МОСКОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ЦИВІЛЬНОЇ АВІАЦІЇ
Кафедра ОРТЗІ
Контрольна робота № 1
з дисципліни "Радіовиміри"
Виконала:
Студентка 3 курсу
Заочного факультету
Спеціальність 160905 (РС)
Шіфр.071508
Матюшина Наталя Володимирівна
Москва 20 жовтня
Зміст
1. Імпульсні і селективний вольтметри: схеми, принцип дії, похибки
2. Універсальний електронно-променевої осцилограф: схема, принцип дії
3. ЕСЧ в режимі вимірювання тимчасового інтервалу, схема, принцип дії, похибки
4. Вимірювачі індуктивності і ємності, в яких використовуються резонансний і генераторний методи: схеми, принцип дії
5. Аналоговий і цифровий вимірювачі кореляційної функції випадкового сигналу: схеми, принцип дії
Задача 1
Задача 2
Задача 3
Список літератури
1. Імпульсні і селективний вольтметри: схеми, принцип дії, похибки
Структурна схема імпульсного вольтметра:
У звичайних вольтметрах застосовують квадратичний детектор, який реагує на середньоквадратичне значення вимірювальної напруги. Квадратичне детектування отримують при роботі напівпровідникового діода на нижньому криволінійній ділянці його ВАХ (вольт-амперна характеристика) або використовуючи термоперетворювачі.
Градуювання імпульсних вольтметрів виконується в амплітудних значеннях.
В імпульсних вольтметрах застосовують піковий детектор з закритим входом. При вимірі пульсуючого напруги піковий детектор з закритим входом не реагує на постійну складову і відхилення стрілки вольтметра пропорційна перевищенню змінної складової вимірюваної напруги над постійною.
Типова структурна схема селективних вольтметрів, використовуються при вимірюванні малих гармонійних напружень в умовах дії перешкод, при використанні спектрів періодичних сигналів і в цілому ряді інших випадків.
Вольтметр являє собою по суті супергетеродинний приймач, як видно з малюнка 1.
Рис. 1
Частотна селікація вхідного сигналу здійснюється за допомогою перебудованого гетеродина (Г), змішувача (СМ) і вузькосмугового підсилювача проміжної частоти (ППЧ), який забезпечує високу чутливість і необхідну вибірковість. Якщо вибірковість недостатньо, може бути застосоване дворазове перетворення частоти.
У селективних вольтметрах обов'язкова наявність системи автоматичного підстроювання частоти і калібратора.
Калібратор - це зразковий джерело (генератор) змінної напруги певного рівня, що дозволяє виключити систематичні, похибки через зміни напруги гетеродина при його перебудови, зміни коефіцієнтів передачі вузлів вольтметра, впливу зовнішніх факторів. Калібрування вольтметра проводиться перед зміною при установці перемикача.
2. Універсальний електронно-променевої осцилограф: схема, принцип дії
Структурна схема універсального осцилографа показана на рис. 2.
Канал вертикального відхилення (Y) визначає основні якісні характеристики осцилографа і включає вхідний пристрій, попередній підсилювач, лінію затримки і крайовий підсилювач. Вхідна ланцюг служить для регулювання вхідного сигналу по амплітуді, яка здійснюється широкосмуговим дискретним аттеньюатором. У вхідній ланцюга передбачають також комутований розділовий конденсатор, що дозволяє працювати в режимі "Закритий" вхід.
Рис. 2
Попередній підсилювач виконує посилення сигналу, перетворення його з нессімітрічного в сіммметрічний, відносно загального проводу, плавне регулювання коефіцієнта відключення і зміна постійної складової сигналу, що подається на електронно-променеву трубку (ЕПТ).
Лінія затримки забезпечує невеликий часовий зсув сигналу на пластинах ЕПТ щодо початку розгортки, що важливо для режиму очікування.
Кінцевий підсилювач забезпечує збільшення амплітуди сигналу до значення, достатнього для відключення променя в межах екрану, а також узгодження вхідного опору вимикаючих пластин ЕПТ з вихідним опором попереднього підсилювача і лінії затримки.
Канал горизонтального відключення (Х) включає генератор розгортки і крайовий підсилювач. Як правило, генератор розгортки має 3 режими роботи: автоколивальний, який чекає, і режим одноразового запуску. Період розгортки регулюється дискретно і плавно. Генератор розгортки може бути відключений, при цьому розгортка проводиться зовнішнім сигналом, що подається на вхід каналу Х.
Призначення підсилювача Х той же, що і кінцевого підсилювача Y, проте в ньому передбачено дискретне зміна коефіцієнта підсилення для режиму розтяжки.
Пристрій синхронізації та запуску резверткі призначено для керування генератором розгортки і забезпечує кратність періодів сигналу і розгортки.
Канал модуляції променя по яскравості (Z) призначений для підсвічування прямого ходу розгорнення чи для створення яскравості мітки в осцилографі з подвійною розгорткою.
3. ЕСЧ в режимі вимірювання тимчасового інтервалу, схема, принцип дії, похибки
Серійні цифрові частотомір дозволяють вимірювати інтервали часу в широких межах. Наприклад частотомір 43-54 забезпечує вимірювання t х від 10 -7 до 10 -5 с. Для цього в приладі (рис. 3) передбачені пристрої, що формують опорний (старт) та інтервальний (стоп) імпульси, які фіксують початок і кінець вимірюваного інтервалу t х. Вибір характерних точок на досліджуваному напрузі здійснюється вимірюванням рівнів напруг, що подаються на формуючий пристрій. Імпульси впливаючи на пристрій керування, визначають час рахунку Т з короткочасних імпульсів, які формуються з напруги зразкового генератора.
Рис. 3
Рис. 4
Можливості застосування ЕСЧ для виміру інтервалів часу обмежені в основному через похибки дискретності. Висока точність має місце лише за умови t х>> Т 0. У разі повторних інтервалів похибка може бути знижена збільшенням у m разу часу підрахунку імпульсів.
4. Вимірювачі індуктивності і ємності, в яких використовуються резонансний і генераторний методи: схеми, принцип дії
Вимірювання індуктивності проводять таким чином. Збирають схему, показану нижче (рис. 5).
рис. 5.
Якщо вимірювання повинні проводитися на робочій частоті досліджуваної котушки, встановлюють частоту генератора f ≈ f раб і налаштовують схему виміром ємності.
При максимальному показанні, тобто при резонансі, показанні вольтметра, відраховують частоту генератора і ємності робочого конденсатора. Вимірювана індуктивності визначається за формулою:
L x = 1 / (2п f) 2 С 0.
Аналогічно, використовуючи робочу котушку L 0, вимірюють ємність С х. Значення ємності відраховується за формулою:
З х = 1 / (2п f) 2 L 0
Джерела похибки при такому способі вимірів:
Вплив залишкових параметрів вимірювальної схеми (вхідна ємність вольтметра, індуктивності з'єднувальних проводів).
Неточність відліку частоти генератора.
Неточність визначення моменту резонансу.
Схеми, засновані на методі заміщення дозволяють практично усунути похибки, зумовлені впливом залишкових параметрів і неточністю відліку частоти генератора.
Для зменшення похибки, пов'язаної з неточністю визначення моменту резонансу, застосовують подвійний відлік. Резонансне значення ємності обчислюють за формулою:
З 0 = (С 0 '+ С 0'') / 2
де С 0 'і С 0''- ємності, відраховані при однакових показаннях вольтметра.
Для вимірювання малої місткості, перший вимір проводять без невідомої ємності. Усунувши необхідну частоту генератора, включають допоміжну котушку індуктивності і налаштовують схему в резонанс виміром ємності робочого конденсатора.
Момент резонансу визначають по максимальному показанню вольтметра. При другому вимірюванні паралельно робочого конденсатору підключають невідому ємність і знову налаштовують схему в резонанс, зменшуючи ємність робочого конденсатора (при цьому, частота генератора повинна залишатися незмінною). Вимірювана ємність: С х = С 01 - С 02.
З 01 і С 02 - ємності робочого конденсатора при Першому і Другому вимірах.
Рис.7
Зі схеми малюнка 7 випливає, що вхідні ємність вольтметра, ємність мостата та інші залишкові параметрів не впливають на результат вимірювання. Похибка вимірювання визначається неточністю відліку значень З 01 і С 02
Схема, наведена на рисунку 7 придатна для вимірювання ємностей З х <C 0 max. Якщо вимірювана ємність більше максимальної ємності робочого конденсатора, застосовують схему зображену на рисунку 8.
5. Аналоговий і цифровий вимірювачі кореляційної функції випадкового сигналу: схеми, принцип дії
Прилади, свідчення яких є безперервними функціями вимірюваних величин, називають аналоговими (у них відлік значення вимірюваної величини виробляється за шкалою). Вимірювальні прилади, що автоматично виробляють дискретні сигнали вимірювальної інформації та дають свідчення в цифровій формі, називають цифровими. Прилади, за допомогою яких вимірюють значення функції кореляції, називають коррелометрамі. Прилади, реєстратори яких дають можливість отримати графік всієї функції кореляції називають коррелографамі.
Розрізняють 2 основних типи коррелометров, дія яких заснована на: 1) перемножуванні досліджуваних процесів у відповідність з алгоритмом:
R T (τ) = 1 / T ∫ T x (t) x (t + Τ) dt (1)
R T xy (τ) - 1 / T ∫ T x (t) y (t + Τ) dt
2) на представленні шуканої функції кореляції у вигляді кінцевої суми членів розкладання її в ряд по ортогональних функцій.
Структурна схема коррелометра з перемножуванням:
У відповідність з алгоритмом в коррелометре повинно проводитися перемножування досліджуваних процесів та інтегрування в плині часу Т. При цьому один з процесів зміщують в часі на величину ____. Схема містить ідеальний перемножителя, пристрій затримки в часі одного з досліджуваних процесів на величину ___, усереднюються і реєструє пристрою. Кожному значенню затримки відповідає постійна напруга (або струм), значення якого реєструють. Криву, побудовану за цим точкам, приймають як оцінку функції кореляції досліджуваних процесів. При аналізі функції автокореляції в канали 1 і 2 падають один і той же процес, що досліджується, при аналізі функції взаємної кореляції - різні процеси.
Автокорреляционная функція - це характеристика сигналу, яка допомагає знаходити повторювані ділянки сигналу.
Розглянемо побудову цифрового коррелометра з перемножуванням.
Алгоритм роботи коррелометра передбачає дискретизацію часу і квантування за рівнями, визначають співвідношенням:
R N (pt 0) = 1 / N Σ x k (it 0) x k (it 0 + pt 0) (2)
R N xy (pt 0) = 1 / N Σ x k (it 0) y k (it 0 + pt 0)
де х k (it 0), y k (it 0) - квантовані за рівнем значення реалізації випадкових процесів в дискретні моменти часу.
p t 0 - інтервал зсуву в часі (р = 0, 1, 2, ...).
t 0 - елемент квантування часу.
Індекс k у випадкових функцій відзначає наявність квантування по рівню.
У відповідність з алгоритмом (2) значення досліджуваних процесів відраховують в дискретні моменти часу, що відстають один від одного на величину t 0. Обчислюють добуток значень досліджуваних процесів, знаходять суму творів. Результат підсумовування ділиться на число доданків. Затримку одного з процесів виробляють на ціле число елементів відліку часу на p t 0.
Спрощена схема коррелометра представлена на рисунку 8
рис.8
Вхідний пристрій здійснює дискретизації напружень досліджуваних процесів - квантування за часом і рівнем - і подання дискретних відліків в потрібному числовому коді.
Основним вузлом вхідного пристрою, обробного безперервні сигнали, є аналого-цифровий перетворювач. Вхідний пристрій може виконувати ряд додаткових операцій: посилення або ослаблення вхідних сигналів, перетворення процесів, записаних на різних носіях в напругу або струм.
Запам'ятовувальні пристрій здійснює запам'ятовування (запис) кодових чисел, що відповідають значенням реалізацій досліджуваних процесів х k (it 0), y k (it 0), а також забезпечує дискретний зрушення (затримку) в часі одного досліджуваного процесу щодо іншого. Видача даних з пристрою, що запам'ятовує в арифметичне проводиться відповідно до команд, що надходять від керованого пристрою.
Арифметичний пристрій виконує такі арифметичні операції: множення кодів дискретних відліків вхідних сигналів, підсумовування вхідних сигналів, підсумовування творів, поділ результату підсумовування на кількість творів N.
Вихідна пристрій здійснює виведення даних і реєстрацію значень кореляційної функції.
Керуючий пристрій виробляє команди, у формі електричних сигналів, які керують роботою всього коррелятора, забезпечуючи послідовність синхронності виконання операцій.
Задача 1
До генератора високої частоти з внутрішнім опором 75 Ом підключається навантаження з опором 25Ом.
Знайти значення напруги, яке потрібно встановити за шкалою вихідного аттенюатора генератора, щоб на навантаженні отримати напруга 0.1В.
Побудуємо схему.
Задача 2
При вимірі фазового зсуву між синусоїдальними напругами частотою f = 10кГц використовується метод дискретного рахунку.
Розрахувати період рахункових імпульсів, якщо допустима абсолютна похибка дискретності вимірювання фазового зсуву Δ g = 0,09 0
Т = 1 / f
Допустима абсолютна похибка дискретності вимірювання фазового зсуву
Δ g = T рах * ω = Т * 2п * f
T рах = Δ g / 2п f = 0,09 / 2 * 3,14 * 10 4 = (9 / 6, 28) * 10 -6 ≈ 1,4 мкс.
Задача 3
Знайти показання електронного вольтметра, у якого шкала проградуйована в середньоквадратичних значеннях, детектор середньоквадратичних значень з відкритим входів, якщо на його вхід подається напруга виду
U ср.кв. =
Список літератури
Калашников С.Г. "Електрика". Вид-во 6. М.: 2004
Синдєєв Ю.Г. Навчальний посібник для ліцеїв і коледжів. "Електротехніка з основами електроніки". Ростов-на-Дону. 2009
Розрахунки, графіки і схеми вироблені в програмі Micro - Cap