метрология. Анализ формы электрического сигналов электроннолучевым осциллогрофом
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Федеральное агенство связи ФГБОУ ВО <<СибГУТИ>> Кафедра ПДС и М Лабараторная работа № 3.5 По курсу: <<Метрология, стандартизация и серфитикация в инфокоммуникациях>> По теме: <<анализ формы электрического сигналов электронно-лучевым осциллогрофом>> Вариант-16 Выполнил студент группы МИ-97 Янушкевич Н.А. Проверил Яковлев А.С. Новосибирск 2021 1. Цель работы 1.1 Изучить принцип работы и структурную схему универсального электронно-лучевого осциллографа. 1.2 Получить практические навыки работы с электронно-лучевым осциллографом и измерительными генераторами. 1.3 Приобрести навыки измерения временных интервалов, напряжения, периода и частоты различных электрических сигналов с помощью электронного осциллографа. 1.4 Освоить методику оценки погрешности измерений, выполняемых с помощью осциллографа и получить навыки оформления результатов измерения в соответствии с нормативными документами. 2. Программа лабораторной работы 2.1 Ознакомление с органами управления и режимами работы электронного осциллографа. 2.2 Наблюдение формы периодических сигналов в режиме внутренней синхронизации при различных значениях коэффициента развёртки. 2.3 Измерение напряжения гармонического сигнала. 2.4 Измерение периода и частоты гармонического сигнала. 2.5 Исследование формы и фазового сдвига сигналов в двухканальном режиме. 3. Основные метрологические характеристики электронного осциллографа. [1, стр.17] Модель электронного осциллографа используется при выполнении работы № 3.5 и служит для измерения параметров и наблюдения электрических сигналов различной формы. Ниже приведены некоторые характеристики модели: диапазон частот измеряемого сигнала от 0 до 1 МГц; значения коэффициента развертки можно устанавливать ступенями в пределах от 0.1 мкс/дел до 20 мс/дел; диапазон амплитуд измеряемого сигнала от 0,05 до 2 В; значения коэффициента отклонения можно устанавливать ступенями в пределах от 0.1 В/дел до 0.5 В/дел; неравномерность переходной характеристики  =2%;основные пределы допускаемых погрешностей соответствуют нормам для осциллографа II класса. Таблица 3.1
На лицевой панели модели осциллографа расположены: кнопка (1) «СЕТЬ» для включения прибора; экран (2) электроннолучевой трубки для наблюдения исследуемого сигнала; переключатели коэффициента отклонения «В/дел.» первого (3) и второго (4) каналов;  Рис. 3.1 Внешний вид модели электронного осциллографа регуляторы перемещения луча в вертикальном направлении первого (5) и второго (6) каналов; переключатель (7) управления режимом работы каналов осциллографа «I»-«II»-«I+II»; регулятор (8) перемещения луча в горизонтальном направлении; переключатель (9) коэффициента развертки «Время/дел.» для двух каналов; переключатель (10) режима синхронизации развертки «Внутр/Внеш» для выбора синхронизации внутреннего генератора развертки ЭО либо исследуемым сигналом (в положении «Внутр») или внешним источником (в положении «Внеш»); переключатель (11) режима работы КГО «X-X/X-Y» (в положении Х-Х обеспечивается подача исследуемых сигналов на пластины Y, а напряжение генератора линейной развертки - на пластины X (режим внутренней развертки), в положении «Х-У» обеспечивается подача одного исследуемого сигнала на пластины Y, а второго исследуемого сигнала - на пластины X (режим внешней развертки)); переключатель (12) режима запуска развертки «+», «–», в положении «+» синхронизация развертки осуществляется положительным перепадом сигнала, а в положении «–» – отрицательным перепадом; регулятор (13) «Уровень» изменяет порог срабатывании устройства синхронизации; два коаксиальных входных гнезда первого (14) и второго (15) каналов. Калибратор фазовых сдвигов. [1, стр.19] Модель калибратора фазовых сдвигов используют при выполнении работы № 3.5 для формирования двух гармонических сигналов, фазовый сдвиг между которыми можно регулировать. Ниже приведены некоторые характеристики модели: диапазон воспроизводимых углов фазового сдвига от 0° до ±360° с дискретностью 10°; предел допускаемой основной абсолютной погрешности воспроизведения углов фазового сдвига не превышает значений, указанных в табл. 7.2; диапазон рабочих частот выходных напряжений от 5 Гц до 5 МГц с шагом 1-2-5 на декаду; предел допускаемой относительной погрешность установки номинальных значении частоты не более 5 х 10-2; среднеквадратическое значение выходных напряжений на нагрузке не менее 500 Ом составляет 1±0,1В; ослабление выходных напряжений устанавливается раздельно по каждому каналу в пределах от 0 дБ до 60 дБ с дискретностью 10 дБ. Таблица 3.2 Значения погрешности калибратора фазового сдвига
 Н  а лицевой панели модели калибратора фазовых сдвигов расположены: тумблер (1) «СЕТЬ» для включения прибора; три кнопки (2) «F» для установки частоты выходного сигнала; три кнопки (3) «  » для установки угла фазового сдвига (из них (слева направо) первая - для установки знака фазового сдвига, вторая - для установки разряда сотен значения угла фазового сдвига, третья - для установки разряда десятков угла фазового сдвига);два регулятора напряжения для установки напряжения на выходе соответствующего канала «Вых. 1» (4) и «Вых. 2» (5); две коаксиальных гнезда «Вых. 1» (6) и «Вых. 2» (7) - выходы гармонического сигнала первого (опорного) и второго каналов калибратора; трехразрядный цифровой индикатор (8) частоты выходного сигнала; трехразрядный цифровой индикатор (9) фазового сдвига с ценой деления младшего разряда 1°. 4. Расчетные формулы Оценка погрешности измерения напряжений. Н  а рис. 4.1 показана осциллограмма импульсного сигнала на экране ЭО. Значение напряжения сигнала находят по формуле: U = hko [1, стр.15] Следовательно, погрешность измерения этого напряжения будет определяться погрешностью коэффициента отклонения ko и погрешностью измерения линейных размеров осциллограммы h . Предел допускаемой относительной погрешность измерения напряжения  определяется соотношением:  , % [1, стр.15]где  и – относительные погрешности коэффициента отклонения и неравномерности переходной характеристики соответственно, которые берут из перечня основных метрологических характеристик осциллографа. – визуальная погрешность, определяемая точностью совмещения линии осциллограммы с делениями шкалы и погрешностью отсчета линейного размера в делениях масштабной сетки.Визуальная погрешность определяется по формуле:   , % [1, стр.16]где b – ширина (толщина) линии осциллограммы, h – линейный размер измеряемого параметра напряжения сигнала по вертикали (см. рис. 4.1). При расчетах необходимо, чтобы величины b и h были выражены в одинаковых единицах измерения. Оценка погрешности измерения временных параметров сигнала электронным осциллографом. Длительность импульса, показанного на рис. 4.1, определяют по формуле: t= lkр. [1, стр.16] Следовательно, погрешность измерения временных параметров сигнала зависит от погрешности коэффициента развертки kр и погрешности измерения линейных размеров временного интервала l. Предел допускаемой относительной погрешность измерения временных интервалов определяется соотношением:  ; %, [1, стр.16]Где  - относительная погрешность коэффициента развертки, которая указана в основных метрологических характеристиках осциллографа; - относительная погрешность, вызванная неточностью определения уровня 0,5 пикового значения сигнала: ; [1, стр.16]если углы  и  малы, то погрешностью можно пренебречь, эту погрешность также не учитывают при измерении периода сигналов; - визуальная погрешность определения временного интервала в процентах оценивается по формуле (см. рис. 7.1):  . [1, стр.16]При расчетах необходимо, чтобы величины l, b и h были выражены в одинаковых единицах измерения. Период сигнала развертки Tp должен быть равен целому числу периодов наблюдаемого сигнала Tc, то есть Tр = nTc, [1, стр.22] где n – целое число; это условие принято называть условием синхронизации; Сумма времен прямого Тпр и обратного Тобр хода луча равна периоду развертки: Tр = Tпр +Tобр. [1, стр.21] Условные обозначения.  – пиковое значение сигнала – период следования сигнала – частота сигнала – длительность импульсного сигнала, с (мс, мкс) – длительность фронта, с (мс, мкс) – длительность среза, с (мс, мкс) – линейные размеры изображения по горизонтали, дел – линейные размеры изображения по вертикали, дел – ширина луча на экране осциллографа, дел – коэффициент отклонения, В/делkР – коэффициент развертки, время/дел  – предел допускаемой относительной погрешности, % – предел допускаемой абсолютной погрешности, ед. изм.5. Задачи для контроля самостоятельной работы. Задача 1. На экране осциллографа наблюдают осциллограмму сигнала. При условиях, заданных в таблицах 2 и 3, определить: 1) пиковое значение напряжения сигнала; 2) период сигнала; 3) частоту сигнала; 4) оценить погрешности измерения этих параметров; 5) записать результаты измерений параметров в соответствии с МИ1317-2004.  Таблица 2 Данные для расчета пикового значения сигнала
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, %