Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Аппаратура для частотно-временнйх измерений образует единый комплекс приборов, обеспечивающий возможность проведения измерений с непосредственной их привязкой к Государственному эталону частоты и времени СССР. Последнее определяет принципиально высокую точность измерений. Основными видами приборов для измерения частоты и интервалов времени являются: стандарты частоты и времени; приемники сигналов эталонных частот и компараторы; преобразователи частоты сигналов; частотомеры резонансные; частотомеры,цифровые; измерители интервалов времени.
Основой для частотно-временнйх измерений служит группа стандартов частоты — высокоточных мер частоты и времени, объединяюьцая водородный, рубидиевый, цезиевый и кварцевый стандарты. Для привязки к ним практических измерений служат приемники сигналов эталонных частот, передаваемых радиостанциями Государственной службы частот и времени СССР, а также компараторы .и преобразователи частоты сигнала. Последние используют для переноса частоты или спектра измеряемого сцгнала в ту область частот, где наиболее целесообразно производить измерение. Из всего 141 комплекса аппаратуры рассмотрены лишь частотомеры и измерители интервалов времени.
В настояшее время наиболее распространены цифровые приборы, погрешность которых составляет 10-з — 10-®в. Резонансные частотомеры применяют в основном в диапазоне СВЧ. Их погрешность от ~10-з до 10-'. Рис. 71, Осниллогрнфичесни» способ измерения частоты методом сравнения: а — еетерфереапеееные фигуры (фигуры Лисеажуп б— определенна частоты ее фигурам Лиссажу Гетеродииные частотомеры практически не используют, а гетеродинное преобразование применяют для переноса частоты сигнала в область, удобную для ее измерении цифровыми приборами. Прежде чем переходить к рассмотрению частотомеров, остановимся на возможности использования для измерения частоты злектронных осциллографов.
Из всех способов измерения частоты с использованием осциллографа остановимся на способе измерения по интерференционным фигурам, называемым фигурами Ли ссажу. Измерение основано на методе сравнения неизвестной частоты 1 с известной частотой 1р, воспроизводимой мерой. При измерении генератор развертки осциллографа выключают. 11а пластины У подают одно из гармонических напряжений — исследуемое или напряжение рабочей частоты, а'на пластины Х вЂ” второе напряжение.
Для получения неподвижной фигуры необходимо регулировать частоту рабочего напряжения 1р. Неподвижные фигуры на экране (рис. 7.1) наблюда1отся при выполнении следующего соотношения: (7.1) ~ ),7р=т(п, (7.3) )Ч„7'„=Лг,Т", + ))Т . Знак поправки можно определить, изменяя значение частоты в сторону увеличения и в сторону уменьшения. Так, если изменение частоты )р — — ~, в сторону увеличения приводит к замедлению враацения илй к вращению в обратную сторону, то знак добавки в фор.муле (7.3) отрицательный, если же фигура стала вращаться быстрее, то знак положительный.
'в 7.2. Резонансные частотомеры Резонансными част отом ер а ми (волномерами) называют приборы для измерения частоты, использующие явлении электрического резонанса. В основе их действия лежит метод сравнения измеряемой частоты 7 с известной частотой )р колебательного контура (системы), настроенной в резонанс. Основными частями прибора являются прецизионная колебательная система и индикатор 143 где гл и а — целые числа. Форма фигур зависит от отношения т/и и начальных фаз срав.- ниваемых колебаний (рис. 7.1,а). Соотношение частот колебаний, подаваемых на пластины Х н У, определяют следующим образом. Обозначим частоту колебаний, подаваемых на пластины Х, через ,1,, подаваемых на пластины У вЂ” через )ы Проведем мысленно через ~фигуру на экране осциллографа горизонтальную Ж, и вертикальмую 4У, прямые линии (рис.
7.1, б), которые не должны проходить .через точки пересечения самой фигуры. Подсчитаем число пересечений прямых с фигурой (й, и )Ур). Для неподвижной фигуры справедливо соотношение .М„Т„=И,Т„ (7.2) которое позволяет найти одну из частот по известной другой.
Способ интерференционных фигур целесообразно применять при кратности частот до НО. При большей кратности фигуры получаются сложные и трудно подсчитать число их пересечений прямыми линиями. Погрешность измерений с помощью интерференциолных фигур зависит от ряда факторов, в том числе от точности частоты 1(р н степени достижения неподвижности фигур. Неподвижности фиауры достигнуть трудно вследствие нестабильности частот сравниваемых напряжений. При измерении в области низких частот, когда фигура вращается достаточно медленно, можно измерить время ее полного оборота Т,р и ввести поправку в равенство (7.2): резонанса.
Настройку системы в резонанс осуществляют микро- метрическим механизмом, а отсчет частоты — по шкале, которой снабжен. этот механизм. Для рассмотрения основных свойств резонансных частотомеров обратимся к эквивалентной схеме (рис. 7.2). Напряжение неизвестной частоты 1 через элемент связи, вводится в колебательную систему. Настройка в резонанс осуществляется изменением емкости конденсатора С. Состояние резонанса фиксируют по максимуму показания электронного 'вольтметра. Рис. 72, Упрощенная схема резонанс- ного измерителя частоты Напряжение на конденсаторе С подобной колебательной системы определяется соотношением Е 1 У(я+дви)з+-( +Лен)з где 1т, Х,„— активная и реактивная составляющие вносимого сопротивления. Максимум напряжения ис имеет место при Х+Х„=О.
Поскольку градуировка шкалы прибора выполнена при определенном значении Х (обычно Ха =0), то любое нарушение этого условия приведет к появлению погрешности измерения. Для их уменьшения коэффициент связи М должен иметь предельно малое значение. Другим источником погрешности измерения служит неточность фиксации резонанса по показаниям индикатора.
Оценим эту погрешность. Изменение напряжения на конденсаторе С при расстройке контура определяется соотношением и/иа — — 1 / )/ 1+4( — ((), (7.4> где Я вЂ” добротность контура; (о — резонансная частота; Л( — расстройка контура; ио — максимальное значение напряжения.
Пусть Ли=ма — и — наименьшее заметное отклонение напряжения от максимального значения. Значению Ли соответствует погрешность измерения частоты б); которую можно определить из соотношения ио — и аи — = — =1— $/ 1+4~ — (й) или Ьи 1 — — = ~/ 1+4 ~ — 0) Соответственно относительная погрешность измерения частоты равна $/ 2 — — ~ — ) (7.5> Уа Ж йн '1 —— тга Так как Ьи(из~1, то аД7аж (1/рГ2(1) )/ — . Погрешность этого тза вида можно уменьшить, если снять два отсчета частоты по обе стороны от резонанса, соответствующие двум одинаковым показаниям г индикатора, а затем определить р среднее значение. Основное практическое приме- Г неиие резонансные частотомеры Х Х находят в области СВЧ (на высо- лл ких частотах — лишь как встроенные приборы).
При этом в качест- 'д7 ве колебательных систем применя- Я ют объемные резонаторы, пред- вл ставляющие собой отрезок вол- у7 повода круглого, коаксиального или прямоугольного типа. Частота собственных колебаний объем- ,р ного резонатора определяется его геометрическими размерами. Из- Рис. 7.3. днй способе измерения час-. менЯЯ один из РазмеРов, можно таты с помощью объемныд резонаторегулировать значение резонанс- ров: НОЙ частоты. Различают две Ос- т — залказад, по которому поступает здер- гиа кзмераемай частоты; у — детектор с возные схемы включения объем- икдикаторам; з' — злеиект настройки рсзо- НЫК РЕЗОНаТОРОВ (РИС 7.3) . катара; 4 — обьемимй резокатор; З вЂ” зле- мепт сазак резааатара с аааиозодом В схеме на рис.
7.3, а энергия .почти полностью подходит к детектору, если собственная частота резонатора отличается от измеряемой частоты. При равенстве измеряемой и собственной частот резонатора эквивалентная проводимость, вносимая резонатором в волновод, значительно возрастает. Ббльшая часть энергии отражается обратно к генератору, к детектору подходит меньшая мощность. Момент резонанса отсчитывают цо минимуму тока, протекающего через детектор. В схеме на рис, 7.3, б при несовпадении собственной частоты резонатора с частотой подводимой к нему энергии волна отражается от резонатора. Сила тока, проходящего через детектор, близка к нулю.
При равенстве частот энергия поступает в резонатор; сила тока, проходящего через детектор, максимальна. В обоих случаях при измерении появляется отраженная волна, распространяющаяся в сторону генератора. Поэтому между генератором и волномером необходимо включить аттенюатор. В объемных резонаторах используют резонанс для одного определенного типа колебаний. Чаще всего это колебания НмрНпр-типа (где р=О, 1, 2) в цилиндрических объемных резонаторах. Для получения высокой разрешающей способности применяют резонаторы с высокой добротностью, которая пропорциональна отношению объема резонатора к его внутренней поверхности. Поэтому диаметр резонатора стремятся сделать максимально большим.
Представляет интерес использование в объемных резонаторах колебаний Нотр-типа, при которых резонатор данного объема имеет наибольшую доброт- 5 ность. Прн данном типе поля не обязателен хороший контакт плунжера перестройки с цилиндрической поверхностью, 5 4 так как в месте контакта про- текают малые токи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
