Специальные измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Иркутский государственный университет путей сообщения

(ФГБОУ ВПО ИрГУПС)»

Факультет: АТС

Кафедра: Телекоммуникационные системы

Дисциплина: Специальные исследования

Контрольная работа

КР.450200.23.05.05.214

Выполнил:

студент гр. СОД 3 - 12-1-2

Савиных А.В.

Проверил: Унучков

Иркутск 2017



Нормативные ссылки

В контрольной работе использованы ссылки на следующие стандарты (нормативные документы):

ГОСТ 2.102 - 68 ЕСКД. Виды и комплектность конструкторских документов;

ГОСТ 2.104 - 2006 ЕСКД. Основные надписи;

ГОСТ 2.105 - 95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам;

ГОСТ 2.106 - 96 ЕСКД. Текстовые документы;

ГОСТ 2.108 - 68 ЕСКД. Спецификации;

ГОСТ 2.109 - 73 ЕСКД. Основные требования к чертежам;

ГОСТ 2.111 - 68 ЕСКД. Нормоконтроль;

ГОСТ 2316 - 68 ЕСКД. Правила нанесения на чертежах надписей, технических требований и таблиц.

Содержание

радиоизмерение счет нониусный прибор

1. Радиоизмерения

1.1 Классификация радиоизмерений

1.2 Некоторые особенности радиоизмерений

1.3 Классификация радиоизмерительных приборов по измеряемым величинам

2. Измерение интервалов времени

2.1 Метод последовательного счета

2.2 Измерение методом сравнения временных интервалов

2.3 Нониусный метод



1. Радиоизмерения

1.1 Классификация радиоизмерений

Цель классификации - привести в систему представления об изучаемом предмете. Систематизировать - это значит прежде всего расчленить изучаемую область знаний (техники) на составные части и, по возможности, установить взаимосвязь этих составных частей. В таком объекте интересуют:

- частота радиосигнала, спектральный состав;

- вид, параметры модуляции несущей;

- интенсивность сигнала, выдаваемого генератором;

- интенсивность сигнала, излучаемого антенной;

- режим передачи энергии между генератором и антенной;

- режим передачи сигнала в эфире или коэффициенты направленного действия как передающей, так и приемной антенны;

- в системе, использующей кабельную связь между передатчиком и приемником, интерес представляет затухание сигнала в линии;

- чувствительность приемника и мощность принимаемого сигнала.

Таким образом, все интересующие нас измерения можно разделить на группы, объединяющие:

- измерения интенсивности сигналов;

- измерения информационных параметров сигналов;

- измерения параметров трактов, линий связи и их элементов;

- измерения параметров антенн.

При производстве электронных приборов и компонентов радиосистем широкое распространение имеют также измерения параметров материалов.

К параметрам интенсивности относят следующие величины: мощность, напряжение, сила тока, мощность шумов или спектральная плотность мощности шумов (СПМШ), напряженность переменных электрических и магнитных полей, плотность потока энергии, ток, мощность и напряжение радиопомех.

К информационным параметрам сигналов относят: частоту, разность фаз, коэффициенты амплитудной, частотной и фазовой модуляции, длительность временного интервала (длительность импульсов), параметры кодовых последовательностей, логические состояния схем.

К параметрам трактов с сосредоточенными и распределенными постоянными относят: сопротивление, емкость, индуктивность, волновое сопротивление коаксиальных и полосковых линий, размеры волноводного тракта, модуль коэффициента отражения (коэффициент стоячих волн), фаза коэффициента отражения.

К параметрам антенн относят: коэффициент усиления, эффективную площадь или действующую высоту, параметры диаграммы направленности.

К радиоизмерениям относят также измерения комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости материалов (подложек, ферритов) на высоких и сверхвысоких частотах.

По условиям измерений можно разделить все радиоизмерения на измерения в открытом пространстве - по существу в пространстве между антеннами, и на измерения в закрытых трактах. По диапазону частот радиосигналов можно выделить измерения на низких частотах (менее 2•105 Гц), измерения на высоких частотах (от 105 до 3•107 Гц), и измерения на сверхвысоких частотах (более 107 Гц). Иногда разделяют радиоизмерения по длинам волн - метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых.

1.2 Некоторые особенности радиоизмерений

В технике уже используются радиосигналы во всех областях частот. Имеется потребность в измерениях при любых частотах в диапазоне от единиц герц до 1011 Гц и выше. Поэтому для радиоизмерений характерны значительные величины перекрытия по диапазону частот, то есть отношения верхних частот к нижним. Так, например, создаются частотомеры, вольтметры, измерители мощности, у которых отношение верхней граничной частоты измеряемого сигнала к нижней составляет до 104, а иногда и более.

Характерной особенностью РИП является необходимость установления зависимости показаний многих приборов от частоты сигнала - определения частотных характеристик или частотных коэффициентов. Операцию определения частотных коэффициентов называют градуировкой. Периодическую проверку сохранности значений частотных коэффициентов РИП осуществляют при их поверке одновременно с определением основной погрешности.

Наиболее значительная часть радиоизмерений относится к высоким и сверхвысоким частотам. При таких частотах длины волн становятся соизмеримыми с характерными размерами объектов. Поэтому при выполнении радиотехнических измерений приходится учитывать волновой характер распространения сигналов, явления дифракции, интерференции, возбуждения, отражения волн как при измерениях в открытом пространстве, так и в закрытых трактах. Для измерений при очень высоких частотах или при коротких интервалах времени приходится иногда учитывать и конечные времена релаксации носителей, конечные скорости движения электронов в электрических и полупроводниковых приборах.

1.3 Классификация радиоизмерительных приборов по измеряемым величинам

В целом параметры интенсивности сигналов, информационные параметры, параметры трактов и антенн, параметры материалов характеризуются приблизительно более чем тридцатью физическими величинами, к которым относятся:

- частота;

- разность фаз,

- длительность импульса (период), время задержки, время нарастания;

- коэффициент амплитудной модуляции;

- коэффициент частотной модуляции;

- коэффициент нелинейных искажений;

- мощность;

- напряжение;

- ток;

- напряженность переменного электрического поля;

- напряженность переменного магнитного поля;

- плотность потока энергии;

- спектральная плотность мощности шумов;

- коэффициент шума;

- ток радиопомех;

- напряжение радиопомех;

- мощность радиопомех;

- сопротивление;

- емкость;

- индуктивность;

- добротность;

- модуль коэффициента отражения (коэффициент стоячей волны);

- фаза коэффициента отражения;

- ослабление (затухание), модуль коэффициента передачи;

- фаза коэффициента передачи;

- групповое время запаздывания;

- коэффициент усиления антенны;

- эффективная площадь (действующая высота) антенны;

- действительная и мнимая части комплексной диэлектрической проницаемости;

- действительная и мнимая части комплексной магнитной проницаемости.

Для измерения перечисленных величин разрабатываются, серийно выпускаются и находятся в обращении миллионы радиоизмерительных приборов. Одновременно выпускаются промышленностью до 700 различных типов РИП, а в обращении находятся до 2000 различных типов РИП (с учетом наличия уже снятых с производства, но еще находящихся в обращении).

Классификация и обозначения типов РИП устанавливаются специальным государственным стандартом ГОСТ 15094 "Приборы электронные радиоизмерительные. Классификация. Наименования и обозначения". В соответствии с этим стандартом все РИП подразделяются на группы, обозначаемые первой буквой, подгруппы в группе, обозначаемые цифрой, следующей за первой буквой и номером типа в подгруппе, обозначаемым цифрой через дефис после цифры подгруппы.

Группа приборов для измерения частоты и времени, которые обозначаются буквой "Ч", включает следующие подгруппы:

Ч1 - стандарты (эталоны) частоты и времени;

Ч2 - частотомеры резонансные (резонансные волномеры);

Ч3 - частотомеры электронно-счетные;

Ч5 - преобразователи частоты сигнала;

Ч6 - синтезаторы частот и умножители частоты;

Ч7 - приемники сигналов эталонных частот и сигналов времени (компараторы частот, синхрометры.

Группа приборов для измерения разности фаз и группового времени запаздывания, которые обозначаются буквой "Ф", включает следующие подгруппы:

Ф1 - установки или приборы для поверки измерителей разности фаз и группового времени запаздывания;

Ф2, ФК2 - измерители разности фаз;

Ф4, ФК4 - измерители группового времени запаздывания.

Группа приборов для наблюдения, измерения и исследования формы сигнала и спектра, которые обозначаются буквой "С", включает следующие подгруппы:

С1 - осциллографы универсальные;

С7, СК7 - осциллографы стробоскопические;

С8 - осциллографы запоминающие;

С9, СК9 - осциллографы специальные;

С2, СК2 - измерители коэффициента амплитудной модуляции (модулометры);

С3, СК3 - измерители девиации частоты (девиометры) и измерители коэффициента амплитудной модуляции;

С4, СК4 - анализаторы спектра;

С6, СК6 - измерители нелинейных искажений.

Приборы для импульсных измерений выделяются в особую группу ("И") ввиду широкого распространения таких измерений. Они предназначены для измерения таких параметров как амплитуда и длительность импульсов, длительность временных интервалов между импульсами, длительность фронтов и срезов импульсов, мгновенные значения в заданный период времени, неравномерность плоской вершины импульсов. Группа "И" включает следующие подгруппы:

И1 - приборы для поверки, градуировки, калибровки приборов для импульсных измерений;

И2 - измерители временных интервалов;

И4 - измерители параметров импульсов;

И9 - преобразователи импульсных сигналов.

Приборы для измерения напряжения (группа "В") обеспечивают измерение напряжений переменного и постоянного тока, измерение отношений напряжений, преобразование одного вида напряжения в другой, усиление малых напряжений, градуировку, калибровку, поверку измерителей напряжений и других электрических приборов. Приборы группы "В" подразделяются на девять подгрупп:

В1 - установки или приборы для поверки вольтметров. Они применяются также как источники калиброванных напряжений для градуировки вольтметров, усилителей, генераторов, осциллографов и т.д.;

В2 - вольтметры постоянного тока. Они имеют наиболее высокую чувствительность и цифровую индикацию;

В3 - вольтметры переменного тока, как аналоговые, так и цифровые. Это наиболее распространенные в радиоизмерительной технике приборы для измерения переменных напряжений (различной формы в диапазоне частот от единиц до 109 Гц);

В4 - вольтметры для измерения амплитудных значений уровней одиночных, редко повторяющихся импульсов и импульсно-модулированных напряжений с длительностью от наносекунд до десятков миллисекунд;

В6 - селективные (избирательные) вольтметры, позволяющие раздельно измерять уровни каждой спектральной составляющей сигнала сложного спектра, что важно при выделении сигналов, разнесенных по частоте и различающихся по уровню. Селективные вольтметры часто входят в состав измерителей тока, напряжения и поля радиопомех;

В7 - комбинированные приборы, позволяющие измерять кроме напряжения, отношения напряжений, силу тока, сопротивление, частоту;

В8 - отдельная подгруппа, в которую входят измерители отношений переменных и импульсных напряжений, применяемые при измерениях нестабильности уровней, при регулировании радиоаппаратуры по коэффициенту передачи;

В9 - преобразователи напряжений. Эти приборы не имеют средств визуализации и применяются в совокупности с другими СИ.

В области сверхвысоких частот основными приборами для измерений интенсивности являются измерители мощности группы "М" - ваттметры СВЧ. Они применяются при экспериментальных исследованиях, регулировке, проверке, испытаниях источников СВЧ сигналов, усилителей СВЧ, передатчиков РЛС и других радиосистем. Группа "М" включает следующие подгруппы:

М1 - ваттметры СВЧ, предназначенные специально для градуировки других измерителей мощности;

М2 - ваттметры СВЧ проходного типа (ваттметры проходящей мощности);

М3 - ваттметры СВЧ поглощающего типа. Это наиболее многочисленная подгруппа. Эти приборы выпускаются для всех типов коаксиальных трактов, разрешенных к применению в радиоаппаратуре, для всех типов прямоугольных волноводов и на диапазон мощности от десятых долей микроватта до десятков киловатт средней мощности и до мегаватта в импульсе;

М5 - первичные преобразователи ваттметров СВЧ.

Для измерений интенсивности излучений в открытом пространстве применяют приборы группы "П". Группа "П" включает следующие подгруппы:

П1 - установки, формирующие поля с известной напряженностью Е и Н компонентов или поля с известной плотностью потока энергии;

П3 - измерители напряженности поля и плотности потока энергии;

П7, ПК7 - измерители слабых шумовых сигналов в открытом пространстве;

П5 - приемники для измерения слабых синусоидальных сигналов, применяемые в совокупности с измерительными антеннами подгруппы П6.

Приборы для измерений параметров цепей с распределенными и сосредоточенными постоянными образуют группы "Р", "Е", "Х", "Д". В области сравнительно низких частот для измерений параметров эквивалентной схемы пассивных двухполюсников применяют приборы:

Е1 - приборы и установки для поверки измерителей параметров цепей группы "Е";

Е3 - измерители индуктивности;

Е4 - измерители добротности;

Е8 - измерители емкости;

Е6 - измерители сопротивления, в том числе и на постоянном токе;

Е7 - универсальные измерители L, С, R параметров;

Х1 - измерители амплитудно-частотных характеристик радиоустройств;

Х5 - измерители коэффициента шума и коэффициента усиления.

Отношение амплитуд сигналов в цепях с распределенными постоянными наиболее точно измеряется приборами группы "Д":

Д1 - высокоточные установки для измерения ослаблений (поверочные);

ДК1 - комбинированные установки для измерений одновременно ослаблений и разности фаз;

Д2 - коаксиальные аттенюаторы с известным ослаблением, используемые в качестве мер;

Д3 - волноводные переменные аттенюаторы высокой точности используемые в качестве мер ослабления;

Д5 - волноводные аттенюаторы (развязывающие).

Наиболее широко распространены приборы для измерений параметров трактов и элементов с распределенными постоянными, которые относятся к группе "Р":

Р1 - измерительные линии для измерений коэффициента отражения или коэффициента стоячей волны (КСВН);

Р2 - панорамные (автоматизированные) измерители КСВН и ослаблений;

Р3 - измерители полных сопротивлений;

Р4 - измерители комплексных коэффициентов передачи и отражения;

Р5 - измерители неоднородностей линий передачи.

В радиоизмерительной технике широкое применение находят многофункциональные комбинированные приборы, формирующие измерительные сигналы с заранее известными характеристиками и параметрами, притом известными с определенной погрешностью - измерительные генераторы группы "Г". Все генераторы подразделяются на следующие подгруппы:

Г1 - генераторы ВЧ и СВЧ;

Г2 - генераторы шумов;

Г3 - генераторы низких частот;

Г4 - генераторы радиовещательного диапазона, метрового, дециметрового, сантиметрового, миллиметрового диапазонов;

Г5 - генераторы импульсов;

Г6 - генераторы специальной формы импульсов (пилообразной, треугольной, с фазовой и частотной модуляцией и т.п.).

К универсальным радиоизмерительным приборам относят также измерительные усилители, то есть усилители с известным коэффициентом усиления:

У2 - селективные усилители;

У3 - высокочастотные усилители;

У4 - низкочастотные усилители;

У5 - усилители напряжения постоянного тока;

У7 - универсальные (широкополосные) усилители.



2. Измерение интервалов времени

Решение многих научных и технических проблем связано с измерением интервалов времени, разделяющих два характерных момента какого-либо процесса. Измерения интервалов времени необходимы при разработке и испытании всевозможных схем задержки и синхронизации, при исследовании цифровых систем, многоканальных систем с временным разделением каналов, применяемых в технике связи и радиотелеметрии, устройств телеуправления и автоматической коммутации, аппаратуры, используемой в ядерной физике, вычислительной технике и т. д. Подобные измерения особенно нужны в приборостроении, поскольку во многих случаях используемые в ней преобразования аналоговых величин в цифровой код осуществляются в результате промежуточного преобразования измеряемой физической величины в интервал времени.

Методы измерения интервалов времени разнообразны. К числу наиболее известных относятся методы дискретного счета преобразования интервала времени в цифровой код, временных разверток, нулевой и совпадения. Процесс измерения интервалов времени можно осуществить многими методами. Рассмотрим некоторые из них.

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



Для аппаратурного осуществления описанного метода необходимы генератор счетных импульсов и счетчик, между которыми должна быть включена схема, открывающая счетчик на время Дtx. Эту функцию выполняет временной селектор, представляющий собой логический элемент И (рисунок 1).

Счетные импульсы, непрерывно поступающие на вход 1 временного селектора, могут проходить в счетчик только тогда, когда на входе 2 селектора действует стробирующий импульс. Он формируется из исследуемого сигнала устройством, содержащимся в блоке формирования и управления. За время действия стробирующего импульса, длительность которого равна измеряемому интервалу Дtx, счетчик считает импульсы генератора. Число импульсов, зафиксированное счетчиком и наблюдаемое с помощью цифрового отображающего устройства - дисплея, однозначно соответствует измеряемому интервалу Дtx.

В измерительной технике импульс, вырезающий участок импульсной последовательности или задающий продолжительность счета, принято называть временными воротами.

Таким же способом можно измерить и длительность прямоугольного импульса фи. В этом случае исследуемый импульс подается непосредственно на вход 2 селектора. Временные ворота получаются равными длительности фи.

Интервал времени можно преобразовать в пропорциональное число импульсов и с помощью генератора ударного возбуждения. Для этого на вход последнего нужно подать стробирующий импульс, длительность которого равна измеряемому интервалу времени, т. е. фстр = Дtx. За время действия стробирующего импульса фстр генератор вырабатывает пакет импульсов, число p которых - однозначная функция частоты генерируемого сигнала и длительности стробирующего импульса: p = фстр · F.

2) Измерение методом сравнения временных интервалов

Измеритель временных интервалов (ИВИ) предназначен для измерения временных интервалов периодических процессов микросекундного диапазона длительностей. В основу работы прибора положен компенсационный метод измерения временных интервалов. Измеряемый интервал сравнивается с известным; при этом известный временной интервал задается источником временных сдвигов (ИВС), а момент компенсации измеряемого временного интервала образцовым фиксируется с помощью осциллографического индикатора. Процесс измерения временных интервалов сводится к следующему: начало измеряемого интервала, подаваемого на вход системы вертикального отклонения индикатора, совмещают с визирной отметкой на экране ЭЛТ. Затем изменением задержки задержанного импульса ИВС, запускающего развертку индикатора, конец временного интервала совмещают с той же отметкой. Измеряемый интервал равен значению изменения задержки. Источник временных сдвигов позволяет получить два импульса с регулируемым временным сдвигом между ними: запускающий импульс - для запуска исследуемого устройства; задержанный импульс - для запуска ждущей развертки электронно-лучевого индикатора ИВИ. Принцип действия поясняется структурной схемой (рисунок 3).

Кварцевый генератор предназначен для создания опорной импульсной последовательности. Делитель частоты вырабатывает импульсы, определяющие период следования выходных импульсов. С помощью блоков переменной задержки Й и ЙЙ осуществляется задержка дискретно через 100 нс запускающего и задержанного импульсов в диапазонах соответственно 0 - 900 нс и 0 - 999900 нс путем выбора нужных импульсов опорной последовательности 10 МГц. Переменная задержка предназначена для перекрытия диапазона временных сдвигов 0-100 нс задержанного импульса. Причем дискретные сдвиги по 10 нс создаются с помощью кабельной линии задержки, а сдвиги дискретно через 1 нс и плавно с помощью электронной схемы задержки. Селекторы предназначены для исключения нестабильности работы блоков переменной задержки Й и ЙЙ. Блоки взаимодействуют следующим образом. Период следования выходных импульсов после делителя определяет период следования выходных импульсов ИВС (запускающего и опорного). Этим импульсы открывают входы блоков задержки Й и ЙЙ в каналах запускающего и задержанного импульсов, на которые подаются опорные импульсы. Блоки отсчитывают нужное количество импульсов, соответствующее установленной задержке, и открывают селекторы. Происходит выбор нужных опорных импульсов, которые в канале запускающего импульса поступают непосредственно на выходной формирователь, а в канале задержанного импульса - предварительно на электронную схему задержки (задержка ЙЙЙ). Описанный метод измерения временных интервалов реализован в измерителе И2-26, который обеспечивает измерение задержки между одинаковыми сигналами на одном уровне в диапазоне от 10·10-9 до 10·10-3 с.

3) Нониусный метод. Для измерения временных интервалов с субнаносекундным разрешением широко применяются нониусные измерители. Наиболее распространены комбинированные измерители, в которых временной интервал «грубо кодируется» импульсами опорного генератора, а интерполяция отрезков между границами интервала и фронтами импульсов опорного генератора производится нониусным методом. Для таких измерителей актуальна задача обеспечения точной стыковки основной и интерполирующей шкал, решаемая довольно сложными техническими приемами.

Эта проблема отсутствует при использовании «модифицированного» нониусного метода, в котором подсчет импульсов опорного генератора производится между моментами совпадения фаз опорного и нониусного сигналов. Его основное преимущество - значительное снижение погрешности ?2..

Содержание:

Мирский Г. Я. Электронные измерения 4-е изд перераб. и доп. М. Радио и связь, 1986. 440 с. ил. А. С. 9711527328 RU 2127445 C1 кл. G04F1004 РФ Быстродействующий нониусный измеритель временных интервалов Гурин Е. И Дятлов Л. Е Конов Н. Н Назаров В. М. опубликовано 10.03.1999 А. С. 9711527328 RU 97115273 А кл. G04F1004 РФ

Размещено на Allbest.ru

...