Радиоизмерения. Метрология и радиоизмерения
 Скачать 3.68 Mb.
|
|
РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ ............ 4 Глава 1. Основы обеспечения единства измерений ............................. 4 1.1. История развития метрологии .............................................................. 4 1.2. Роль отечественных учёных в развитии метрологии ......................... 9 1.3. Понятие об измерении ........................................................................... 13 1.4. Связь измерений с познанием окружающего объективного мира ... 15 1.5. Определение измерения ........................................................................ 20 1.6. Роль измерений в науке и технике ....................................................... 26 1.7. Понятие метрологического обеспечения ............................................ 30 1.8. Система обеспечения единства измерений ......................................... 31 1.9. Структура и функции государственной метрологической службы и метрологических служб организаций ............................................... 37 1.10. Государственная поверочная служба ................................................. 41 1.11. Средства измерений. Классификация средств измерений ............... 44 1.12. Обобщённая классификация радиоизмерительных приборов. Система обозначений радиоизмерительных приборов ...................... 50 1.13. Общие характеристики измерительных приборов ........................... 57 1.14. Проблемы радиоизмерительной техники .......................................... 65 Контрольные вопросы .................................................................................. 70 Глава 2. Основы теории погрешностей .................................................. 71 2.1. Погрешности измерений ....................................................................... 71 2.1.1. Понятие погрешности измерений ............................................. 71 2.1.2. Классификация погрешностей .................................................. 72 2.2. Статистическая теория погрешностей измерения .............................. 79 2.2.1. Методы описания погрешностей. Законы распределения ...... 79 2.2.1.1. Нормальный закон распределения ............................... 80 2.2.1.2. Равномерный закон распределения ............................. 83 2.2.1.3. Распределение Стьюдента ............................................ 84 2.2.2. Среднеквадратичная погрешность ............................................ 85 2.2.3. Среднеквадратические погрешности среднеарифметического значения результата измерения ...... 86 2.2.4. Оценка, соответствующая центру рассеяния ........................... 86 2.2.5. Медианная оценка ....................................................................... 88 2.2.6. Эффективные оценки истинного значения измеряемой величины для различных законов распределения погрешности ................................................................................ 89 Оглавление 501 2.2.6.1. Оценка истинного значения измеряемой величины при нормальном законе распределения погрешностей .......... 89 2.2.6.2. Эффективная оценка истинного значения измеряемой величины при распределениях, отличающихся от нормального ............................................................................ 94 2.2.7. Оценка среднеквадратической погрешности ........................... 95 2.2.8. Доверительная погрешность ...................................................... 98 2.2.9. Оценка погрешности при малом числе измерений ................. 101 2.2.10. Обнаружение промахов ............................................................ 102 2.2.11. Критерий Романовского ........................................................... 106 2.2.12. Статистическая обработка результатов многократных измерений ......................................................... 106 2.2.13. Обработка неравноточных измерений .................................... 107 2.2.13.1. Проверка гипотезы о неравноточности результатов наблюдений ............................................................ 108 2.2.13.2. Анализ однородности средних арифметических значений ......................................................... 108 2.2.13.3. Проверка однородности дисперсий ........................... 109 2.2.13.4. Определение доверительного интервала оценок среднеквадратичного отклонения ............................................. 113 2.2.14. Определение законов распределения. Критерии согласия ... 114 2.2.14.1. Критерий Пирсона ....................................................... 114 2.2.14.2. Проверка нормальности распределения по составному критерию d ........................................................ 119 2.2.14.3. Критерий Колмогорова ............................................... 121 2.2.15. Погрешности косвенных измерений ....................................... 123 2.2.15.1. Систематические погрешности косвенных измерений ................................................................. 123 2.2.15.2. Систематические погрешности косвенных измерений ................................................................. 124 2.2.15.3. Суммирование составляющих погрешности измерения ..................................................................................... 127 2.2.16. Вычисление погрешности косвенных измерений методом статистического моделирования ............................................... 130 2.3. Представление результатов измерений по ГОСТ 8011–72 ................ 132 Контрольные вопросы .................................................................................. 137 РАЗДЕЛ 2. ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА ......................................... 138 Глава 3. Электромеханические измерительные преобразователи. Принципы построения ............................................................... 138 3.1. Общие сведения об электромеханических преобразователях ........... 138 Оглавление 502 3.2. Магнитоэлектрические измерительные преобразователи. Области применения .............................................................................. 142 3.3. Электромагнитные измерительные преобразователи. Области применения .............................................................................. 146 3.4. Электродинамические измерительные преобразователи. Области применения .............................................................................. 148 3.5. Электростатические измерительные преобразователи. Области применения .............................................................................. 150 3.6. Логометрические преобразователи ...................................................... 154 3.7. Расширение пределов измерения тока и напряжения ........................ 155 3.8. Метрологические характеристики электромеханических преобразователей ................................................................................... 159 Контрольные вопросы .................................................................................. 162 Глава 4. Измерение напряжений ............................................................. 163 4.1. Значения измеряемых напряжений: амплитудное, среднее, среднеквадратическое, средневыпрямленное ..................................... 163 4.2. Стрелочные вольтметры ........................................................................ 164 4.2.1. Классификация, структурная схема. Основные узлы ............. 164 4.2.2. Преобразователи электронных вольтметров ........................... 167 4.2.2.1. Пиковый детектор .......................................................... 167 4.2.2.2. Детектор средневыпрямленного значения .................. 170 4.2.2.3. Квадратичный детектор ................................................ 172 4.2.3. Термоэлектрические преобразователи ..................................... 173 4.2.4. Усилители .................................................................................... 175 4.2.5. Зависимость показаний вольтметров от формы измеряемого напряжения ........................................................... 178 4.2.6. Погрешности стрелочных вольтметров на низких и высоких частотах ..................................................................... 180 4.3. Цифровые вольтметры .......................................................................... 183 4.3.1. Классификация цифровых вольтметров постоянного напряжения .................................................................................. 183 4.3.2. Цифровые вольтметры с временным преобразованием ......... 184 4.3.3. Интегрирующие цифровые вольтметры .................................. 189 4.3.4. Цифровые вольтметры с частотным преобразованием ........... 192 4.3.5. Принципы построения цифровых вольтметров с весовым усреднением .............................................................. 194 4.3.6. Цифровые вольтметры уравновешивающего преобразования ........................................................................... 200 4.4. Особенности цифровых вольтметров переменного напряжения ..... 203 4.5. Погрешности цифровых вольтметров ................................................. 206 Контрольные вопросы .................................................................................. 209 Оглавление 503 Глава 5. Измерение временных интервалов ......................................... 210 5.1. Общие сведения об измерении временны́х интервалов ..................... 210 5.2. Цифровое измерение временны́х интервалов ..................................... 211 5.2.1. Структурная схема цифрового измерителя временны́х интервалов ................................................................................... 211 5.2.2. Погрешности цифрового метода измерения временны́х интервалов ................................................................................... 213 5.2.3. Методы уменьшения погрешности дискретности ................... 216 5.2.3.1. Метод статистического усреднения ............................. 217 5.2.3.2. Метод корреляционного усреднения ........................... 218 5.2.3.3. Метод рандомизации ..................................................... 219 5.3. Метод задержанных совпадений .......................................................... 223 5.4. Метод преобразования время – амплитуда ......................................... 224 5.5. Метод преобразования масштаба времени ......................................... 226 5.6. Нониусный метод измерения временны́х интервалов ....................... 227 Контрольные вопросы .................................................................................. 229 Глава 6. Измерение частоты ..................................................................... 231 6.1. Определение мгновенной и средней частоты ..................................... 231 6.2. Классификация методов измерения частоты ...................................... 232 6.2.1. Метод заряда – разряда ёмкости ................................................ 232 6.2.2. Резонансный метод ..................................................................... 234 6.2.3. Метод нулевых биений ............................................................... 237 6.2.4. Методы сравнения ....................................................................... 240 6.2.4.1. Гетеродинный метод измерения частоты .................... 240 6.2.4.2. Осциллографические методы измерения частоты сигналов ......................................................................... 242 6.2.5. Оптимальный алгоритм цифрового измерения частоты ......... 244 6.2.6. Метод дискретного счёта (цифровое измерение частоты) ..... 244 6.2.7. Структурная схема частотомера. Погрешности измерения. Возможности цифрового частотомера ..................................... 245 6.2.8. Новые идеи повышения точности цифрового измерения частоты ...................................................................... 253 6.2.9. Измерение нестабильности частоты ......................................... 255 6.2.10. Особенности применения микропроцессоров в цифровых измерителях частоты ................................................................ 257 Контрольные вопросы .................................................................................. 266 Глава 7. Измерение фазового сдвига....................................................... 267 7.1. Общие сведения об измерении фазового сдвига ................................ 267 7.2. Классификация методов измерения фазового сдвига ........................ 268 7.3. Аналоговые фазометры ......................................................................... 268 Оглавление 504 7.3.1. Обобщённая структурная схема аналогового фазометра ....... 268 7.3.2. Осциллографические методы измерения фазы ........................ 270 7.3.3. Компенсационные фазометры ................................................... 274 7.3.4. Стрелочные фазометры .............................................................. 276 7.4. Цифровые фазометры ............................................................................ 278 7.4.1. Общие сведения о цифровых фазометрах ................................ 278 7.4.2. Цифровые фазометры с преобразованием фазовый сдвиг – напряжение ..................................................... 279 7.4.3. Цифровые фазометры компенсационные ................................. 280 7.4.4. Ортогональные цифровые фазометры ...................................... 283 7.5. Фазометры с преобразованием частоты .............................................. 286 7.5.1. Гетеродинные фазометры ........................................................... 286 7.5.2. Стробоскопические фазометры ................................................. 287 7.6. Особенности применения микропроцессоров в цифровых фазометрах ........................................................................ 288 7.7. Характеристики современных фазометров ......................................... 290 Контрольные вопросы .................................................................................. 294 Глава 8. Измерение спектров.................................................................... 295 8.1. Общие сведения об измерении спектра ............................................... 295 8.2. Методы измерения спектров ................................................................. 296 8.3. Структурные схемы анализаторов ....................................................... 298 8.3.1. Анализаторы спектра параллельного действия ....................... 298 8.3.2. Анализаторы спектра последовательного действия ................ 300 8.3.3. Цифровые анализаторы спектра ................................................ 304 8.4. Основные характеристики анализаторов ............................................ 306 Контрольные вопросы .................................................................................. 311 Глава 9. Электронно-лучевые осциллографы ...................................... 312 9.1. Назначение и классификация электронно-лучевых осциллографов. Области применения.................................................. 312 9.2. Обобщённая структурная схема осциллографа .................................. 314 9.3. Виды развёрток. Параметры развёртывающих напряжений ............. 318 9.3.1. Линейная непрерывная развёртка ............................................. 318 9.3.2. Линейная ждущая развёртка ...................................................... 319 9.3.3. Синусоидальная развёртка ......................................................... 321 9.3.4. Круговая развёртка ...................................................................... 322 9.3.5. Спиральная развёртка ................................................................. 323 9.4. Многоканальные и многолучевые осциллографы .............................. 324 9.5. Особенности построения осциллографов для наблюдения наносекундных импульсов и сигналов диапазона СВЧ ..................... 326 9.6. Скоростные осциллографы ................................................................... 327 Оглавление 505 9.7. Стробоскопические осциллографы ...................................................... 330 9.8. Цифровые запоминающие осциллографы ........................................... 333 9.9. Характеристики современных осциллографов ................................... 336 Контрольные вопросы .................................................................................. 346 Глава 10. Измерение параметров модулированных сигналов .......... 348 10.1. Параметры модулированных сигналов ............................................. 348 10.2. Методы измерения коэффициента амплитудной модуляции ........ 351 10.3. Методы измерения девиации частоты ............................................... 357 Контрольные вопросы .................................................................................. 360 Глава 11. Измерительные генераторы ................................................... 361 11.1. Назначение, классификация, основные требования ......................... 361 11.2. Генераторы низких частот ................................................................. 363 11.2.1. Назначение генераторов низкочастотных .............................. 363 11.2.2. Метрологические параметры генераторов измерительных низкочастотных ............................................... 363 11.2.3. Классы точности генераторов .................................................. 364 11.2.4. Разновидности генераторов измерительных низкочастотных ........................................................................... 365 11.2.4.1. RС-генераторы .............................................................. 365 11.2.4.2. Генераторы на биениях ............................................... 371 11.2.4.3. Генераторы с диапазонно-кварцевой стабилизацией ............................................................................. 372 11.3. Генераторы инфранизких частот ....................................................... 373 11.4. Генераторы высоких частот ............................................................... 375 11.4.1. Назначение генераторов высокочастотных ............................ 375 11.4.2. Группы генераторов высокочастотных .................................. 375 11.4.3. Параметры генераторов высокочастотных ............................ 376 11.4.4. Классы точности генераторов высокочастотных .................. 376 11.4.5.Генераторы радиовещательного диапазона ........................... 377 11.4.6.Генераторы метрового и дециметрового диапазонов ........... 383 11.4.7.Генераторы СВЧ-диапазона ..................................................... 385 11.4.8. Генераторы сигналов высокочастотные цифровые ............... 390 11.5. Шумовые генераторы ......................................................................... 401 11.5.1. Общие сведения о шумовых генераторах .............................. 401 11.5.2. Источники теплового шума ..................................................... 402 11.6. Синтезаторы частоты .......................................................................... 406 11.6.1. Классификация синтезаторов частот сигналов ...................... 406 11.6.2. Способ синтеза частот .............................................................. 407 11.6.3. Структурное построение синтезаторов частоты .................... 408 Контрольные вопросы .................................................................................. 411 |