Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 [ 150 ] 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166

Цифровой амплитудный модулометр

Коэффициент модуляции

<M = (tn,ax-fn.in)/(f™x+f/™n)

является важнейшей характеристикой амплитудно-моаулированиых сигналов. Амплитудно-модулированнын сигнал описывается следующим выражением:

fW = f„n.axO+<„ sin fiOsincD/,

где со - частота несущего сигнала; f/ - амплитуда несущего сигнала; Q - частота модулирующего сигнала.

Структура и временная диаграмма цифрового амплитудного модулометра представлена на рис. 11.20. Амплитудно-модулированиый сигнал через входное устройство ВУ поступает на АЦП. Блок управления СО управляет работой АЦП, синхронизирует АЦП с частотой несущего сигнала таким образом, что АЦП измеряет все максимальные значения несущего сигнала. В микропроцессоре методом непрерывного сравнения выходных кодов АЦП определяются максимальные и минимальные числовые значения амплитудно-модулированного сигнала тах min затем искомое значение коэффициента модуляции

= (Лшах - V™„)/(A„„, + ViJ.

Отечественной промышленностью выпускается цифровой модулометр ЦИМ-002, у которого пределы измерения К = 0,1...100 %, ступень квантования д= = 0,001 % в диапазоне 0,1...1 %, частота несущей 3,2 кГц ± 32 Гц, частота огибающей 80 Гц ± 0,8 Гц.

Цифровые анализаторы спектра

Высокие технические характеристики современных интегральных АЦП, ЦАП, ключей, перемножителей сигналов и микропроцессоров создали возможно- сти для дальнейшего совершенствования анализаторов спектра и последовательного и параллельного, действия.

В последовательных широкополосных анализаторах спектра АЦП применяются для измерения ординат и частоты, а микропроцессоры - для определения методом цифровой обработки спектральной плотности и других характеристик сигнала, а также для автоматизации процедуры измерения.

Отечественной промышленностью выпускается широкополосный, программируемый микропроцессорный цифровой анализатор спектра последовательного действия С 4-82 для частот 300 Гц...1500Мгц, динамический диапазон по уровню сигнала 70 дБ, пределы измеряемых напряжений 1 мкВ...З В, при погрешности 10 %, погрешность измерения частоты (10~/л:+ 2 Гц).

В параллельных анализаторах спектра звукового и инфразвукового диапазонов частот АЦП, микропроцессоры и другие интегральные элементы применяются длядаскретизации и квантования сигнала на входе, вычисления ординат спектральной плотности, различных сложных характеристик на основе прямого и обратного быстрого преобразований Фурье (БПФ).

Рис. 11.20. Структура (о) и временная диаграмма {б) цифрового амплитудного модулометра.

8862001842��78



Отечественный цифровой вычислительный низкочастотный анализатор спектра параллельного действия на основе БПФ типа СК 4-72/2 имеет диапазон частот 0,05 Гц...20 кГц, который перекрывается девятью поддиапазонами: 0,05...2; 0,5...20; 1,2...50; 5...200; 12...500; 50...2000; 125...5000 и 500...20000Гц, пределы входного напряжения от 0,08 до 8 В; погрешность определения частоты по экрану индикатора при помощи яркостной метки не более ± 1 %, погрешность измерения амплитуды с помощью цифрового индикатора 4 %. Предусмотрены возможности измерения отношения амплитуд сигнала, измерения площади спектра, определение средних значений и других характеристик сигнала.

Примером параллельного цифрового анализатора спектра на основе использования цифровых фильтров может также служить цифровой анализатор спектра фирмы Брюль и Кьер типа 2131. Анализатор 2131 работает в двух режимах третьоктавного анализа при 42 каналах с центральными частотами от 1,6 Гц до 20 кГц и октав ного анализа при 14 каналах с центральными частотами от 2 Гц до 16 кГц. АЦП анализатора с частотой дискретизации 66 667 Гц = = 1/Тд выдает цифровые данные Хд, {кТ) в двенадцатиразрядном двоичном коде на вход цифрового фильтра, на выходе которого получают дискретную последовательность цифровых данных X (кТ последовательно по каждому каналу цифрового фильтра. Эти цифровые данные возводятся в квацрат, осред-ияются, подвергаются операциям линейно-логарифмического преобразования и извлечения квадратного корня, а затем подаются на в.ход блока индикации. На блоке индикации, выполненном на электронно-лучевой трубке, изображается третьоктавный или октавный спектр входного сигнала (в децибелах) по каждому из каналов при указании центральной частоты (в герцах) и ее уровня. В приборе 2131 возможна реализация усреднения двух видов: в течение заданного времени в пределах от 1/32 с до 128 с и экспоненциального текущего осреднения при заданной относительной погрешности

с

Предусмотрен выход на двухкоординатный самописец с временем регистрации спектра 45...60 с.

Большими информационными возможностями по временным, частотным и корреляционным характеристикам обладают двухканальные широкополосные анализаторы сигналов типов 2032 и 2034, с помощью которых возможно определение свыше тридцати различных сложных характеристик сигналов и звеньев.

Глава 12

ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПОВЕРКИ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

В области проектирования аналоговых средств измерения, серийное производство которых было начато в начале нынешнего века, накоплен большой опыт, изложенный в целом ряде монографий и учебников как в отечественной, так и в иностранной литературе [17, 37, 46, 49, 51]. Серийное производство цифровых измерительных приборов было начато в конце 50-х годов. В области проектирования ЦИП, основанной на использовании ряда смежных областей знания, в частности вычислительной техники и электроники, происходит интенсивный процесс накопления знаний и опыта, который будет завершен методиками программного проектирования различных типов ЦИП на базе широкого применения микропроцессоров, управляемых функциональных преобразователей, управляемых элементов памяти и стандартных, интерфейсов.

В настоящей главе изложены начальные основы проектирования цифровых измерительных приборов в виде основных принципов проектирования средств



измерений, основ синтеза цифровых автоматов ЦИП, последовательностей расчета основных типов ЦИП, особенностей применения в ЦИП микропроцессоров и описания интерфейсов цифровых измерительных приборов.

12.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИНЫ СОЗДАНИЯ НОВЫХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

При создании новых сложных средств измерительной техники разработчики руководствуются основными положениями метрологии, тебретических основ данной области техники, теории автоматического регулирования, теории связи, теории систем и опытом, накопленным в области проектирования средств измерения. Совокупность знаний, используемых при создании новых средств измерений, стала настолько обширной, что требует своего логического упорядочения. Одной из форм логического упорядочения является формулирование основных положений или принципов в данной области знаний. На основе накопленного опыта проектирования, обобщенного в соответствующих государственных стандартах, и специфики средств измерений можно сформулировать следующие основные принципы создания новых средств измерительной техники, на применение которых в настоящее время в большей или меньшей степени основывается проектирование средств измерений.

Принцип информативности - гомоморфность представления данного свойства объекта выходным сигналом средства измерения. Информативность характеризуется точностью, быстродействием и чувствительностью средств измерений. Эти характеристики для средств измерения электрических и магнитных величин устанавливаются техническим заданием на СИ и техническими условиями согласно ГОСТ 22261-82 и ГОСТ 14014-82 и обеспечиваются соответствующими структурными, функциональными и метрологическими анализами и расчетами. Разработаны многочисленные методы, обеспечивающие возможность реализации заданной экономически целесообразной информативности средств измерений. К ним относятся: методы измерений (см. п. 1.3), методы измерительных преобразований, методы повышения точности измерений, методы воспроизведения величин с заданными размерами (см. п. 1.2), методы индикации и т. д.

Принцип инвариантности - неподверженность результата измерительного преобразования воздействию изменений влияющих факторов: внешних воздействующих величин, внутренних параметров средства измерения и неинформативных параметров входного сигнала средства измерения.

Все более сложные методы коррекции реализуются в настоящее время программно на основе использования микропроцессоров.

Принцип ненарушения естественного функционирования объекта исследования - минимальность воздействия средств измерения на объект исследования. На основе принципа ненарушеиия объекта разработаны методы измерительных преобразований, обеспечивающие минимальные энергетические, физические, химические и иные обратные воздействия средства измерения на объект. Примером таких методов могут служить бесконтактные методы измерения температуры и др.

Принцип многофункциональности - экономически целесообразная максимальная универсальность средства измерения, устанавливает целесообразность реализации таких средств измерений, при помощи которых можно было бы решать наибольшее число измерительных задач в данной области техники.

Реализация принципа многофункциональности основывается на использовании микропроцессоров, обеспечивающих- средствам измерений универсальность обработкой результатов измерений.

Принцип агрегативности - взаимоспрягаемость средств измерений между собой и другими техническими средствами. Принцип агрегативности устанавливается Государственной системой приборов (ГОСТ 13003-67 и ГОСТ 13418- 79 Е). Этрт принцип обеспечивает возможность совместного системного использования средств измерений и других устройств в автономных измерительных системах, в агрегатированных комплексных средствах измерений определенной группы измеряемых величин, в измерительно-вычислительных комплексах, создаваемых не путем индивидуального проектирования, а путем проектной компоновки по заранее составленным техническим нормативам и методическим





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 [ 150 ] 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166