11

Квп: Селективный вольтметр

1. Цели и задачи исследований

Уровень 1: Изучить виртуальный селективный вольтметр - его принцип работы, органы управления и метрологические характеристики. Приобрести практические навыки работы с прибором.

Уровень 2: Применить селективный вольтметр для исследования спектральных составляющих гармонического, импульсного (прямоугольного, треугольного и пилообразного), шумового и комбинированного сигнала.

Уровень 3: Изучить и освоить методики поверки вольтметра путем определения его основных метрологических характеристик. Выполнить учебную поверку селективного вольтметра (СВ) с помощью образцовых виртуальных приборов.

2. Назначение и принципы построения ас

Селективные вольтметры (СВ) используются при измерении малых гармо­нических напряжений в условиях действия помех, при исследова­нии спектров периодических сигналов и в целом ряде других слу­чаев.

Спектр периодического сигнала является дискретным или линейчатым. В общем случае периодический сигнал содержит постоянную составляющую и набор гармонических колебаний с частотами _=K_, K=1,2,3…, кратными основной частоте _.

Например, сигнал пилообразной формы может быть представлен суперпозицией бесконечного количества синусоидальных сигналов, частоты которых кратны основной частоте. Амплитуда и мощность этих синусоид уменьшаются с увеличением их частоты. По мере добавления каждой гармоники, форма сигнала становится более похожей на идеальную. Ряд Фурье пилообразного сигнала имеет вид:

.

Идеальный сигнал прямоугольной формы включает в себя бесконечное количество нечетных гармоник. В таком случае ряд Фурье выглядит как:

Так как амплитуда гармоник высоких порядков во много раз меньше амплитуды основной частоты, то, как правило, вычисляют ограниченное число гармоник (до 5-го … 9-го порядка).

Непериодические сигналы имеют непрерывный спектр, т.е., в их составе присутствуют все частоты без исключения. Амплитуды отдельных спектральных составляющих бесконечно малы, поэтому их спектральный состав описывают не амплитудами отдельных гармоник, а спектральной плотностью, под которой понимают отношение приращения амплитуды к приращению частоты на некоторой частоте.

Автономный серийный СВ представляет собой по существу супергетеродинный приемник. Частотная селекция входного сигнала осуществляется с помо­щью перестраиваемого гетеродина, смесителя и узкополосного усилителя промежуточной частоты, который обеспечи­вает высокую чувствительность и требуемую избирательность. Если избирательность недостаточна, может быть применено двукратное, а иногда и трехкратное преобразование частоты. Панорамный СВ с осциллографическим индикатором и гетеродином в виде генератора качающейся частоты (ГКЧ) становится анализатором спектра (АС).

В се­лективном вольтметре обычно имеется система автоматиче­ской подстройки частоты и калибратор. Калибратор — образцовый генератор переменного напряжения фиксированного уровня, позволяющий исключить погрешности из-за изменения напряжения гетеродина при его перестройке, а также измене­ния коэффициентов передачи узлов вольтметра, влияния внешних факторов и т. д.

В виртуальных СВ применяются методы обработки дискретизированных сигналов в частотной области. В частности, в виртуальном СВ, используемом в лабораторных исследованиях, реализован вычислительный принцип оценки СКЗ сигнала в полосе пропускания СВ на основе алгоритма БПФ.