сигнал с линиями шкалы и определяют погрешность. При её наличии изменяется коэффициент усиления по заданной оси специальными настройками, которые обычно вращаются шлицевыми осями подстроечных резисторов.

Применение осциллографа для анализа сигналов.

Синусоидальный сигнал. Добиваются устойчивой картинки и определяют период и амплитуду в соответствии с положениями переключателей. Можно менять масштаб изображения, чтобы проанализировать более детально определенные участки колебаний.

Импульсный периодический сигнал. Поступают так же, как и при синусоидальном сигнале. Есть возможность проанализировать: частоту; коэффициент заполнения (или скважность); крутизну фронтов и спадов; размах колебаний.

Импульсный непериодический сигнал. Можно воспользоваться ждущей разверткой. Лучше всего, если осциллограф будет с запоминанием.

Исследование с помощью фигур Лиссажу. Чаще всего применяют для сравнения двух синусоидальных сигналов. На вход Х подают один сигнал, на Y –другой. Устанавливают одинаковую чувствительность по обоим каналам и наблюдают фигуры. В соответствии с каталогом фигур Лиссажу можно установить: соотношение частот; сдвиг по фазе; соотношение амплитуд. Эти величины легче всего установить для дискретных значений. Например, частоты могут быть в отношениях: 1:1; 1:2; 1:3; 2:3 и др. Фазы: 0; ; ; ; π.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

Усложнение производства новых радиотехнических устройств и систем с использованием современных технологий, повышение требований к точности измерений и их быстродействию привели к необходимости одновременно измерять и контролировать множество различных физических величин.

Переход к построению цифровых средств измерений (обладающих наивысшей точностью) позволил создать автоматизированные средства измерения.

Достоинства автоматизации процесса измерения:

· высокое быстродействие

· высокая точность измерений.

По уровню автоматизации все средства измерений делятся на:

· неавтоматические, позволяющие оператору непосредственно выполнять измерения;

· автоматизированные, способные провести в автоматическом режиме одну или часть измерительной операции;

· автоматические, проводящие в автоматическом режиме измерения все операции, связанные с их регистрацией, обработкой их результатов, передачей, хранением данных и выработкой управляющих сигналов.

Наибольшее распространение получили автоматизированные и автоматические средства измерений.

К автоматизированным средствам измерений относят автономные многофункциональные цифровые приборы на основе микропроцессоров и измерительных систем.

АВТОНОМНЫЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЦИФРОВЫЕ ПРИБОРЫ.

Автономный многофункциональный цифровой прибор содержит микропроцессор, работает по жёсткой программе и предназначен для измерения заданных физических величин, параметров и характеристик радиотехнических сигналов или цепей. Все элементы подключены к магистрали микропроцессора. Необходимые программы обработки хранятся в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), по мере надобности оператор вызывает их с помощью клавиатуры.

Современный микропроцессор способен выполнять сервисные и вычислительные функции, а также самодиагностику прибора в целом.

К сервисным функциям микропроцессора относятся:

· выбор диапазона измерения

· переключение диапазонов

· коммутация входных цепей

· определение полярности входного напряжения

· коррекция погрешностей

· калибровка прибора

· коррекция смещения нулевого уровня (так называемого «дрейфа нуля») в УПТ.

К вычислительным функциям микропроцессора относятся:

· статистическая обработка результатов измерений

· определение математического ожидания

· определение среднеквадратического отклонения

· умножение измеряемой величины и деление её на константу

· вычитание констант, что удобно при введении поправок

· представление измеряемой величины в логарифмическом масштабе.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Измерительные систем ы (ИС) – это совокупность функционально связанных средств измерений, компьютерной техники и вспомогательных устройств, соединённых между собой каналами связи, предназначенных для выработки сигналов измерительной информации о физических величинах в форме, удобной для автоматической обработки, передачи и использования в автоматических системах управления.

Рис.1. Упрощенная классификация измерительных систем.

Назначение любой ИС необходимые функциональные возможности, технические параметры и характеристики определяются объектом исследования, для которого данную систему создают.

Литература:

1. Нефедов В.И., Сигов А.С. Электрорадиоизмерения. М.: ФОРУМ. 2004. §12.1,с.332.

ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ

Основным параметром периодических процессов является частота f, определяемая числом колебаний за единицу времени (1с). Время одного колебания -период Т = 1/f. Следовательно измерение частоты тесно связано с измерениями времени. Особенностью измерения частоты и времени является высокая точность. Относительная погрешность современной измерительной техники очень малая и достигает 10^-11. В современной электро- и радиотехнике для измерения частоты от десятков герц до тысяч гигагерц используют такие методы и приборы:

1. Непосредственный метод – частоту определяют прямым отсчетом по шкале частотомеров различных принципов действия и конструкции. Щитовые электромагнитные резонансные частотомеры служат для измерения частоты генераторов переменного тока от 45 до 55Гц или от 350 до 450Гц.

Аналоговые стрелочные частотомеры предназначены для измерения частоты от десятков Гц до сотен кГц.

Электронно-счетные частотомеры позволяют измерять частоту от десятков Гц до сотен МГц.

2. Метод сравнения – измеряемую частоту сравнивают с образцовой электронного генератора сигналов и отсчитывают по его шкале. Для сравнения низких частот служат электронные осциллографы, а высоких – детекторы – смесители.

3. При резонанспом методе – высокие и сверхвысокие частоты определяют по шкале элемента, которым колебательную систему настраивают в резонанс.

При частотах свыше 3000МГц измеряют расстояние между узлами (пучностями), которые создаются вдоль измерительной линии.

4. Осциллографический метод сравнения частот по фигурам Лиссажу и круговой развертке.

При сравнении частот по фигурам Лиссажу

отключают внутренний генератор непрерывной развертки и на оба входа осциллографа подают напряжения измеряемой и образцовой частоты. Световое пятно электронного луча на экране описывает фигуры, вид которых зависит от формы напряжений и соотношения их частот и фаз.

При сравнении частот по круговой развертке,

создаваемой напряжением опорного генератора образцовой частоты. А напряжение измеряемой частоты подводят на вход канала Z. При точном равенстве обеих частот половина окружности затемняется, а при частоте измеряемой в 2,3 и т.д. раз больше образцовой частоты. На окружности появляются темные и светлые участки-штрихи, количество которых определяет отношение частот. Резонансный метод измерения частоты

основан на явлении резонанса, возникающего в связанной с внешним источником сигналов колебательной системе, органы настройки которой имеют шкалу, проградуированную в единицах частоты или делениях, пересчитываемых в частоту по градуировочной книге или таблицам.

f_изм L₀

L_св

C₀

VD1

L1 И Схема резонансного частотомера Ч2-1.

Колебательный контур, состоящий из конденсатора переменной емкости C₀ и шести сменных катушек индуктивности L₀ и служит для измерения частоты от 50кГц до 50МГц с погрешностью 0,25%. Контур связывают с источником высокочастотных колебаний индуктивно и, поочередно подключая катушки L₀ и, вращая ротор конденсатора C₀, по резкому отклонению стрелочного указателя выпрямительного прибора определяют резонанс.

По таблице, соответствующей номеру включенной катушки, определяют частоту для полученного числа делений шкалы конденсатора.

Резонансные частотомеры применяют на СВЧ как самостоятельные приборы или их встраивают в аппаратуру.

Прямопоказывающие аналоговые частотомеры.

В аналоговых частотомерах частоту отсчитывают по шкале магнитоэлектрического механизма И, на который периодически разряжается конденсатор C₀, заряжаемый от источника постоянного напряжения Е.

Электронные аналоговые измерительные приборы на примере частотомера.

  Формирующее устройство

С1 VD2 U_fx

t

U_с VD1 U_ф

U_fx U_ф t

I U_с

Дата добавления: 2014-01-04