Селективні вольтметри частотно селективні вольтметри або вольтметри несучої частоти

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Білоруський державний університет
ІНФОРМАТИКИ ІРАДІОЕЛЕКТРОНІКІ
Кафедра метрології та стандартизації
РЕФЕРАТ
На тему:
«Селективні вольтметри, частотно-селективні вольтметри або вольтметри несучої частоти»
МІНСЬК, 2008

Аналізатори гармонік служать для вимірювання напруги на певній - частоті. Застосовуються при вимірюванні амплітуд складних сигналів на окремій частоті (наприклад, для вимірювання амплітуди сигналів у присутності шумів). У низькочастотному діапазоні (до МГц) використовуються аналізатори гармонік без перетворення частоти, а в мегагерцовому діапазоні з перетворенням частоти.
Аналізатори гармонік без перетворення частоти є електронним вольтметр, до складу якого входить вузькосмуговий перестроюваний фільтр і індикаторне пристрій, який показує частоту настроювання цього фільтра. Індикаторний пристрій складається з аналогового або цифрового вимірювача, який показує амплітуду сигналу на обраній частоті та механічні або електронні пристрої, які показують обрану частоту.
Для вимірювання в мегагерцовому діапазоні використовуються гетеродинні аналізатори гармонік. Структурна схема такого аналізатора представлена ​​на малюнку 1.
Частотна селекція вхідного сигналу здійснюється за допомогою перебудованого гетеродина, змішувача і підсилювача проміжної частоти (ППЧ), який забезпечує високу чутливість і необхідну вибірковість. Якщо вибірковість недостатня, то застосовують дво-або триразові перетворювачі частоти. Для хорошої стабільності проміжної частоти в таких аналізаторах гармонік часто використовують автоматичне підстроювання частоти гетеродина під частоту вхідного сигналу.

Аналіз спектра сигналів
Аналізатор спектру (АС) показує залежність амплітуди сигналу від частоти, тобто працює в частотній області. Прилад розкладає сигнал на окремі частотні компоненти і подає їх на екрані ЕПТ у вигляді вертикальних ліній, положення яких відповідає частоті, а висота відображає амплітуду сигналу на даній частоті.
Реальний спектр нескінченний, тому при його експериментальному аналізі обмежуються визначенням ширини спектра, під якою розуміють інтервал частот, де зосереджена основна частина енергії сигналу.
Експериментальний аналіз спектра завжди обмежений у часі, тому замість реального спектру та його складових визначається так званий апаратурний спектр, який є результатом не тільки частоти, але й часу аналізу і тому отримав назву поточного спектру.
АС прийнято класифікувати в залежності від методу аналізу та способу його проведення.
У залежності від методу аналізу АС поділяються на:
1) фільтрові АС, що реалізують метод фільтрації;
2) цифрові АС, що реалізують алгоритми дискретного перетворення Фур'є;
3) дисперсійні АС, реалізують дисперсійно-часовий метод;
4) рециркуляційні АС, реалізують рециркуляционний метод.
Можливі три способи аналізу спектру:
1) паралельний;
2) послідовний;
3) комбінований.
Відповідно АС поділяються на:
1) АС паралельної дії;
2) АС послідовної дії;
3) комбіновані АС.
Фільтрові АС паралельної дії
Паралельний аналіз спектру дозволяє виділити і проаналізувати всі складові спектра одночасно. Він реалізується за допомогою сукупності ідентичних фільтрів, кожний з яких налаштований на певну частоту і виділяє одну гармоніку. Суть цього способу аналізу спектру ілюструється на малюнку 2, а.
а)
б)
f
f
f
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Структурна схема фільтрової аналізатора АС паралельної дії представлена ​​на малюнку 3.
Ф 1
Д 1
І 1
Ф i
Ф n
ВУ
Д n
І n
Д i
І i
Ф - узкополосий фільтр; Д - детектор; І - індикатор; ВУ - вхідний пристрій
SHAPE \ * MERGEFORMAT


Як видно з рисунку 3 досліджуваний сигнал після ВУ одночасно надходить на n - фільтрів, кожний з яких виділяє одну спектральну складову. Після детектування квадратичними детекторами напруги відповідні складові реєструються індикаторами.
Переваги цього способу аналізу:
- Висока швидкість аналізу та можливість його проведення в реальному масштабі часу як для періодичних, так і для неперіодичних сигналів.
Недолік:
- Складність апаратурної реалізації.
АС послідовної дії
При такому аналізі використовується тільки один вузькосмуговий фільтр (рисунок 2, б), який перебудовується в широкому діапазоні частот і послідовно виділяє спектральні складові. Структурна схема АС послідовної дії представлена ​​на малюнку 4.
ВУ
Ф
Д
І
U x (t)
Малюнок 4
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Гідність цього способу аналізу:
- Простота апаратурної реалізації.
Недоліки:
- Мала швидкість аналізу;
- Неможливість аналізу спектру неперіодичних сигналів.
У реальних приладах перебудовується не фільтр, а спеціальний гетеродин (рисунок 5), який переміщує досліджуваний спектр щодо фіксованої частоти настройки фільтра (рисунок 1.6). При такому підході збільшується швидкість аналізу спектру.
СМ
УПЧ
Гетеродин (ГКЧ)
U x (t)
f C
f ПР
f Г
Малюнок 5
f 1
f 2
f 3
f 4
f
f Г 1
f Г 2
t 1
t 2
f ПР
f ПР
f
Малюнок 6
f ПР = f Г - f З


SHAPE \ * MERGEFORMAT
Широкодіапазонний гетеродинний АС
Структурна схема такого АС представлена ​​на рисунку 5.
Частина схеми, що включає перші гетеродин, змішувач і підсилювач проміжної частоти (Г1, СМ1 і УПЧ1), призначена для перенесення досліджуваного спектра з будь-якої частини робочого діапазону АС на першу проміжну частоту Δfпр1, на яку налаштований УПЧ1. За допомогою УПЧ1 відбувається основне посилення сигналу. Гетеродин перебудовується вручну і має точну шкалу частот. При постійній і відомої fпр1 шкала частот Г1 може бути проградуйована в частотах досліджуваного сигналу. При цьому смуга пропускання УПЧ1 повинна бути більше максимальної ширини досліджуваного спектра.
Безпосередньо аналіз спектру починається з другого змішувача (СМ2), на другий вхід якого подається модульоване за частотою напругу з частотно-модульованого гетеродина (ЛМГ), що представляє собою генератор хитається частоти (ГКЧ). Перебудова по частоті ЛМГ здійснюється за лінійним законом за допомогою генератора розгортки (ГР), який одночасно через підсилювач горизонтального відхилення (УДО) подає напругу розгортки на пластини Х ЕЛТ. Таким чином, формується частотна вісь замість тимчасової.
Роль вузькосмугового фільтра виконує УПЧ2 резонансного типу.
У процесі гойдання частоти ЛМГ із спектру сигналу вирізається ділянку Δfпр2, який послідовно переміщається по осі частот у міру перебудови ЛМГ.
ВУ
СМ 1
УПЧ 1
СМ 2
УПЧ 2
Д
УВО
Г 1
ЧМГ
(ГКЧ)
ГР
УДО
Калібратор
Г 2
М
Малюнок. 7
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Після посилення по проміжній частоті, детектування і наступного підсилення в відеопідсилювачі УВО сигнал подається на пластини У ЕПТ у вигляді вертикальної смуги, висота якої пропорційна амплітуді відповідної ділянки спектру.
Вимірювання амплітуд (відносні), проводиться або по масштабній сітці ЕПТ, або за допомогою вхідного аттенюатора і аттенюатора, включеного в тракт УПЧ2.
Вимірювання ширини спектра або окремих його пелюсток проводиться за допомогою калібраціонних міток, які накладаються на зображення досліджуваного спектра. Для їх формування використовується калібратор. Перебудова калібратора за частотою переміщує мітку по осі частот і дозволяє її поєднати з будь-яким цікавлять нас ділянкою спектра.
Гетеродинні АС працюють в діапазоні частот від кГц до ГГц.
Похибки вимірювання амплітуд і частотних інтервалів порядку 10%.
Цифрові АС (аналізатори з перетворення Фур'є)
Цифрові АС визначають амплітуду і фазу кожної частотної складової з допомогою серії послідовних вимірювань вхідного сигналу. В основу їх роботи покладена математична операція перетворення Фур'є, яка розкладає криву досліджуваного сигналу на суму синусоїдальних гармонік і записується у вигляді
. (1)
У такому вигляді в АС цей вислів використовувати не можна, тому що в реальних приладах сигнал вимірюється у вигляді дискретних значень за обмежений інтервал часу. Для аналізу таких даних розроблено дискретне перетворення Фур'є (ДПФ), яке математично можна записати в наступному вигляді
, (2)
де n = 0, 1, 2, ..., (N-1);
N - число відліків сигналу, визначається для часу аналізу Та, як N = Та / Δt.
На рисунку 8 представлена ​​структурна схема АС, заснована на дискретному перетворення Фур'є.
ВУ
Підсилювач
ФНЧ
АЦП
Частотна
пам'ять
Тимчасова
пам'ять
Дисплей
Малюнок 8
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Результати аналого-цифрового перетворення вхідного сигналу записуються в тимчасову пам'ять. Потім процесор Фур'є виконує ДПФ або програмним, або апаратним шляхом, залежно від технічної реалізації АС. Отримані результати обчислень записуються в частотну пам'ять і відображаються у вигляді спектра на екрані дисплея. При необхідності можна вивести зображення сигналу в координатах «напруга-час». Цифрові АС мають робочий діапазон до сотень кГц. Обмеженість частотного діапазону є їх основним недоліком.
Вимірювання нелінійних спотворень
Під нелінійними спотвореннями розуміється будь-яка зміна сигналу, що викликає спотворення переданого повідомлення і обумовлене нелінійністю тракту. Нелінійні спотворення сигналів істотно впливають на свідчення якості радіотехнічних пристроїв і систем, погіршують точність відтворення сигналів, роздільну здатність, перешкодозахищеність. Для якісної оцінки нелінійних спотворень використовуються вимірювачі коефіцієнта гармонік (Кг), який характеризує ступінь нелінійних спотворень гармонійних сигналів. Коефіцієнт гармонік представляє собою відношення середньоквадратичного значення всіх гармонік напруги спотвореного сигналу, крім першої, до середньоквадратичного значенням напруги першої гармоніки:
, (3)
З формули (1.3) видно, що Кг змінюється від 0 до ∞, що не зовсім зручно при вимірах.
Тому на практиці користуються трохи видозміненим значенням Кг
, (4.)
Кг ¢ змінюється від 0 до 1; Кг і К ¢ г пов'язані між собою таким співвідношенням
. (5)
Якщо спотворення невеликі або 10%), то КГ та відрізняються менше, ніж на 1%. Тому перерахунок за формулою (1.5) використовують тільки при великих значеннях КГ (КГ> 10%).
Для вимірювання коефіцієнта гармонік використовують спектральний і інтегральний методи.
Сутність спектрального методу полягає в безпосередньому вимірюванні за допомогою АС або аналізатора гармонік значень U1, U2, ... з подальшим обчисленням значення Кг за формулою (3). Цей метод досить точний, але дуже трудомісткий, тому на практиці використовується в основному інтегральний метод. Найбільш поширеною модифікацією цього методу є так званий метод придушення основної частоти.
Сутність цього методу полягає в роздільному вимірі середньоквадратичної напруги всіх вищих гармонік без першої і середньоквадратичної напруги всього сигналу, причому з допомогою цього методу вимірюється значення К'г, а значення Кг розраховується за формулою (5).
Структурна схема вимірювача нелінійних спотворень наведена на рисунку 9.
ВУ
Підсилювач
Режекторний фільтр першого гармоніки
Вольтметр
До
І
Малюнок 9
U x (t)
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Процес вимірювання включає два етапи:
1) калібрування (перемикач в положенні «К»);
2) вимір (перемикач в положенні «І»).
При калібруванні вольтметр вимірює напруга всього сигналу, і його свідчення встановлюють на умовну одиницю. Тоді при вимірах як видно з формули (4) свідчення вольтметра будуть пропорційні До ¢ р.
Джерела похибок:
1) неточність налаштування режекторного фільтра та його недостатнє загасання;
2) інструментальна похибка вольтметра.

ЛІТЕРАТУРА
1Метрологія і Електровимірювання в телекомунікаційних системах: Підручник для вузів / А.С. Сігов, Ю.Д. Бєлік. та ін / За ред. В.І. Нефедова. - 2-е вид., Перераб. і доп. - М.: Вищ. шк., 2005.
2Бакланов І.Г. Технології вимірювань у сучасних телекомунікації. - М.: ЕКО-Трендз, 2007.
3Метрологія, стандартизація і вимірювання в техніці зв'язку: Учеб. посібник для вузів / Під ред. Б.П. Кульгавого. - М.: Радіо і зв'язок, 2006.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Реферат
37.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Селективні вольтметри частотно-селективні вольтметри або вольтметри несучої частоти
Інтегруючі цифрові вольтметри, розподілених миттєвих результатів вимірювань Цифрові вольтметри
Аналогові імпульсні вольтметри
Інтегруючі цифрові вольтметри, розподілених миттєвих результ
Твердоконтактних потенціометричні сенсори селективні до поверхнево активних речовин
Твердоконтактние потенціометричні сенсори селективні до поверхнево-активних речовин
Твердофазні потенціометіческіе сенсори селективні до ванадій і вольфрамсодержащім іонів
Оптимальна частотно-тимчасова фільтрація
Досвід уточнення несучої здатності бурових паль
© Усі права захищені
написати до нас