Метрология, стандартизация и управление качеством

 

 

Новосибирск-2001

 

Исследование методов измерения частоты и временных интервалов. – Методические указания к лабораторной работе №4 по курсу «Метрология, стандартизация и управление качеством»/ И.Н. Запасный, В.И. Сметанин.

 

В указаниях обучающимся предложены экспериментальные задачи, решение которых позволит ознакомиться с основными методами измерения частоты электрических сигналов и временных интервалов, применяемых в телекоммуникационных системах.

В процессе решения этих задач они получат практические навыки работы с измерительными генераторами, электронными осциллографами и цифровыми частотомерами, освоят методики обработки результатов экспериментальных исследований и оценки неопределенности измерений.

Предназначено для студентов специальностей 200700, 200900, 201000, 201100, …… …..

 

 

Кафедра ПДС и М.

Таблиц …, иллюстраций …, библиография 8 названий.

 

 

Рецензент дтн, проф. Горлов Н.И.

 

Утверждено РИС СибГУТИ в качестве методических указаний.

 

ã Сибирский государственный

университет телекоммуника-

ций и информатики, 2001 г.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

1.1. Освоить методы измерения частоты и интервалов времени.

1.2. Приобрести практические навыки работы с цифровыми частотомерами, измерительными генераторами, электронным осциллографом.

1.3. Получить практические навыки обработки результатов измерения частоты и интервалов времени, оценки неопределенности результатов измерений и их оформление.

 

СОСТАВ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

 

Лабораторная установка содержит универсальный осциллограф, частотомеры, генераторы гармонических колебаний, макет фазосдвигающей цепи, разветвители.

 

ПРОГРАММА ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

3.1 Измерение частоты сигналов методом дискретного счета.

3.1.1 Измерение частоты источника гармонических колебаний с помощью цифрового частотомера.

3.1.2 Измерение периода гармонических колебаний с помощью цифрового частотомера.

3.2 Измерение частоты и периода исследуемых сигналов осциллографическими методами.

3.2.1 Метод линейной развертки.

3.2.2 Метод синусоидальной развертки.

3.2.3 Метод круговой развертки.

3.3 Сравнительный анализ характеристик исследованных методов измерения частоты и временных интервалов.

 

4 ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

(Домашнее задание)

 

Изучение теории

В процессе подготовки к лабораторной работе студент должен:

- усвоить теоретические сведения (см. разд. 8);

- ознакомиться с составом лабораторной установки;

- усвоить принцип действия измерительных приборов, применяемых в работе;

- ознакомиться с метрологическими характеристиками приборов;

- знать цель работы и порядок ее выполнения;

- знать ответы на контрольные вопросы;

- решить три измерительные задачи (см. п.4.2).

4.2 Расчетно-графические материалы

При допуске к лабораторной работе каждый из студентов должен представить заготовку отчета. Заготовка отчета обязательно должна содержать:

- формулировку цели работы;

- программу лабораторной работы;

- метрологические характеристики применяемых приборов (смотри таблицу 4.1);

- таблицы для записи результатов наблюдений и их обработки для каждого пункта задания;

- электрические схемы соединений измерительных приборов и макетов для каждого пункта задания, выполненные в соответствии с требованиями ГОСТов группы Т-52;

- расчетные формулы для обработки результатов наблюдений и измерений и оценки неопределенности измерений в каждом пункте задания.

 

Таблица 4.1

Метрологические характеристики применяемых приборов

№№	Наименование Приборов	Тип приборов	Основные метрологические Характеристики

 

Примечание: в графу «Метрологические характеристики» табл. 4.1 следует включать всю информацию, необходимую для выполнения работы, проведения расчетов, оценки неопределенностей и выводов по работе.

 

4.3 Задачи для контроля самостоятельной работы

Решение предложенных измерительных задач необходимо привести в заготовке отчета до начала занятия.

ЗАДАЧА 1. Определить частоты ( или ), абсолютную и относительную неопределенности и форму сигналов на входах «Х» и «Y» осциллографа, если на его экране наблюдают фигуру, показанную в таблице 4.2, а частота сигнала и его абсолютная неопределенность на одном из входов осциллографа соответствует таблице 4.3.

 

Таблица 4.2

Фигуры Лиссажу к задаче 1

Последняя цифра номера студенческого билета

 

 

Таблица 4.3

Значение частоты и ее абсолютной неопределенности к задаче 1

Вид Параметра	Предпоследняя цифра номера студенческого билета
, Гц		?		?		?		?		?
, Гц	?		?		?		?		?
, Гц

 

Где знак «?» -частота или , значение которой нужно найти.

ЗАДАЧА 2. Определить показания периодомера (градуировка в миллисекундах), абсолютную и относительную неопределенности дискретности измерения периода и число импульсов, накопленное в электронном счетчике цифрового периодомера при измерении периода сигнала, частота которого указана в таблице 4.4, если частота следования счетных импульсов и коэффициент деления делителя частоты исследуемого сигнала (множитель периода) в периодомере соответствуют.

Таблица 4.4

Частота исследуемого сигнала к задаче 2

Вид Параметра	Последняя цифра номера студенческого билета

Таблица 4.5

Частота следования счетных импульсов и коэффициент деления делителя частоты к задаче 2.

Вид параметра	Предпоследняя цифра номера студенческого билета
, МГц	0,1	1,0			0,01	0,1	1,0			0,01

 

ЗАДАЧА 3. Известны: показание частотомера; частота и относительная нестабильность частоты опорного кварцевого генератора (см. таблицу 4.6). Выполнить задание, указанное в таблице 4.7.

Таблица 4.6

Показание частотомера и нестабильность частоты к задаче 3

Предпоследняя цифра номера студенческого билета	Показание частотомера		Частота опорного генератора, МГц
	00001,450 кГц	2×
	01286,752 кГц	3×
	000358,12 кГц	5×
	003410,09 Гц
	0025009,1 кГц
	2480,0001 кГц	5×
	0000,0200 кГц	5×
	4000,0500 кГц
	0008125,0 Гц	2×
	00025800 Гц	4×

 

Таблица 4.7

Задание к задаче 3

Последняя цифра номера студенческого билета	З а д а н и е
0; 5	Определить абсолютную и относительную неопределенности измерения частоты и периода
1; 6	Определить число импульсов, поступивших на вход электронного счетчика в процессе измерения
2; 7	Определить интервал времени, в течение которого был открыт электронный ключ в процессе измерения
3; 8	Определить абсолютную и относительную неопределенности дискретности измерения частоты
4; 9	Определить коэффициент деления делителя частоты опорного генератора в частотомере при получении показания

 

5 Вопросы для контроля подготовки студентов к выполнению

лабораторной работы

 

1. Охарактеризуйте преимущества и недостатки известных Вам аналоговых методов измерения частоты.

2. Охарактеризуйте преимущества и недостатки известных Вам цифровых методов измерения частоты.

3. Охарактеризуйте точность и источники неопределенностей метода синусоидальной развертки.

4. Охарактеризуйте точность и укажите источники неопределенностей метода дискретного счета.

5. Охарактеризуйте точность и укажите источники неопределенностей метода круговой развертки.

6. Охарактеризуйте точность и укажите источники неопределенностей цифрового частотомера в режиме измерения частоты.

7. Охарактеризуйте точность и назовите источники неопределенностей измерения частоты и интервалов времени методами линейной развертки.

8. Охарактеризуйте точность и укажите источники неопределенностей цифрового частотомера в режиме измерения интервалов времени.

9. Постройте фигуру Лиссажу, соответствующую случаю, когда на входы осциллографа поданы сигналы одинаковой частоты, причем сигнал на входе Y опережает на сигнал на входе X.

10. Объясните принцип работы частотомера в режиме измерения частоты.

11. Какой вид должна иметь осциллограмма в методе круговой развертки для случая .

12. Объясните принцип работы частотомера в режиме измерения интервала времени.

13. Какой вид должна иметь осциллограмма в методе калибратора длительности для случая . Объясните ее получение.

14. Обоснуйте выбор режима работы частотомера (измерение частоты или измерение периода) в зависимости от значения измеряемой частоты.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

6.1 Исследование неопределенности измерения частоты и периода цифровым частотомером

6.1.1 Соберите схему для измерения частоты гармонических колебаний источника цифровым частотомером в соответствии с разработанной при подготовке к работе электрической схемой соединений.

6.1.2 Произведите измерение частоты источника на низких (ниже 200 Гц) и высоких (выше 100 кГц) частотах в точках, заданных преподавателем, при всех значениях времени счета, которые возможно установить в частотомере. Результаты наблюдений запишите в таблицы 6.1 и 6.2.

6.1.3 Оцените абсолютную и относительную неопределенности дискретизации (квантования) измерения частоты и абсолютную и относительную неопределенности измерения частоты (таблицыа 6.1) и определенного по ней периода (таблица 6.2). Оформите результаты измерений в соответствии с нормативными документами.

Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы

в письменной форме.

Таблица 6.1

Результаты исследования неопределенности измерения частоты

цифровым частотомером.

Номер исследуемой точки	Время счета, с	Показание Частотомера, КГц	Абсолютная неопределенность дискретизации, Гц	Относительная неопределенность дискретизации, %	Абсолютная неопределенность измерения частоты, Гц	Относительная неопределенность измерения   частоты, %	Результат Измерения частоты

 

Таблица 6.2

Результаты косвенного измерения периода колебаний частотомером.

Номер исследуемой точки	Время счета, с	Показание Частотомера, КГц	Рассчитанное значение периода, мс	Абсолютная неопределенность измерения периода, мс	Относительная неопределенность измерения периода, %	1.1.1 Результат измерения периода