Электрорадиоизмерения (В. И. Винокуров) (554136), страница 32
Текст из файла (страница 32)
НедостатРнс. т,4, Конструкция резонансного вон- ком колебаний Нмр-типа явля- номера Свт4: ется их нестабильность. В ре- 3 — объемнмй ретонетср; Я вЂ” стержень нля нестройкн: 8 — мнкрометрнческея гоноекег зонаторах, работающих на колебаниях Н р-типа, могут возбудиться другие типы колебаний, при этом происходит трансформация полей. Все это существенно усложняет измерения (нарушается градуировка и снижается добротность). Широко распространены волномеры полукоаксиального типа. Конструкция волномера на основе объемного резонатора приведена на рис.
7.4. Настраивают резонатор с помощью металлического стержня, перемещаемого по центру волновода. Длина волномера значительно больше его диаметра. В резонаторе существуют колебания ТМо птипа, если стержень в него не введен. При введении стержня сокращается длина электрических силовых линий н увеличивается запас электрической энергии в резонаторе. Введение стержня в максимум электрического поля аналогично увеличению емкости в контуре. Энергии, .запасенная в контуре (Сив/2), зависит от емкости. Стержень увеличивает энергию электрического поля. При резонансе энергия запасается поочередно в электрическомн магнитном полях, причем энергия электрического поля равна энергии магнитного. Увеличение энергии полей приводит к увеличению периода колебаний и, следовательно, к уменьшению резонансной частоты.
При большом введении стержня значительная часть конструкции представляет собой коаксиальную линию. Энергия сосредоточивается в магнитном поле вокрут стержня, при длине которого, близкой к длине резонатора, существенную роль начинает играть сосредоточенная емкость на конце. Собственная частота становится еще ниже. Конструкции такого типа позволяют перекрывать широкий диапазон частот.
Собственная частота реального резонатора отличается от значения, найденного для идеального резонатора. Элементы связи увеличивают или уменьшают запас энергии в резонаторе. При этом будет изменяться и резонансная частота. На уход частоты влияют также потери в резонаторе. Однако основное влияние оказывают элементы связи.
Градуировка по частоте производится при определенной связи резонатора с волноводом или коаксиальной линией. При изменении связи с резонатором градуировка может быть нарушена. Рис. 7.5. Конструкция подвижного контакта Собственная частота резонатора зависит от его геометрических размеров, которые зависят от температуры по закону 1=1г в(1+ +аг), где а — коэффициент линейного расширения.
Изменение'размеров при изменении температуры окружаюшей среды является источником погрешностей. При измерениях в объемных резонаторах используются основные типы колебаний. При изменении же размеров резонатора в процессе настройки возможно появление волн иного типа, градуировка для которых несправедлива. Для повышения точности отсчета добротность резонатора должна быть высокой. Для увеличения добротности внутренняя поверхность резонатора серебрится.
Для уменьшения сопротивления в месте подвижного контакта применяют системы длинных линий. Одна из конструкций контакта приведена на рис. 7.5. Необходимо обеспечить весьма малое сопротивление на стенке резонатора в точке А 17гд). В точке В,)7н — сопротивление трущегося контакта. Рассмотрим условия, при которых 1сд((17н. Участки 1г и 1в представляют собой отрезки линии, длину которых выбирают равной Ц4, где Х вЂ” средняя длина волны рабочего диапазона прибора. Входное сопротивление второй длинной линии является нагрузкой для первой; рьа — волновые сопротивления первой и второй длинных линий. Входное сопротивление участка АВ для средней длины волны тта=1Р11ра)Ч4В ЕСЛИ ра»рц тО Идя;. 1ГЗ.
СООтВЕтСтВуЮШИМ ВЫбО-' ром диаметров стержня и резонатора можно обеспечить условие ра~рь Добротность объемных резонаторов, применяемых в измерительных устройствах, высокая: Я 15 —:10) 11)а. 147 $7.3. Цифровые частотомеры Измерение частоты (Г„) и периода (Т„) синусоидального напряжения цифровым методом основано на реализации двух операций, а именно на преобразовании исследуемого сигнала в последовательность кратковременных (счетных) импульсов той же частоты и на счете числа й4 этих импульсов за известный, строго определен- ии иг тге Рис.
7,6. Цифровой чистатомер: а — струхтуриая схема; б — инагРаммы наиряжеиии в Режиме намерения частоты: е †влиян внешних номен 447 иый интервал времени Т, (время счета). Первую операцию осуществляют схемами, получившими название ф о р м и р ую щ их устр о й с т в (формирователей), вторую — универсальными декадными счетчиками (см. гл. 3). При измерении частоты интервал времени Те формируют из высокостабильных колебаний, создаваемых в приборе.
Выбор частоты (р'образцовых колебаний определяется удобством перевода чис.ла Ф„, зафиксированного счетчиком, в величину искомой частоты, выраженную в герцах. Приборы допускают использование внеш- иих источников образцовых колебаний с большей стабильностью частоты. Частотомеры — приборы универсальные, кроме частоты они измеряют отношения частот, отклонения частоты от номинала, а также период колебаний и временнйе интервалы. Основными метрологическими характеристиками цифровых частотомеров (ГОСТ 2233 — 77) служат: диапазон измеряемых величин, относительная погрешность измерения, минимальный и максимальный уровни входного сигнала, входной импедаис и др.
Цифровой частотомер (рис. 7.6,а) состоит из следующих основных элементов. Генератор о бр аз ц о в ый с кварцевой стабилизацией и термокомпенсацией (или термостатированием) . ь1астоту,колебаний выбирают из соотношения 1а=10" Гп, где й — целое число, обычно равное 5, 6 или 7. Основное требование к генератору — высокая стабильность и точность исходной калибровки частоты. Необходимая точность калибровки обеспечивается за счет использования атомных стандартов частоты с возможностью их привязки к Государственному эталону времени и частоты СССР. В х о д н о е у с т р о й с т в о (два), содержащее схемы автоматической регулировки усиления и подавления внешних помех.
При недостаточном уровне входного сигнала (ниже нескольких милли- вольт) измерения прекращаются и показания счетчика сбрасываются на нудь. В устройстве предусмотрены меры защиты прибора дт перегрузок. Формирующее устройство (два) создает последовательность кратковременных или прямоугольных импульсов, фронт которых совпадает с временем прохождения входных колебаний через нулевые фазы. Точность соответствия определяется уровнем внешних помех и амплитудой измеряемого сигнала. Если в устройстве используется триггер Шмитта, то помехи могут расчленить его выходное напряжение, что приведет к погрешности измерений (см. гл. 3). Для борьбы с этим в приборах предусматривают схемы оптимизации выбора пороговых уровней срабатывания триггера.
Делитель ч а с готы следования импульсов служит для уменьшения частоты импульсов в целое число раз. Коэффициент деления выбирают из соотношения Йа,а=~10, где гп=0, 1, 2, .... Устройство управления формирует прямоугольный строб-импульс, длительность которого определяет время счета Т,. Длительность Т, равна произведению периода входного напряжения (~о=1чо или Т„) на значение введенного коэффициента деления.
Если измеряется частота и стробирующий импульс формируется из колебаний образцового генератора, то в))емя счета будет равно Т,=И.„,Т„,= 10 1~~а — — 1(У мс (7.6) Так как прибор измеряет усредненное значение частоты, то точность измерения растет с увеличением Т,. Одновременно нестабильность Т, приводит к погрешности измерения. 149 Отметим, что время одного цикла измерения равно сумме времени счета Т, и времени индикации результата измерения, которое обычно составляет О!1 — 5 с.
Поэтому увеличение Т, приводит к снижению быстродействия прибора. Селекторный каскад управляется строб-импульсом. При его поступлении на время Т, открывается путь счетным импульсам на вход декадного счетчика. Очевидно, что общее число импульсов Ф:„прошедших через селекториый каскад, будет равно И =1оТ,. Декадные счет ч и к и осуществляют счет поступающих импульсов. Присутствие счетчиков в структурной схеме цифровых приборов ограничило верхний предел измеряемых частот.
В настоящее время граница прямого счета импульсов не превосходит 506 МГц. Число счетных декад в счетчиках цифровых частотомеров от 3 до 9. Результат измерения представлен в счетчиках в виде двоично-десятичного кода (см. гл. 3). Де шифр а тор осуществляет преобразование кода представления измерительной информации. Данные на выходе дешифратора зафиксированы в привычном десятичном коде. Цифровой и иди к а тор представляет результат измерения в виде визуально наблюдаемых цифр десятичной системы счисле, ния. При наличии приборного интерфейса результат измерения может быть введен в систему передачи данных или зафиксирован на тот или иной носитель информации. Современные цифровые частотомеры допускают дистанционное управление. Представленная структурная схема обеспечивает два варианта (режима) измерения частоты.
В первом строб-импульс формируется из образцовых колебаний. При этом измеряемый сигнал поступает на.вход 1, во втором — строб-импульс формируется из колебаний неизвестной частоты, а счетные импульсы — из образцового напряжения. В этом случае исследуемый сигнал поступает на вход 2. Каждый вариант имеет свои особенности и область применения. Рассмотрим возможные варианты (режимы) использования прибора. Измерение частоты основано на использовании первого варианта работы прибора. Сигнал неизвестной частоты ) поступает на вход 1, а колебания частоты ге — на формирующее устройство 2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
