Аналоговые измерительные устройства. Преобразование измерительных сигналов шпаргалка
Работа добавлена: 2016-05-16





Дисциплины:

«Аналоговые измерительные устройства»,

«Преобразование измерительных сигналов»

1 вопрос. Аналоговые измерительные устройства, назначение, классификация, структурные схемы, основные технические характеристики.

Аналоговыми измерительными устройствами (АИУ) называют средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации, являющихся непрерывными функциями измеряемых физических величин, в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Аналоговые электроизмерительные приборы по своему назначению: показывающие; показывающие и регистрирующие; показывающие и регулирующие; показывающие, регистрирующие и регулирующие. Регулирование различных параметров (температуры, давления и т.д.) осуществляется при помощи встроенных или выполненных в виде отдельных приставок регулирующих устройств. Наличие регистрации показаний и регулирующих устройств придает измерительным приборам новые качества: появляется возможность изучения процесса изменения измеряемой величины и автоматического управления им; регистрирующие приборы экономят время наблюдателя при длительных измерениях, а при необходимости производить большое число измерений избавляют от необходимости иметь большой штат наблюдателей; они незаменимы в условиях затрудняющих или полностью исключающих присутствие человека.

По составу и устройству отдельных элементов АИУ можно разделить на электромеханические (АИУ, в устройствах преобразования, которых нет электронных, транзисторных и ионных узлов) и электронные (такие, в устройствах преобразования которых эти элементы есть). Показывающие (приборы, допускающие только считывание показаний), регистрирующие (приборы, в которых предусмотрена регистрация показаний).

Наиболее общим признаком классификации регистрирующих аналоговых приборов является тип структурной связи прибора, который в значительной степени определяет его свойства и назначение.

По типу структурной схемы, регистрирующие аналоговые приборы (приборы прямого действия с разомкнутой структурной схемой и приборы уравновешивания с замкнутой структурной схемой, в которых выходная величина используется для уравновешения входной величины). Процесс уравновешения осуществляется непрерывно (следящее уравновешение).

Рис.1.2.  Основные структурные схемы регистрирующих приборов:

а) разомкнутая (приборы прямого действия); б) замкнутая со статической характеристикой (компенсационные приборы);  в) замкнутая с астатической характеристикой.

гдеИЦ – измерительная цепь,ИМ – измерительный механизм,РУ – регистрирующее устройство (регистрирующий орган, носитель, механизм для перемещения носителя), ОП– обратный преобразователь,У – усилитель не компенсации,Д – двигатель (реверсивный),Р – редуктор,МП – механическая передача. Измерительная цепь приборов прямого действия (Рис. 1.2, а) и прямая цепь приборов уравновешения (Рис. 1.2, б, в) имеют в общем случаеп измерительных преобразователей (модуляторы, усилители и др.). В качестве измерительных механизмовИМ используются электромеханические преобразователи различных принципов действия.

Выходной величиной замкнутой части структурной схемы прибора со статической характеристикой (рис. 1.2, в) является напряжение или ток, которые измеряются и регистрируются самопишущим измерительным прибором прямого действияСП. Выходная величина прибора с астатической характеристикой – угол поворота вала двигателя ад или редуктора ар в звено регистрацииРУ  приборов с записью, на которой укреплены показывающее устройство (стрелка) и регистрирующий орган (перо). Вращение выходного вала редуктора преобразуется в линейное перемещение каретки специальной механической передачейМП. Измеряемая величинаX в приборах следящего уравновешивания сравнивается с компенсирующейXК, которая вырабатывается обратным преобразователемОП.

В приборах со статической характеристикой, компенсация входной величины неполная, в приборах с астатической характеристикой входная величина теоретически компенсируется полностью.

Приборы следящего уравновешения относятся к числу автоматических.

По назначению различают АИУ для измерения тока, напряжения, частоты, фазы, параметров электрических цепей, для анализа характеристик сигналов, схем и др. Большинство приборов имеют названия в соответствии с единицами измеряемой величины (в том числе кратных и дробных единиц), например приборы для измерения напряжения – вольтметры, микро вольтметры, милливольтметры, киловольтметры и т.п.

2 вопрос. Статические и динамические характеристики АИУ. Методы коррекции динамических характеристик.

К основным характеристикам относятся функция преобразования, чувствительность, цена деления шкалы, порог чувствительности, диапазон измерения, вариация показаний и др.

Функция преобразования (статическая характеристика преобразования)F(X) ─ функциональная зависимость между информативными параметрами выходногоY  и входногоX сигналов средства измеренийY =f (X). Функцию преобразования, принимаемую для средства измерения и устанавливаемую в научно-технической документации на данное средство, называют номинальной  функцией преобразования средства. Номинальная статическая характеристика преобразования позволяет рассчитать значение входной величины по значению выходной. Она может задаваться аналитически, таблично или графически. Функция преобразования (уравнение преобразования) может быть линейным или нелинейным  и связывает входную и выходную величины с конструктивными параметрами устройства.

Погрешность  ─ важнейшая метрологическая характеристика, которая определяется как разность между показанием средства измерений и истинным (действительным) значением измеряемой величины. Для меры показанием является ее номинальное значение.

Чувствительность ─ свойство средства измерений, определяемое отношением изменения выходного сигнала этого средства к вызывающему его изменению измеряемой величины. Различают абсолютную и относительную чувствительность. Абсолютную чувствительность определяют по формуле

(3.1)

относительную чувствительность

,

где — изменение сигнала на выходе,X— измеряемая величина, – изменение измеряемой величины.

При нелинейной статической характеристике преобразования чувствительность зависит от X, при линейной характеристике она постоянна.

У измерительных приборов при постоянной чувствительности шкала равномерная, т.е. расстояние между соседними делениями шкалы одинаковое.

Цена деления шкалы – разность значения величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы средства измерений. Приборы с равномерной шкалой имеют постоянную цену деления. В приборах с неравномерной шкалой цена деления может быть разной на разных участках шкалы и в этом случае нормируется минимальная цена деления. Цена деления шкалы прибора может быть определена через его абсолютную чувствительность и равна числу единиц измеряемой величины, приходящихся на одно деление шкалы прибора (постоянная прибора):

(3.2)

Порог чувствительности ─ характеристика средства измерений в виде наименьшего значения изменения физической величины, начиная с которого может осуществляться ее измерение данным средством.  Порог чувствительности выражают в единицах входной величины.

Диапазон измерений – область значений величины, в пределах которой нормированы допускаемые пределы погрешности средства измерений. Значения величины, ограничивающие диапазон измерений снизу и сверху (слева и справа), называют соответственно нижним пределом измерений или верхним пределом измерений. С целью повышения точности измерений диапазон измерений средства измерений  может быть разбит на несколько поддиапазонов. Область значений шкалы прибора, ограниченную начальными и конечными значениями шкалы, называют  диапазоном показаний.

Для средства измерений, выдающих результаты измерений в цифровом коде, указывают цену единицы младшего разряда (единицы младшего разряда цифрового отсчетного устройства), вид выходного кода (двоичный, двоично-десятичный) и число разрядов кода.

Для оценки влияния средства измерений на режим работы объекта исследования указывают входное полное сопротивлениеZвх. Допустимая нагрузка на средство измерений зависит от выходного полного сопротивленияZвых средства измерений. Чем меньше выходное сопротивление, тем больше допустимая нагрузка на средство измерений.

Вариация выходного сигнала ─ это разность между значениями выходного сигнала, соответствующими одному и тому же  действительному значению входной величины при медленном подходе слева и справа к выбранному значению входной величины и неизменных внешних условиях.

Вариация показаний измерительного прибора ─ наибольшая вариация выходного сигнала прибора при неизменных внешних условиях. Она является следствием трения и люфтов в узлах приборов, механического и магнитного гистерезиса элементов и др.

Динамические характеристики.

Определяют инерционные свойства (элементов) измерительного устройства, характеризуемые зависимостью выходного сигнала от меняющихся во времени величин: параметров входного сигнала, внешних влияющих величин, нагрузки. К таким характеристикам относят дифференциальное уравнение, описывающее работу средства измерений; переходную и импульсную переходную функции, амплитудные и фазовые характеристики, передаточную функцию.

Динамические свойства средства измерений определяют динамическую погрешность. Динамической погрешностью средства измерений – погрешность средства измерений, возникающая при измерении изменяющейся (в процессе измерений) физической величины.

Дифференциальное уравнение, описывающее динамический режим работы прибора прямого действия, определяется в основном дифференциальным уравнением движения подвижной части ИМ.

Для оценки динамических свойств рассматриваемых приборов используют АЧХ и ФЧХ.

Эффективным способом улучшения динамических характеристик приборов является введение в их структуру специальных электрических схем коррекции. Коррекции подлежат элементы измерительного устройства, в которых содержатся источники динамических погрешностей.

Рассмотрим динамические характеристики магнитоэлектрического измерительного механизма, используемого в аналоговых приборах. Динамический режим этого механизма описывается уравнением:

,                                    (3.7)

где    J – момент инерции подвижной части измерительного механизма;

a – угол ее отклонения;

Р – коэффициент успокоения;

W – удельный противодействующий момент;

В – индукция в воздушном зазоре;

s, n – площадь и число витков рамки;

i(t) – мгновенное значение тока в рамке.

Используя принятые обозначения ( – чувствительность к постоянному току; – круговая частота собственных колебаний; – степень успокоения) получим выражения для передаточной функции и комплексной чувствительности магнитоэлектрического прибора:

,            (3.8)

,                             (3.9)

где .

Выражение для АЧХ и ФЧХ имеют вид:

,                                     (3.10)

,                                 (3.11)

,             (3.12)

.                                                         (3.13)

Из выражений для АЧХ и ФЧХ следует, что они критичны к значению степени успокоенияb. Оптимальное значениеb можно получить из условия минимальности погрешностейAи. ПогрешностьA0 при  q0 и отсутствует при выполнении равенства:

,                                               (3.14)

.                                                      (3.15)

Условие (3.15) показывает, что оно близко к выполнению в относительно широком диапазоне частот (q = 0–0,5) приb = 0,65–0,7, т. е. этот режим обеспечивает минимальные значения погрешностейAи   в диапазоне частот = (0 – 0,5)0.

Методы коррекции динамических характеристик АИУ.

На практике для улучшения точностных характеристик АИУ чаще всего используется избыточность его по чувствительности, быстродействию и энергообмену с объектом измерения. Однако наличие этих избыточностей не решает автоматически задачу уменьшения погрешностей. Необходимо практически реализовать эту возможность по отношению к конкретным составляющих погрешности.

В общем случае погрешность, приведенную к выходу, можно записать в виде:

         (3.28)

гдеfp,fH – соответственно, реальная и номинальная характеристики преобразования ;

t – время;

ξ – влияющие факторы;

η – неинформативные параметры сигнала x.

В линейном средстве измерения обычно выделяют три составляющие погрешности:

 –  погрешность нелинейности  ΔH (x);

 –  аддитивную погрешность Δa;

 –  мультипликативную   ΔM.

В этом случае значение погрешности можно записать:

                     (3.29)

Каждая их составляющих погрешностей в общем случае должна рассматривать как случайный процесс. Наибольшее применение нашли структурные методы уменьшения погрешностей. В основе этих способов лежит принцип инвариантности (многоканальности). В таких устройствах, помимо основного канала преобразования, создается второй канал передачи информации. Выходная величина  образуется в результате вычитания соответствующих величин основного (ОК) и вспомогательного (ВК) каналов (Рис. 3.4).

                                                                                 S) ξ(

                                                                                                     y1(s)

                                x(s)                                                                      y(s)

                                                                                                      y1(s)

ξ(s)

Рис.3.4. Принцип многоканальности в СИ

Если добиться равенства передаточных коэффициентов по дестабилизирующему сигналу обоих каналов  K*1 (s) =K**1(s) , то т.е. получим цепь с полным отсутствием влияния дестабилизирующего фактора. Подобный прием  используется, например, в дифференциальных преобразователях и электронных механизмах с астатированием.

3 вопрос. Измерительные цепи АИУ. Схемы компенсации температурных погрешностей электромеханических АИУ и их описание.

Характер измерительных цепей магнитоэлектрических приборов определяется родом измеряемой величины, пределами измерений и необходимостью компенсации температурной погрешности.

Наиболее специфичной является третья причина, поэтому, рассматривая измерительные цепи магнитоэлектрических приборов, ограничимся только некоторыми схемами температурной компенсации.

При отклонении температуры от градуировочной (для определённости рассматриваем случай повышения температуры) уменьшаются магнитная индукция в рабочем зазоре и удельный противодействующий момент и увеличивается электрическое сопротивление обмотки рамки и упругих элементов (пружинок и растяжек).

Две первые причины взаимно компенсируют друг друга, так как одна из них вызывает уменьшение, а другая – увеличение показаний и количественно эти эффекты приблизительно равны. Таким образом, основное внимание следует уделять компенсации температурной погрешности, вызванной изменением электрического сопротивления.

Эту погрешность можно уменьшить, включаяпоследовательно с температурно-зависимым сопротивлениемrt добавочное сопротивлениеrд из материала, электрическое сопротивление которого практически не зависит от температуры. Результирующий температурный коэффициент такой цепи

,                                                     (4.31)

гдеt   –  температурный коэффициент сопротивления материала резистора.

Из выражения видно, что чем больше может быть соотношениеrд/rt, тем меньше и, следовательно, тем меньше температурная погрешностьt. Так, для вольтметров на пределы измерения больше 3 – 5в несложно уменьшитьt  до значений, соответствующих классу точности 0,2 и даже 0,1. Однако для милливольтметров, к которым можно отнести и амперметры с шунтом, этот способ компенсации неэффективен, прежде всего, потому, что связан с увеличением собственного потребления, т.е. С уменьшением чувствительности прибора.

Для милливольтметров основными схемами температурной компенсации являются последовательно-параллельная схема и схема с термосопротивлением.

Последовательно-параллельная схема

Электрическая цепь измерительного механизма (рис.4.6) состоит из сопротивления обмотки и последовательно с ним включённого сопротивления упругих элементов (пружинок или растяжек)

 температурные коэффициенты рис.4.6 электрического сопротивления материалов обмотки и упругих элементов, как правило, различны.

Рис.4.6.  Последовательно-параллельная схема температурной компенсации милливольтметра.

При расчете сопротивление упругих элементов разбивают на две части: “медную”, имеющую температурный коэффициент такой же, как и материал обмотки, выполняемой обычно из меди, и “манганиновую” – с нулевым температурным коэффициентом. Соотношение между этими сопротивлениями рассчитывают так, чтобы при их последовательном включении результирующий температурный коэффициент соответствовал реальному коэффициенту материала упругих элементов. На схеме обозначены.

r0 – сумма сопротивлений обмотки и “медной” части упругих элементов ( =0);

r1 – сумма “манганиновой” части сопротивления упругих элементов и добавочного сопротивления из манганина ( = 0);

r3  – сопротивление шунта, выполняемого обычно из меди или никеля ().

Задача расчета схемы состоит в таком выборе сопротивленийr0,r1,r2,r3, при котором наилучшим образом обеспечивается температурная компенсация.

Температурную погрешность можно представить следующим образом

,      (4.32)

гдеi0  – ток в цепи им при температуре градуировкиt0;

I0t  – ток в цепи им при температуреt =t0 + ;

.                                                     (4.33)

Из выражения видно, что  состоит из двух составляющих: линейно зависящей от и квадратично зависящей от. Расчеты показывают, что вторая составляющая намного меньше первой и в большинстве случаев ею можно пренебречь. Тогдаt = 0, если выполняется условие

.                                                     (4.34)

.                                                   (4.35)

Принимая это обозначение, вместо него можно написать

,                                                                 (4.36)

Т.е. Для компенсации температурной погрешности необходимо, чтобы добавочное сопротивление было меньше суммы этого добавочного сопротивления и сопротивления шунтаr3  во столько раз, во сколько температурный коэффициент цепи рамки меньше температурного сопротивления шунта.

Условие, при котором выполняется требованиеt = 0, не содержит температуру перегрева, т.е. Справедливо для любого диапазона изменения температур. Такой вывод имеет место в результате принятого допущения (исключением из рассмотрения зависимостиt  от составляющей, содержащей2). Учёт этой зависимости показывает, что в действительности для заданного диапазона изменения температуры требованиеt = 0 можно выполнить только для двух температур внутри этого диапазона.

Из требованияt = 0 имеем одно условие, выражаемое уравнением для расчета схемы, но так как неизвестных четыре (r0,r1,r2,r3), то требуется выбрать еще три. Такими условиями могут быть, например: а) получение максимального падения напряжения на рамке, б) задание общего входного сопротивления прибора, в) получение максимальных ампер-витков в рамке, что соответствует наибольшему вращающему моменту.

Требованиюu0max соответствует уравнение

,                                             (4.37)

Которое выполняется при                           (4.38)

Входное сопротивление

.                                                            (4.39)

Выполнение условия (i0n)max производят в такой последовательности: находят ток через обмотку; определяют сопротивление обмоткиrобм, вычитая из сопротивленияr0 сопротивления “медной части” упругих элементов (~0,2 ом); по формуле полученной из условия обеспечения максимального коэффициента добротности для милливольтметров, подсчитывают число витков обмоткиn и определяют ампер-витки обмотки рамки какi0n.

Аналитически уравнения, определяющие выбранные условия, совместно не решаются, поэтому для расчета схемы можно воспользоваться методом подбора или вспомогательными графиками, номограммами и т.п.

Рис. 4.7.  Схема температурной компенсации с терморезистором

Рассмотренная схема обладает высокой стабильностью, технологичностью и позволяет обеспечить требуемую температурную компенсацию для приборов самых высоких классов точности. Однако она имеет и существенный недостаток – большое собственное потребление,  возрастающее с повышением требований к температурной компенсации. Полезная используемая мощность для этой схемы составляет примерно 10% от мощности, подводимой к прибору. От этого недостатка свободна схема с полупроводниковым терморезистором (рис.4.7).

Измерительные цепи.  Расчет электрических параметров амперметров и вольтметров.

Однопредельные амперметры и миллиамперметры (рис. 4.11,а) имеют наиболее простую ИЦ, состоящую из одной рабочей катушки механизма, включаемой непосредственно в сеть. Разные пределы измерения по току в таких амперметрах получают изменением числа витков и сечения провода катушки при одинаковых ампер-витках. С увеличением номинального тока число витков уменьшается, а сечение провода обмотки увеличивается. При очень больших токах (200 – 300 а) рабочая катушка превращается в виток из медной шины. Для расширения пределов измерения амперметров переменного тока используют измерительные трансформаторы тока.

В многопредельных амперметрах, применяемых в качестве переносных приборов, рабочую катушку выполняют секционированной и с помощью переключателя получают различные схемы соединения секций катушки. Двухпредельные амперметры имеют две секции, включаемые последовательно или одну параллельно (рис.4.11,б), а трехпредельные – четыре, включаемые последовательно, смешанно или параллельно (рис.4.11,в). При этом если все секции выполнены с равными числами витков, отношение токов на разных пределах измерения будет 1:2:4. Для получения одной шкалы на всех пределах измерения намотку всех секций катушки необходимо производить одновременно несколькими проводами в однопредельных вольтметрах последовательно с рабочей катушкой включают добавочный резистор из манганина (рис.4.11, г). Соотношение сопротивлений рабочей катушкиrк и добавочного резистораrд определяется в основном температурной погрешностью или классом точности вольтметра..

Рис. 4.11. Схемы измерительных цепей амперметров и вольтметров:

а – однопредельного амперметра; б – двухпредельного амперметра; в – трехпредельного амперметра; г – однопредельвого вольтметра; д – вольтметра с терморезистором; е – многопредельного вольтметра

Например, для вольтметров класса точности 1,5rд 3rк, а класса точности 0,5rд 10rк.  С уменьшением предела измерения вольтметра необходимо увеличить ток потребления, чтобы температурная погрешность не превысила допустимого значения.

Применение терморезисторов (термисторов) с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления дает возможность одновременно снизить температурную погрешность и собственное потребление вольтметра. В схеме вольтметра с терморезистором (рис.4.11, д) для получения температурной компенсации в широком интервале температур терморезисторrт,  шунтируют проволочным  резисторомrшиз манганина и этим выпрямляют его температурную характеристику. Можно применять терморезисторы и для многопредельных переносных вольтметров класса 0,5.

Схема ИЦ многопредельного вольтметра показана на рис. 4.11,е. Пределы измерения по напряжению отличаются друг от друга значением сопротивления добавочного резистора. При этом ток потребления остается неизменным.

Схемы ИЦ амперметров и вольтметров рассчитывают на основе заданных ампер-витков и выбранных размеров рабочей (намагничивающей) катушки. Для наиболее распространенной круглой катушки основными размерами обмотки являются:d0,D0 иl0 – внутренний и наружный диаметры и длина обмотки. В этом случае расчетными параметрами катушки будут:S0 – площадь окна катушки;lср – средняя длина витка иSохл – поверхность охлаждения катушки, определяемые по формулам:

.                   (4.40)

Расчет амперметров (по схеме рис. 4.11, а) выполняют в следующем порядке.

А) определяют число витков обмоткиn и число витков на единицу площади окна катушкиn по таким формулам:

,                                             (4.41)

гдеIn  – заданные ампер-витки рабочей катушки;

I  – предел измерения амперметра.

Б) из таблицы проводов марок ПЭВ-1 и ПЭВ-2 (ГОСТ 7262 – 78) по ближайшему большому значениюn’ выбирают диаметр и площадь сечения проводаqтаб.

В) рассчитывают сопротивление обмотки рабочей катушкиrк, выделяемую в обмотке мощностью рк и температуру перегрева обмотки  по известным формулам:

,                                 (4.42)

где     – удельное сопротивление меди;

k – коэффициент теплоотдачи [при расчетах принимают равным 1,5·10–3 Вт/(см2· с)].

Следует заметить, что расчет  по приведенной формуле является приближенным. Более точные значения , удовлетворительно совпадающие с экспериментом, получаются, когда заsохл принимается полная поверхность охлаждения обмотки (наружная, внутренняя и торцовые) и когда учитывается влияние экрана на катушке путем уменьшенияk до (1,1 – 1,2)·10-3 Вт/(см2·с) [для катушек без экранаk =1,5·10–3 Вт/(см2· с)].

Расчет вольтметра (по схеме рис.4.11, г) производят в другом порядке.

А) определяют сечение провода обмотки рабочей катушки по формуле:

,                                   (4.43)

Гдеu  – заданный предел измерения вольтметра;

В0 – температурный коэффициент сопротивления материала обмотки рабочей катушки (для меди в0 = 4%/10 с);

Вw  – термоупругий  коэффициент  материала  пружинок  или  растяжек (для  сплава  плср20  Вw = – 0,25%/10 с);

Yt  – допустимая температурная погрешность вольтметра.

Б) из таблицы проводов марок ПЭВ-1 и ПЭВ-2 по ближайшему большому значениюq выбирают диаметр провода и величиныqтаб  иn.

В) рассчитывают число витков рабочей катушкиn, ток потребленияi, сопротивление обмотки рабочей катушкиrк, полное сопротивление вольтметраrв, сопротивление добавочного резистораrд, мощность р, потребляемую вольтметром, мощностьР, выделяемую в обмотке рабочей катушки, и температуру перегрева обмотки ок по известным формулам:

,                          (4.44)

Гдеrк   (а такжеpк и )  определяются по формулам (4.42).

Основные виды погрешности и способы уменьшения

В электромагнитных приборах с некоторыми общими погрешностями, характерными для большинства электромеханических приборов (погрешности отсчета, от трения в опорах, от опрокидывания, от упругого последствия пружинок или растяжек и т. д.), имеют место специфические погрешности.

Погрешность от гистерезиса материала сердечников и экранов появляется при работе прибора на постоянном токе, когда есть разница в показаниях прибора при возрастании и убывании тока. Для снижения этой погрешности сердечники изготавливают из высококачественных железоникилиевых сплавов с малой коэрцитивной силой и затем подвергают отжигу в вакууме или водороде.

С достаточной для практики точностью погрешность  можно определить по формуле:

,                                                    (4.45)

Гдеb = 2hс – ширина петли гистерезиса материала сердечников (с – коэрцитивная сила);

Нк – напряженность магнитного поля рабочей катушки в месте расположения сердечников, определяемая по известным формулам.

Погрешность переносных вольтметров от собственного нагрева рабочей катушки проходящим по ней током можно подсчитать по формуле:

,                                            (4.46)

Где    вц = в0rк / (rк +rд1) – температурный коэффициент сопротивления цепи катушки;

Ор – температура перегрева растяжек (пружин), принимаемая обычно равной ок.

Изменение показаний электромагнитных вольтметров, вызванное измерением окружающей температуры, определяется величинами температурных коэффициентов сопротивления цепи катушки (вц) и упругости материала растяжек или пружин (вw):

,                                                           (4.47)

т. е. зависит в основном от соотношения сопротивлений рабочей катушкиrк и добавочного резистораrд.

Для амперметров и миллиамперметров изменение показаний определяется только значением вw:

,                                                       (4.48)

Применение терморезисторов для компенсации температурной погрешности вольтметров (рис. 4.11, д) позволяет значительно снизить потребляемую им мощность и улучшить метрологические качества. В этом случае изменение показаний, вызванное изменением внешней температуры, определяют по формуле:

,                           (4.49)

Где    rв = rк + rд + rтк   – общее сопротивление вольтметра;

rтк = rтrш/(rт + rш) – сопротивление термокомпенсатора, состоящего из терморезистора rт и манганинового шунта rш;

Втк = втrш /(rт + rш) – температурный коэффициент сопротивления термокомпенсатора (вт – температурный коэффициент сопротивления терморезистора).

Изменение показаний электромагнитных приборов, вызванное изменением частоты, обусловлено влиянием вихревых токов, изменением индуктивного сопротивления рабочей катушки и наличием межвитковой емкости этой катушки. При работе прибора на переменном токе в металлических деталях им индуцируются вихревые токи, значение и угол сдвига которых (относительно рабочего тока) меняются при изменении частоты и угла отклонения подвижной части, что ведет к изменению показаний прибора. Последнее становится заметным при работе на повышенных частотах и является основной составляющей частотной погрешности амперметров.

В вольтметрах основной причиной частотной погрешности является изменение индуктивного сопротивления рабочей катушки. Изменение показаний вольтметра, обусловлено изменением частоты отf1 доf2, при отсутствии частотной компенсации определяют по формуле

,                          (4.50)

ГдеL – индуктивность рабочей катушки;

rв – общее активное сопротивление вольтметра.

Для снижения частотной погрешности, обусловленной изменением индуктивного сопротивления рабочей катушки вольтметра, применяют различные схемы частотной компенсации. Чаще других используют схему с шунтированием части добавочного сопротивления емкостью (рис. 4.12, г) относительное изменение показаний вольтметра с частотной компенсацией по этой схеме, вызванное изменением частоты от 0 доf, определяют по формуле:

,                                  (4.51)

Гдеxl – индуктивное сопротивление рабочей катушки на частотеf в данной точке шкалы;

rс – часть добавочного резистора, зашунтированная емкостью;

Xс – емкостное сопротивление компенсирующей емкости с на частотеf;

rв =rк +rс +rд – полное активное сопротивление вольтметра.

Значение компенсирующей емкости рассчитывают по формуле

.                                        (4.52)

Изменение показаний вольтметра, вызванное изменением частоты, при шунтировании добавочного резистора емкостью имеет максимальное значение при частотеf = 0,7fк, гдеfк – частота, на которой производится компенсация. Изменение показаний электромагнитного прибора под влиянием внешнего магнитного поля при самом неблагоприятном направлении поля и отсутствии магнитного экранирования определяют по формуле

,                                              (4.53)

ГдеHе – 400 а/м  – напряженность внешнего поля при испытании прибора;

Нк  – напряженность поля внутри рабочей катушки при номинальном токе в обмотке.

При небольших значенияхHк – (2500 – 4000 а/м) получим недопустимо большие значенияYн (более 10%). Применение магнитного экранирования измерительного механизма снижаетyн до требуемых значений, так как при этом внешнее магнитное поле уменьшается экраном вkэ  раз, гдеkэ  – коэффициент экранирования.

Изменение показаний электромагнитных приборов, вызванное отклонением формы кривой тока или напряжения от синусоидальной, оказывается существенным только при больших значениях магнитной индукции в сердечниках, близких к насыщению. Для уменьшения влияния формы кривой необходимо ликвидировать возможность насыщения сердечников (и экранов), т. Е. Выбрать ампер-витки рабочей катушки и размеры сердечников такими, чтобы значение магнитной индукции в сердечниках составляло не более 30 – 40% от индукции насыщения. Кроме того, для снижения влияния высших гармоник, содержащихся в искаженной форме кривой тока или напряжения, необходимо уменьшить частотную погрешность прибора от изменения индуктивного сопротивления и от потерь на вихревые токи.

4. Математическое описание измерительных сигналов, математические модели и графическое представление элементарных и сложных измерительных сигналов.

Классификация сигналов осуществляется на основании существенных признаков соответствующих математических моделей сигналов.Сигналы, в зависимости от физических явлений, лежащих в их основе, делятся на механические, тепловые, акустические, электрические, магнитные, световые и др. (рис.1.4). В зависимости от изменения  во времени сигналы делят на постоянные (статические) и переменные (динамические) сигналы. Причем параметры сигналов могут изменяться не только в зависимости от времени, но и от любой другой величины, но  чаще всего имеют дело с сигналами, изменяющимися во времени. Постоянные во времени сигналы содержат один только постоянный информативный параметр. При измерении постоянной во времени величины достаточно определить одно мгновенное значение. Переменные во времени сигналы в зависимости от характера их изменения подразделяются неслучайные (детерминированные и квазидетерминированные)  и случайные.

Сигнал, закон изменения которого известен, и известны значения всех его параметров, называетсядетерминированным. К детерминированным относят сигналы на выходе мер, калибровочные сигналы, сигналы, используемые в качестве несущих сигналов при передаче, сигналы на выходе различных генераторов  и др.

Квазидетерминированными называют сигналы с известным характером закона изменения во времени, но неизвестным по значению одним или несколькими параметрами (синусоидальный сигнал с известной частотой, но неизвестной амплитудой; постоянный сигнал с неизвестным размером основного параметра и др.). Неизвестный параметр может изменяться в широком диапазоне значений и даже изменяться по случайному закону. Квазидетерминированные сигналы - элементарные и сложные. К основным элементарным сигналам относятся постоянный сигнал с известной амплитудой, идеальный единичный импульс и синусоидальный сигнал.

Гармонические сигналы(или синусоидальные), описываются следующими формулами:

х(t) = Asin(2πfоt+φ) = Asin(ωоt+φ),илих(t) = Acos(ωоt+),

где А,fo, ωo,φ, - постоянные величины: А - амплитуда сигнала, fо - циклическая частота в герцах, ωо= 2πfо - угловая частота в радианах, φ и- начальные фазовые углы в радианах. Период одного колебания T = 1/fо = 2π/ωo. При =-/2 синусные и косинусные функции описывают один и тот же сигнал.

К периодическимсложным сигналам относятся полигармонический сигнал, последовательности прямоугольных, косинусоидальных, колокольных, треугольных, экспоненциальных, трапециидальных и других форм импульсов. Для периодических сигналов выполняется общее условие х(t) = х(t + kT), где k = 1, 2, 3, ... - любое целое число, Т - период, являющийся конечным отрезком времени, т.е. периодический сигналлюбой формыможет быть представлен в виде суммы гармонических колебаний с частотами, кратными основной частоте колебаний ωр= 2π/Tр,  гдеТp– период, аωругловая частотачаста колебаний.

Полигармонические сигналы составляют наиболее широко распространенную группу периодических сигналов и описываются суммой гармонических колебаний:

х(t) =Ansin(ωnt+ φ n),

или непосредственно функцией х(t) =y(tkTp),k = 1,2,3,..., где Тp- период одного полного колебания сигналаy(t), заданного на одном периоде. Значение fp=1/Tp называют фундаментальной частотой колебаний. Полигармонические сигналы представляют собой сумму определенной постоянной составляющей (fо = 0) и произвольного (в пределе - бесконечного) числа гармонических составляющих с частотами, кратными фундаментальной частотеfp, и с произвольными значениями амплитудAn и фазφn.

Почти периодические сигналы близки по своей форме к полигармоническим. Они также представляют собой сумму двух и более гармонических сигналов, но не с кратными, а с произвольными частотами, отношения которых (хотя бы двух частот минимум) не относятся к рациональным числам, вследствие чего фундаментальный период суммарных колебаний бесконечно велик. Почти периодические сигналы порождаются физическими процессами, не связанными между собой. Математическое отображение сигналов тождественно полигармоническим сигналам (сумма гармоник).

Непериодические (апериодические) сигналы задаются произвольными функциями времени. Для их представления в частотной области используется интегральное преобразование Фурье, которым отображается спектральная плотность сигнала. К апериодическим сигналам относятся также импульсные сигналы, как правило, определенной и достаточно простой формы, существующие в пределах конечных временных  интервалов (единичный импульс).

Случайным называют сигнал, значение которого в каждый момент времени является случайной величиной. В случайном сигнале каждый информативный параметр рассматривается как случайная величина. Случайный сигнал отображает случайное физическое явление или физический процесс. В качестве основных статистических характеристик случайных сигналов принимают:

а) закон распределения вероятности нахождения значения сигнала в определенном интервале возможных значений (плотность вероятности);

б) спектральное распределение мощности сигнала.

Случайные сигналы - стационарные и нестационарные.Стационарные случайные сигналы сохраняют свои статистические характеристики (математическое ожидание и дисперсия) в последовательных реализациях случайного процесса, т.е. не зависят от времени. Их  делят на эргодические и неэргодические.Для стационарного эргодического процесса вероятностные характеристики не зависят ни от времени, ни от номера реализации.Для стационарного неэргодическогопроцесса вероятностные характеристики не зависят от текущего времени, т.е. характеристики по множеству реализаций совпадают, но неэквивалентны сами реализации, т.е. характеристики зависят от номера реализации.

Для случайных нестационарных сигналов общепринятой классификации не существует. Как правило, из них выделяют различные группы сигналов по особенностям их нестационарности.

5 вопрос. Преобразование сигнала линейной цепью,  передаточная функция, АЧХ и ФЧХ. Импульсная характеристика, прямое и обратное преобразование Фурье.

Сигнал – непрерывная функция дискретного аргумента.Такой сигнал называется дискретным, а операция перевода непрерывного сигнала в дискретный – дискретизацией.  Дискретный сигнал  по своим значениям является непрерывной функцией, определенной только по дискретным значениям аргумента. Величины Х(ti)  могут принимать любые значения в заданном интервале амплитуд сигнала. Величина, обратная шагу дискретизации:f = 1/∆t, называется частотой дискретизации. Если дискретный сигнал получен дискретизацией аналогового сигнала, то он представляет собой последовательность отсчетов, значения которых в точности равны значениям исходного сигнала по координатам n∆t.

При ∆t = const (равномерная дискретизация данных) дискретный сигнал можно описывать сокращенным обозначением Y(n). В технической литературе в обозначениях дискретизированных функций иногда оставляют прежние индексы аргументов аналоговых функций, заключая последние в квадратные скобки - y[t]. При неравномерной дискретизации сигнала обозначения дискретных последовательностей (в текстовых описаниях) обычно заключаются в фигурные скобки - {s(ti)}, а значения отсчетов приводятся в виде таблиц с указанием значений координат ti.

В реальных средствах измерений подобным сигналом является периодическая последовательность импульсов постоянного тока (рис. 1.5,ж) у которых в отличии от абстрактной модели, информативными параметрами могут быть не только амплитудаYm, но и частотаf или длительность этих импульсов. При этом в зависимости от того, какой из этих параметров функционально связан с  Х, имеет место соответственно амплитудно-импульсная – АИМ (рис. 1.5,а,ж), частотно-импульсная – ЧИМ (рис. 1.5,а,з), широтно-импульсная – ШИМ (рис. 1.4,а,и), фазо-импульсная – ФИМ (рис. 1.5,а,к) и т.д. модуляция сигнала.

При измерении параметров дискретизированного сигнала  Х(t) известно, к какому моменту времени относится полученное значение Х, но само значение определяется с погрешностью.

Сигнал – дискретная функция дискретного аргумента,  который принято называть дискретным (цифровым).Он квантован по своим значениям и дискретен по аргументу. Теоретической моделью такого сигнала (рис. 1.5, л) является дискретная последовательностьYi (ti) значений непрерывного сигналаY(t) =kX(t) (рис. 1.5,б), принимающая только разрешенные уровниYi в определенные дискретные моменты времениti. Такому виду соответствуют, например, сигналы при кодово-импульсной модуляции, при которой в моменты времениti каждому разрешенному уровнюYi ставится в соответствие определенный код –  комбинация условных сигналов.

Он описывается квантованной решетчатой функциейYn= Qk[Y(n∆t)],  где Qk- функция квантования с числом уровней квантования k, при этом интервалы квантования могут быть как с равномерным распределением, так и с неравномерным, например - логарифмическим. Задается цифровой сигнал, как правило, в виде дискретного ряда числовых данных - числового массива по последовательным значениям аргумента при ∆t = const, но в общем случае сигнал может задаваться и в виде таблицы для произвольных значений аргумента.

Цифровой сигнал конечен по множеству своих значений. Процесс преобразования бесконечных по значениям аналоговых отсчетов в конечное число цифровых значений называется квантованием по уровню, а возникающие при квантовании ошибки округления отсчетов (отбрасываемые значения) – шумами или ошибками  квантования .

Что касается формы обращения цифровых сигналов в системах хранения, передачи и обработки, то, как правило, они представляет собой комбинации коротких одно- или двуполярных импульсов одинаковой амплитуды, которыми в двоичном коде с определенным количеством числовых разрядов кодируются числовые последовательности сигналов (массивов данных).

(рис 1.5).

Спектральное представление  можно обобщить на случай, когда функцияx(t) – непериодическая, т.е.T→∞. В этом случае применяется интегральное преобразование Фурье

, (обратное), где

(прямое).

Здесь  и - обозначения прямого и обратного оператора Фурье.

Формулы – пара интегральных преобразований Фурье. Функция  называетсяспектральной функциейиликомплексным спектромнепериодического сигнала. Она определена при положительных и отрицательных частотах.

Спектральную функцию можно представить в виде

,

где  -спектр амплитуд;

спектр фаз.

Для линейных устройств (ЛУ) справедлив принцип суперпозиции. Различают  два режима работы ЛУ - статический и динамический. Для описания работ реального линейного устройства(РЛУ) в динамическом режиме служат следующие характеристики.

1. Частотные характеристики.

1.1 Комплексный коэффициент передачи или комплексная частотная характеристика (рис.3.1.1)

                                     Рис.3.1.1                                                 рис.3.1.2

Где Fx(jω)=Ф[x(t)] и Fy(jω)= Ф[y(t)] -преобразование Фурье (спектр) входногоx(t) и выходногоy(t) сигналов соответственно.

ФункциюK(jω) можно представлять в другой форме

K(jω) = Р(ω) +jQ(ω) = К (ω) •,

где    - амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);

       - фазочастотная характеристика (ФЧХ)

1.2. Передаточная функция (рис.3.1.2)

где   комплексная частота ;   - изображение по Лапласу входного сигнала;  – изображение по Лапласу выходного сигнала.

Передаточную функцию К(р) можно получить из комплексного коэффициента передачи заменой  на p, т.е.  при  .

Функция К(р) является аналитическим продолжением частотного коэффициента передачи К(ω) с мнимой оси вещественных частотω на всю плоскость комплексных частот р.

Достаточно часто передаточная функция представляется отношением двух многочленов  .

Передаточная функция линейного четырехполюсника с постоянными параметрами может быть представлена в нуль-полюсном виде :

 ,   (3.3а)

где К0– постоянная величина;

z1zm и р1…рn – нули полюсы передаточной функции, причем число полюсовn должно превышать число нулейm.

Нули являются корнями уравнения М(р)= 0, а полюсы – корнями уравненияN(p) = 0 . Для устойчивой цепи полюсы р12…рn должны располагаться в левой полуплоскости комплексной частоты р, образуя комплексно-сопряженные пары.

2.Временные характеристики.

2.1.Весовая или импульсная функцияg(t),t>0 – это реакция (или отклик) устройства на дельта-функцию δ(t) или функцию ДиракаDirac(t) для Mathcad(рис.3.1.3 ) Для физически реализуемых устройствg(t)=0 при t<0 .

Рис. 3.1.3

Эта функция связана простым соотношением с комплексным коэффициентом передачиK(), именно

                                 (3.4)

или в операторной форме (обратное преобразование Лапласа)

(3.5)

Зная в результате эксперимента весовую функциюg(t), можно определять или комплексный коэффициент передачиK() или передаточную функциюK(p):

                       (3.6)

2.2.Переходная функцияh(t),t>0 – это реакция устройства на единичную функциюI(t) или функцию Хевисайда Ф(t) для Mathcad (рис.3.1.4)Для физически реализуемых устройствh(t)=0 при t<0

Связь между функциямиh(t) иK() определяется выражением

                               (3.7)

Если учитывать только переменную () составляющую отклика (постоянной составляющей К(0)/2 пренебрегаем ), то тогда связь между функциямиh(t),K() и К(р) принимает вид

 .

6. Операции:  квантование и дискретизация, кодирование, модуляция, демодуляция. Теорема Котельникова и ее применение на практике.

Квантование и дискретизация  сигналов

Операция замены аналоговой величины дискретной называется квантованием. При квантовании:

вся область возможных значений разбивается на  конечное число подобластей или интервалов квантования;

каждому интервалу присваивается определенный индекс (обычно его  порядковый номер в единичной системе счисления);

попадание входного сигнала в любую точку интервала вызывает появление на выходе прибора  индекса этого интервала.

Квантование по уровню. Процесс квантования по уровню функции(t) представлен на рисунке 1.13.

Рис.1.13. Квантование сообщения по уровню

В результате квантования образуется ступенчатая функция. Переход с одной ступени на другую происходит в те моменты, когда первоначальная непрерывная функция(t) пересекает линию, проведенную по середине интервала квантования. По оси ординат откладывается значение заранее выбранного шага квантованияq и проводятся линии параллельные оси времени, обозначающие уровни квантования. При постоянном шаге квантованияq имеем случай равномерного квантования. Максимальная ошибка квантованияку.макс.=q / 2.

Погрешность квантования

,                                             (1.4)

 где  N =макс -мин  - число интервалов, M = N+1 - число уровней квантования.

Квантование по времени.

Замена непрерывной функции ее отдельными значениями в определенные моменты времени, называется квантованием по времени или дискретизацией. Процесс дискретизации функции(t) представлен на рисунке 1.14. Горизонтальная ось времени делится на интервалы, отстающие друг от друга на интервал квантованияt. Далее проводятся вертикальные линии до пересечения с квантуемой функцией, а в точках 1,2,3, …,13 определяются значения функции, начиная с0(t).

Рис.1.14. Квантование сообщения по времени

Квантование по уровню и времени. Квантование по уровню и времени осуществляется путем замены через время t значений функции(t)  ближайшим  дискретным  уровнем. Процесс квантования  функции(t) представлен на рисунке 1.15.

Рис.1.15. Квантование сообщения по уровню и времени

Проводятся линии, параллельные оси абсцисс с шагомq, затем уровни с шагомt, параллельные оси времени.

В данный момент времени передается только одно значение уровня, ближайшее к кривой(t). При квантовании по уровню и по времени погрешность от квантования определяется как

.                                                                                      (1.5)

Кодирование сигналов

В математическом понимании кодом называется множество целых рациональных чисел, сопоставляемых по определенному алгоритму с множеством сообщений. В информационных системах под множеством рациональных чисел подразумевается множество (совокупность) дискретных сигналов в виде кодовых комбинаций. Поэтому кодированием называется преобразование дискретных сообщений в дискретные сигналы в виде кодовых комбинаций, а декодированием – обратный процесс однозначного восстановления передаваемых дискретных сообщений.

Для рассмотренных случаев квантования сигнала пересчет номера интервала в другую систему счисления (2 или 10) также является кодированием.

Модуляция и демодуляция сигналов

Модуляция - это образование сигнала путем изменения параметров переносчика информации под воздействием сообщения. В качестве переносчиков информации в измерительной технике используют гармонические колебания или периодическую последовательность импульсов. В несущем гармоническом сигналеf(t) =u0cos(0t +), могут модулироваться три параметра: амплитуда -u0, частота0 и фаза. В зависимости от изменяемого параметра переносчика различают амплитудную,частотную и фазовую модуляции синусоидального сигнала.

Амплитудная модуляция (АМ). Это – это образование сигнала путем изменения амплитуды гармонического колебания (переносчика) пропорционально мгновенным значениям напряжения или тока другого электрического сигнала (сообщения). Модулирующий сигнал может быть либо детерминированным, либо случайным, но всегда наивысшая частота его спектрамакс должна быть меньше частоты несущего сигнала0.

Амплитудо-модулированный сигналuAM(t) состоит из основного колебания несущей(u0cos0t) и двух колебаний, отличающихся от переносчика на частоту сообщения. Основное колебание сохраняет частоту и амплитуду переносчика в процессе модуляции. Второй член в этом уравнении представляет собой синусоиду, с амплитудой  1/2 mu0 и повышенной частотой (0 +), и называется верхней боковой составляющей. Третий член в этом уравнении есть также синусоида с амплитудой 1/2 mu0и пониженной частотой (0 -), которая называется нижней боковой составляющей. На рисунке 1.12 изображена полоса частот АМ сигнала.

FАМ = (0 +) - (0 -) = 2.

Рис. 1.12. Амплитудные спектральные диаграммы модулирующего и АМ сигналов

Частотная модуляции (ЧМ). При ЧМ частота синусоидального колебания (переносчика) изменяется по закону изменения передаваемого сигнала, при этом его амплитуда не меняется. Выражение для частотно-модулированного сигнала запишется как

     (1.2)

гдеu0 – амплитуда;0 - частота несущего колебания; - максимальное отклонение частоты от0 (это отклонение пропорционально амплитуде модулированного сигнала).

Фазовая модуляция (ФМ). При ФМ передаваемое сообщение изменяет значение фазы переносчика. Таким образом, фаза несущей изменяется прямо пропорционально мгновенным значениям тока или напряжения модулирующего сигнала. Запишем выражение сигнала при фазовой модуляции:

                                                             (1.3)

гдеKФ= - максимальный сдвиг по фазе или девиация фазы.

Фазовая модуляция аналогична частотной, и отличаются они друг от друга лишь методами их осуществления.

Двукратные виды модуляции. Они обладают рядом достоинств, в том числе позволяют повысить помехоустойчивость передачи сообщения. При модуляции типа

АМ – ЧМ сначала сообщением модулируется по амплитуде первый переносчик, который называется в данном случае поднесущей. Далее амплитудно-модулированный сигнал модулирует второй переносчик, или несущую, в результате чего имеем сигнал, модулированный по частоте.

Иногда применяется модуляция ЧМ – АМ, при которой помехоустойчивость обеспечивается ЧМ, а экономия полосы частот АМ. При этом поднесущая модулируется по частоте, а затем частотно-модулированный сигнал модулирует несущую по амплитуде. По такому же принципу осуществляется модуляция типа ЧМ – ЧМ.

7. Электронные осциллографы (ЭО), основные функциональные узлы, назначение. Особенности измерения физических величин с помощью ЭО. Приведите примеры использования ЭО для измерения параметров сигнала.

Электронным осциллографом называется прибор для визуального наблюдения и регистрации разнообразных электрических сигналов, а также для измерения различных параметров сигналов, определяющих их форму, значение, временные и частотно-фазовые соотношения. Среди электронных приборов осциллограф наиболее универсальный прибор для исследования электрических сигналов, при работе с которым исследователь получает информацию об электрических процессах в наиболее компактной и удобной для восприятия форме.

метрологическими и техническими характеристиками.

1.     Полосой пропускания или параметрами переходной характеристики. 2.       Неравномерностью амплитудно-частотной характеристики.

3. Нелинейностью амплитудной характеристики усилителей осциллографаНелинейность амплитудной характеристики в процентах подсчитывают по формуле:

,                                                                (2.6)

где  h – наиболее отличный от 1 см или одного деления шкалы экрана размер испытательного сигнала в любом месте рабочей части экрана при его перемещении вдоль оси X.

4.Временем нарастания переходной характеристики.

Время нарастания переходной характеристики определяют как время нарастания изображения импульса, в течение которого происходит отклонение луча от уровня 0,1 до уровня 0,9 амплитуды импульса (выброс не учитывать). Эта операция производится на импульсах положительной и отрицательной полярности.

5.Величиной   выброса   на   переходной   характеристике. Измерение выброса    производится    на    сигнале    с    параметрами,    аналогичными параметрам сигнала, служащего для определения времени нарастания. При этом амплитуду изображения импульса устанавливают равной 70% от максимальной, Определение значения выброса в процентах производят путем измерения и сравнения линейных размеров по вертикали изображения выброса и амплитуды импульса. Значение величины выброса находят по формуле

,                                                          (2.7)

где    hu – амплитуда изображения импульса;

hk– амплитуда изображения выброса.

6. Завалом вершины изображения импульса и ее неравномерностью.

8.   Чувствительностью    (нормальнее    значение   калиброванного коэффициента     отклонения) Е определяют как отношение видимого отклонения луча в миллиметрах к значению  вызвавшего  его  входного  сигнала  в   вольтах  или  милливольтах,  например = 800 мм/В.

Для осциллографов, калиброванных по чувствительности, при помощи предусмотренных ручек регулировки чувствительности устанавливают значение чувствительности, указанное в технической документации на осциллографы, а для осциллографов, не калиброванных по чувствительности, устанавливают максимальную чувствительность. Чувствительность измеряют путем подачи на вход испытательного сигнала с плоской вершиной, калиброванного по амплитуде и вызывающего появление изображения сигнала максимальной амплитуды. Частота сигнала должна быть такой, чтобы не сказывалось влияние частотной характеристики на чувствительности.

Значение чувствительности вычисляют по формуле

,                                                                       (2.11)

гдеUВХ – полный размах входного напряжения (двойная амплитуда);

– видимое отклонение луча трубки, вызванное испытательным сигналом.

9. Погрешностью калибраторов амплитуды и погрешностью измерения амплитуды; погрешностью калибраторов временных интервалов и погрешностью измерения временных  интервалов. Определение погрешности измерения временных интервалов и амплитуды производится методом сравнения показаний испытуемого осциллографа и образцового измерительного устройства с погрешностью измерения соответствующих величин в три раза меньше, чем у поверяемого осциллографа. Параметры испытательного сигнала указываются в ГОСТе или технической документации на осциллографы.

10. Длительностью  разверток.   Например,   20   мс/дел.   Длительность непрерывных    разверток    проверяют    по    изображению    на    экране испытательного сигнала синусоидальной формы и определенной частоты. Для определения длительности разверток подсчитывают число периодов синусоиды, укладывающейся на рабочей части разверток.

11. Нелинейностью развертки. Измеряют, нелинейность разверток путем исследования рабочей  части развертки  во  всей рабочей  части экрана осциллографа. Определяют    нелинейность    развертки    при    помощи временного интервала, размер изображения которого в средней части экрана равен 1 см или одному делению шкалы экрана, при таком положении развертки, когда начало рабочей части развертки, совмещено с началом рабочей части экрана. Значение нелинейности развертки в процентах вычисляют по формуле

,                                                         (2.12)

где    – длительность наиболее отличного от 1 см или одного деления шкалы временного интервала в любом месте рабочей части развертки в пределах рабочей части экрана.

При этом испытании положения органов регулировки развертки устанавливаются стандартами или технической документацией на осциллографы конкретного типа.

Кроме указанных характеристик в соответствии с ГОСТ 9810-69 осциллограф характеризуется следующими параметрами.

12. Рабочей частью экрана.

13. Минимальной частотой следования развертки.

14. Толщиной линий луча электроннолучевой трубки.

напряжений на входах.

сигнала.

17. Минимальным     значением     и     минимальной     длительностью исследуемого   сигнала,   при   котором   обеспечивается   класс   точности осциллографа.

18. Дрейфом нуля усилителей.

19. Запаздыванием   начала   развертки   относительно   сигнала   синхронизации (для осциллографов без линии задержки).

20. Возможностью синхронизации (внешняя, внутренняя).

21. Разностью фаз между каналами.

22. Наводками с канала на канал.

условиями работы и т. п.).

Структурная схема осциллографа для наблюдения и исследования непрерывных сигналов показана на рис. 2.7. Как видно исследуемый сигнал подается на входУ канала вертикального отклонения луча.

Рис.2.7. Структурная схема осциллографа для наблюдения периодических процессов

Входной каскад должен обеспечить минимальное влияние осциллографа на исследуемый объект и возможность регулирования чувствительности осциллографа. В ряде случаев этот каскад должен также обеспечить высокую помехозащищенность осциллографа по входу. С выхода входного каскада сигнал попадает в усилитель напряжения, коэффициент усиления которого определяет предельную чувствительность осциллографа. Для согласования усилителя с электроннолучевой трубкой служит выходной пара – фазный усилитель. Применение пара – фазного усилителя необходимо для уменьшения специфических искажений сигнала, появляющихся в связи с наличием емкости отклоняющих пластин, а также влияния на скорость движения электронов в трубке среднего потенциала пластин. Генератор развертки осциллографа генерирует линейно изменяющееся напряжение, которое усиливается усилителем горизонтального отклонения луча. Для получения неподвижного изображения сигнала на экране трубки частоту генератора развертки можно регулировать в широком диапазоне частот. Регулирование усиления усилителя горизонтального отклонения позволяет изменять масштаб изображения по горизонтали. Продифференцированное напряжение генератора развертки обычно подается на модулятор яркости трубки (входZ), что позволяет исключить засветку экрана при обратном ходе луча. Генератор развертки в таком осциллографе вследствие неизбежной нестабильности по частоте не может обеспечить неподвижность изображения в течение длительного времени. Поэтому для поддержания кратного отношения частоты исследуемого сигнала и частоты генератора развертки этот генератор синхронизируется исследуемым процессом. Формирование синхронизирующего сигнала осуществляется в узле синхронизации осциллографа. Узел регулировок  восциллографе позволяет изменять масштаб изображения на экране трубки, выбирать необходимую яркость и четкость (фокусировку) изображения сигнала. Питание узлов осциллографа обычно осуществляется от стабилизированного источника питания, что необходимо для обеспечения устойчивости изображения при колебаниях напряжения питающей сети.

8. Классификация измерительных сигналов, графическое изображение и математическое описание.

Классификация сигналов осуществляется на основании существенных признаков соответствующих математических моделей сигналов.Сигналы, в зависимости от физических явлений, лежащих в их основе, делятся на механические, тепловые, акустические, электрические, магнитные, световые и др. (рис.1.4). В зависимости от изменения  во времени сигналы делят на постоянные (статические) и переменные (динамические) сигналы. Причем параметры сигналов могут изменяться не только в зависимости от времени, но и от любой другой величины, но  чаще всего имеют дело с сигналами, изменяющимися во времени. Постоянные во времени сигналы содержат один только постоянный информативный параметр. При измерении постоянной во времени величины достаточно определить одно мгновенное значение. Переменные во времени сигналы в зависимости от характера их изменения подразделяются неслучайные (детерминированные и квазидетерминированные)  и случайные.

Сигнал, закон изменения которого известен, и известны значения всех его параметров, называетсядетерминированным. К детерминированным относят сигналы на выходе мер, калибровочные сигналы, сигналы, используемые в качестве несущих сигналов при передаче, сигналы на выходе различных генераторов  и др.

Квазидетерминированными называют сигналы с известным характером закона изменения во времени, но неизвестным по значению одним или несколькими параметрами (синусоидальный сигнал с известной частотой, но неизвестной амплитудой; постоянный сигнал с неизвестным размером основного параметра и др.). Неизвестный параметр может изменяться в широком диапазоне значений и даже изменяться по случайному закону. Квазидетерминированные сигналы - элементарные и сложные. К основным элементарным сигналам относятся постоянный сигнал с известной амплитудой, идеальный единичный импульс и синусоидальный сигнал.

Гармонические сигналы(или синусоидальные), описываются следующими формулами:

х(t) = Asin(2πfоt+φ) = Asin(ωоt+φ),илих(t) = Acos(ωоt+),

где А,fo, ωo,φ, - постоянные величины: А - амплитуда сигнала, fо - циклическая частота в герцах, ωо= 2πfо - угловая частота в радианах, φ и- начальные фазовые углы в радианах. Период одного колебания T = 1/fо = 2π/ωo. При =-/2 синусные и косинусные функции описывают один и тот же сигнал.

К периодическимсложным сигналам относятся полигармонический сигнал, последовательности прямоугольных, косинусоидальных, колокольных, треугольных, экспоненциальных, трапециидальных и других форм импульсов. Для периодических сигналов выполняется общее условие х(t) = х(t + kT), где k = 1, 2, 3, ... - любое целое число, Т - период, являющийся конечным отрезком времени, т.е. периодический сигналлюбой формыможет быть представлен в виде суммы гармонических колебаний с частотами, кратными основной частоте колебаний ωр= 2π/Tр,  гдеТp– период, аωругловая частотачаста колебаний.

Полигармонические сигналы составляют наиболее широко распространенную группу периодических сигналов и описываются суммой гармонических колебаний:

х(t) =Ansin(ωnt+ φ n),

или непосредственно функцией х(t) =y(tkTp),k = 1,2,3,..., где Тp- период одного полного колебания сигналаy(t), заданного на одном периоде. Значение fp=1/Tp называют фундаментальной частотой колебаний. Полигармонические сигналы представляют собой сумму определенной постоянной составляющей (fо = 0) и произвольного (в пределе - бесконечного) числа гармонических составляющих с частотами, кратными фундаментальной частотеfp, и с произвольными значениями амплитудAn и фазφn.

Почти периодические сигналы близки по своей форме к полигармоническим. Они также представляют собой сумму двух и более гармонических сигналов, но не с кратными, а с произвольными частотами, отношения которых (хотя бы двух частот минимум) не относятся к рациональным числам, вследствие чего фундаментальный период суммарных колебаний бесконечно велик. Почти периодические сигналы порождаются физическими процессами, не связанными между собой. Математическое отображение сигналов тождественно полигармоническим сигналам (сумма гармоник).

Непериодические (апериодические) сигналы задаются произвольными функциями времени. Для их представления в частотной области используется интегральное преобразование Фурье, которым отображается спектральная плотность сигнала. К апериодическим сигналам относятся также импульсные сигналы, как правило, определенной и достаточно простой формы, существующие в пределах конечных временных  интервалов (единичный импульс).

Случайным называют сигнал, значение которого в каждый момент времени является случайной величиной. В случайном сигнале каждый информативный параметр рассматривается как случайная величина. Случайный сигнал отображает случайное физическое явление или физический процесс. В качестве основных статистических характеристик случайных сигналов принимают:

а) закон распределения вероятности нахождения значения сигнала в определенном интервале возможных значений (плотность вероятности);

б) спектральное распределение мощности сигнала.

Случайные сигналы - стационарные и нестационарные.Стационарные случайные сигналы сохраняют свои статистические характеристики (математическое ожидание и дисперсия) в последовательных реализациях случайного процесса, т.е. не зависят от времени. Их  делят на эргодические и неэргодические.Для стационарного эргодического процесса вероятностные характеристики не зависят ни от времени, ни от номера реализации.Для стационарного неэргодическогопроцесса вероятностные характеристики не зависят от текущего времени, т.е. характеристики по множеству реализаций совпадают, но неэквивалентны сами реализации, т.е. характеристики зависят от номера реализации.

Для случайных нестационарных сигналов общепринятой классификации не существует. Как правило, из них выделяют различные группы сигналов по особенностям их нестационарности.

9. Аналитическое представление дискретизированного сигнала. Спектр дискретизированного сигнала. Математическая запись его в виде ряда Фурье. Расчет амплитуд гармоник спектра сигнала (ответ неполный).

По характеру изменений значений параметров случайные процессы делятся на два вида – непрерывные и дискретные, что определяется непрерывностью или дискретностью времени. Соответственно различают непрерывный  и дискретно-непрерывный (дискретизированный только по времени), непрерывно-дискретный (дискретизированный только по значению информационного параметра, т. е. по уровню) и дискретный (дискретизированный и по времени и по уровню) сигналы.

Сигнал является непрерывнымили дискретно-непрерывным, если информационный параметр процесса может быть любым в пределах возможного диапазона его изменения, т.е. образует непрерывное множество значенийX, например постоянного тока. Различие между этими сигналами определяется непрерывностьюt и дискретностьюТп времени, соответственно.

Сигнал является непрерывно-дискретным или дискретным, если информационный параметр изменяется скачкообразно и принимает только одно из ограниченного количества определенных значений, образующих дискретное (счетное) множествоk значенийXi, различающихся на ∆Х.

Характерным непрерывным сигналом является изменяющийся по значению постоянный ток. К непрерывным относится и сигнал в виде переменного тока в пределах одного периода его изменения, информационным параметром которого является мгновенное значение.

Сигналы с гармоническим несущим током имеют несколько значений. Если значения информационных параметров – амплитудыIm , фазыφ и частотыf тока – образуют непрерывные множества, то сигналы дискретно-непрерывные, а если счетные множестваIm1Im,к,φ1φk,f1fk, то сигналы дискретные.

Для сигналов с несущим процессом в виде периодического несинусоидального тока, в частности последовательности импульсов постоянного тока сигналы определяются следующим образом. Если значения информационных параметров - наибольшего токаImах,i , длительности Δti импульсов или моментаQ1 их появления, отсчитываемого от момента времениТi(фазы импульсов), образуют непрерывные множества, то сигналы дискретно-непрерывные, а если счетные множестваImах1Imах,k;t1tk;Q1Qk , то сигналы дискретные. Аналогично сигналы с несущим током в виде импульсов периодического тока высокой частоты (относительно частоты следования импульсов) непрерывно-дискретные, если значения амплитудIm и длительности импульсов Δt образуют непрерывные множества, дискретные, если значенияIm,k, Δtk образуют счетные множества.

Простейший непрерывно-дискретный сигнал представляет собой скачкообразное изменение постоянного тока  или постоянной составляющей выпрямленного тока в пределах двух значений, меньшее из которых может быть равным нулю. Такой сигнал называют дискретным потенциальным. Большему значению ставится в соответствие единица (логическое утверждение), меньшему – нуль (логическое отрицание).

При обработке и передаче аналоговых сигналов часто проводится их аналого-цифровое преобразование. Частотно-импульсный сигнал представляет собой временную последовательность стандартных импульсов (единиц) на фиксированном интервале времени Δt. Различают сигналы в виде последовательного и параллельного двоичных кодов.

Простейший непрерывный сигнал описывается непрерывной функциейх(t). Дискретизированный по времени сигнал представляет собой набор истинных значений информационного параметрах, фиксируемые через интервалТ дискретизации по времени, называемый отсчетами или выборками и обозначаемый в виде текущего значениях(nТ). Дискретизированный по значению информационного параметра (по уровню) сигнал обозначается какХ(t) и представляет собой набор значений информационного параметра, различающихся на интервал дискретизации по уровню ΔХ (квант) и фиксируемых в момент времениti, в которое  непрерывно  изменяющийся   информационный  параметр  достигает  значенийXi =Xi ± 1 ±ΔX.

Информационные характеристики сигналов. Относительный средний уровень сигнала определяется отношением мощностей сигналаРС и помехиРп:kС,п =РС/Рп илиLС=1оg2(1+РС/Рп). Информационный объем является обобщенной характеристикой сигнала  –V =LСTСΔfС, гдеТС– длительность сигнала;  ΔfС  – ширина частотного спектра.

Длительность сигнала практически всегда конечна, а ширина частотного спектра ограничивается диапазоном частот гармоник, сумма которых описывает сигнал с приемлемой для практики допустимой погрешностью.

Основные процессы преобразования измерительных сигналов.

В основе исследования электрических сигналов лежит широко используемый принцип суперпозиции (наложения), который упрощенно можно выразить следующим образом: в линейной системе действие суммы причин равно сумме действий, вызываемых каждой причиной, отдельно взятой. Существуют два равноценных подхода к исследованию свойств систем – временной, при котором процесс описывается функцией времени, и спектральный (частотный), при котором процесс описывается заданием комплексного спектра, являющегося функцией частоты.

Наиболее часто в качестве ортогональных функций применяют тригонометрические функции, образующие обычный ряд Фурье. И в этом случае любой периодический сигналf(t) можно представить на интервале  рядом элементарных сигналов:

,

где - постоянная составляющая; - коэффициентыk-й гармоники;

– круговая частота;T –период сигналаf(t);  k – целые числа.

Коэффициенты ряда Фурье определяются по формулам

;  ;  .

Тригонометрический ряд Фурье применяют также в следующей форме:

,                                                                       (1.1)

   где  А0 –постоянная составляющая, ; ;k =1,2,3…

Спектр амплитуд и фаз периодических сигналов

Совокупность амплитуд гармонических составляющих, на которые разложен сигнал, образует спектр амплитуд. Сложный периодический сигнал обладает дискретным (линейчатым) спектром, графически изображающимся в виде вертикальных линий вдоль оси частот в точках0, 20, 30  и т. д. Высота каждой из этих спектральных линий пропорциональна амплитуде данной частотной составляющей. Обычно частотные составляющие спектра являются комплексными числами, и поэтому для представления сложной периодической функции необходимо иметь два дискретных спектра: спектр амплитуд рисунок 1.11,а и спектр фаз рисунок 1.11,б.

Часто эти составляющие являются только действительными или только мнимыми, и данный сигнал можно представить одним спектром амплитуд, так как его фазовый спектр постоянен и имеет составляющие, соответственно равные 0 или 900.

Рис. 1.11. Спектры амплитуд (а) и фаз (б) периодического сигнала

10. Анализаторы спектра, назначение, характеристики, структурные схемы.

Определяющие частотные составляющие сигнала, т.е. спектр амплитуд, называются анализаторами спектра. Периодическую функцию можно представить рядом Фурье в виде

.                                                (2.23)

Совокупность величин СК называют спектром амплитуд. Для предоставления непериодических функций используют формулу интеграла Фурье:

.                                                 (2.24)

Величину Ф(jω) называют комплексным спектром непериодической функции, а модуль этой величины Ф(ω) спектром. Комплексный спектр можно вычислить по прямому преобразованию Фурье:

.                                                    (2.25)

Выражение (2.32) показывает, что для получения спектра необходимо бесконечное время анализа. Аппаратурный анализ спектра, как правило, ограничен во времени и поэтому получить истинный спектр сигнала невозможно.

Аппаратурно можно получить текущий спектр сигнала

.                                               (2.26)

При большом времени анализа текущий спектр может быть достаточно хорошим приближением к истинному спектру. При построении анализаторов спектра можно использовать выражение (2.33) в чистом виде, т.е. произвести все математические операции над сигналом согласно выражению (2.33). Этот тип анализаторов используется достаточно широко в связи с развитием цифровой вычислительной техники. Однако наиболее распространены анализаторы спектра с использованием резонаторов.

Простейшим   резонатором   является   колебательный   контур, изображенный на рис. 2.18.

      Рис. 2.18. Схема резонатора                  Рис. 2.19. К вопросу о разрешающей

                                                                  возможности    анализатора

Характеристики анализаторов спектра. Минимальный интервал по  частоте  между  двумя   гармоническими  сигналами,   при котором  они  разделяются  анализатором, называют разрешающей способностью анализатора спектра. Пусть на колебательный контур (Рис. 2.18) подана сумма двух гармонических сигналов

 .                                                                (2.27)

Резонансные кривые фильтров приведены на рис. 2.21,а. Если соединить плавной кривой отклики различных фильтров на возбуждающее воздействие, то получим двугорбую кривую (Рис.2.21,6), но которой устанавливают разрешающую способность анализаторов последовательного действия.

Рис. 2.21. Резонансные кривые фильтров

Важной характеристикой анализаторов спектра является и время (скорость) анализа, которое характеризует, насколько быстро можно провести анализ сигнала в определенном диапазоне частот. Время параллельного анализа зависит от времени установления колебаний и резонаторах, (время съема показаний с резонаторов обычно невелико).

Следующей характеристикой анализаторов спектра является полоса анализируемых частот. Она указывает частотный диапазон сигналов, которые могут исследоваться данным анализатором спектра. Для увеличения полосы анализируемых частот анализаторы спектра выполняют многодиапазонными. В анализаторах спектра обычно имеется возможность исследовать сигналы не во всем диапазоне, а в части его, называемой полосой обзора, что позволяет повысить точность анализа сигналов.

2.3.2. Структурные схемы анализаторов спектра

Структурная схема анализатора последовательного типа приведена на рис. 2.23.

Рис. 2.23. Структурная схема анализатора последовательного типа

Входной сигналU поступает на входное устройство1 анализатора, где усиливается усилителем или ослабляется аттенюатором до нужного значения и поступает на смеситель2. Смеситель перемножает входной сигнал и сигнал гетеродина6, частота, которого изменяется по линейному закону с помощью модулятора7. На выходе смесителя ставится резонатор3,выделяющий сигналы суммарной или разностной частоты гетеродина и входного сигнала.

С резонатора сигнал поступает на детектор4, далее на широкополосный усилитель5 и индикатор9, выполняемый обычно на электронно-лучевой трубке. Одновременно с изменением частоты гетеродина луч отклоняется по горизонтали, для чего напряжение модулятора подается на усилитель горизонтального отклонения8. Перестраиваемый по частоте гетеродин анализатора должен иметь широкий диапазон изменения частоты, стабильность диапазона частот и амплитуды, линейность модуляционной характеристики, малую паразитную амплитудную модуляцию, малые искажения формы кривой

На рис. 2.24 представлена структурная схема анализатора, отличающаяся от структурной схемы, изображенной на рис. 2.23, наличием частотного детектора, преобразующего частоту гетеродина в напряжение постоянного тока.

Рис. 2.24. Структурная схема анализатора с частотным детектором:

1 – входное устройство, 2 – смеситель, 3 – резонатор, 4 – детектор,

5 –  широкополосный усилитель,  6 – гетеродин, 7 – модулятор, 8 – усилитель горизонтального отклонения, 9– индикатор, 10 – частотный детектор

Рис. 2.25. Структурная схема анализатора с двумя гетеродинами:

1 – входное устройство; 2 – второй смеситель; 3 – резонатор; 4 – детектор; 5 –широкополосный усилитель;   6 – второй гетеродин;  7 – модулятор;  8 – усилитель горизонтального отклонения; 9 – индикатор;  10 – первый смеситель;  11 – усилитель промежуточной частоты; 12 – первый гетеродин

Рис. 2.26. Структурная схема анализатора параллельного типа

Исследуемый сигнал после входного устройства1 поступает нап резонаторов2i,…,2n. Напряжение с резонаторов после прохождения через детектор3 фиксируется регистрирующим устройством4. В автоматическом варианте параллельного анализатора вместо переключателя устанавливается коммутатор. Синхронно с переключением каналов изменяется развертка регистрирующего прибора. Кроме рассмотренных последовательных и параллельных анализаторов спектра существуют комбинированные, одна из возможных схем которых приведена на рис. 2.27.

Рис. 2.27. Структурная схема автоматического анализатора параллельного типа

В этой схеме анализируемый сигнал после входного устройства1 поступает на смеситель2. Смешанный с напряжением гетеродина7 сигнал промежуточной частоты анализируется и резонаторами3i,…,3n. Выходное напряжение с резонаторов проходит через коммутатор4 и детектор5 на регистрирующее устройство6. Развертывающее устройство последнего синхронизируется с работой коммутатора и модулятора8, который изменяет частоту гетеродина по определенному закону. Комбинированные анализаторы позволяют использовать быстродействие параллельного и простоту схемы последовательного анализаторов.

Рассмотрим структурную схему анализатора без резонаторов (Рис. 2.28),  которая реализует выражение(2.33). Исследуемый сигнал после входного устройства7, поступает на два переумножителя3, в одном из которых умножается наsinωt, а в другом наcosωt.  Синусно-косинусные напряжения вырабатываются генератором2. С выхода переемножителей напряжения подаются на интеграторы4, на выходе которых через времяtИ получим напряжения, пропорциональные синусной и косинусной составляющим спектра.

Рис. 2.28. Структурная схема анализатора без резонаторов

,                                  (2.43)

.                                            (2.44)

Далее эти величины возводятся в квадрат квадратурами5 и суммируются в сумматоре6. После извлечения корня устройством7 получаем

.                                              (2.45)

При  идеальности  всех устройств  в схемы  имеем  идеальный анализатор с бесконечной разрешающей способностью (приtИ→ ∞)Предположим, что интегратор замененRC-фильтром с постоянной времени τ =RC. Коэффициент передачи фильтра

.                                                 (2.46)

Пусть входной сигнал

,                                                   (2.47)

тогда напряжения  на выходе переумножителей

,                              (2.48)

.                          (2.49)

Если принять   ω ≈ ωr то  на  выходеRC-фильтра  напряжение  суммарной  частоты (ω + ωr) будет значительно меньше напряжения разностной частоты. Поэтому можно написать, что

,                                                   (2.50)

.                                                         (2.51)

После возведения в квадрат, суммирования и извлечения корня получаем

.                                       (2.52)

Это выражение подобно выражению для простого колебательного контура. В качестве таких генераторов используютLC-генераторы,RC-генераторы и релаксационные. У релаксационных генераторов можно получить хорошую линейность модуляционной характеристики.

Рис. 2.29. Структурная схема генератора качающейся частоты с обратной связью

Для получения синусоидальной формы кривой на их выходе ставится фильтр нижних частот.

В ИАЧХ эти генераторы не распространены в связи со сложностью получения широкой полосы качания частот при синусоидальной форме выходного напряжения. Рассмотрим способы улучшения линейности модуляционной характеристики ИАЧХ.

Другим способом является использование отрицательной обратной связи. В качестве звена обратной связи применен частотный детектор ЧД. Так как характеристики этой схемы определяются в основном звеном обратной связи, то к частотному детектору предъявляются жесткие требования: он должен обладать высокой стабильностью и хорошей линейностью в диапазоне качания частоты.

Структурная схема ИГ немодулированных синусоидальных колебаний представлена на рис. 2.32:

      Рис. 2.32. Структурная схема ИГ немодулированных синусоидальных колебаний

Эта схема содержит следующие узлы:

ВК – возбудитель колебании (задающий генератор), определяющий все частотные свойства и отчасти коэффициент гармоник;

УМ1 – усилитель мощности, определяющий уровень максимальной мощности выходного сигнала и частично коэффициент гармоник;

РУ1 – плавный регулятор уровня входного сигнала;

ВУ – выходное устройство, содержащей калиброванный ступенчатой регулятор уровняРУ2, симметрирующий трансформатор и переключатель входного сопротивления;

ИВ– индикатор выхода, измеряющий значение уровня сигнала на выходеРУ2.

Основные свойства ИГСК определяются видомВК. По видуВК различают следующие типы ИГСК:LC,RC, на биениях, включающие ИГ с диапазонно-кварцевой стабилизации, синтезаторы частот.




Возможно эти работы будут Вам интересны.

1. Цифровые измерительные устройства

2. Преобразование формы и спектра сигналов безынерционным нелинейным элементом

3. Устройства приема и обработки сигналов

4. Радиоприемные устройства (РПУ): шпаргалка

5. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

6. Преобразование Фурье

7. Преобразование треугольника в эквивалентную звезду

8. Разработка измерительных каналов АСУ ТП

9. Метрологическое обеспечение измерительных каналов

10. Изучение измерительных приборов электродинамической системы