10

Квп: Универсальный частотомер

1. Цели и задачи исследований

Уровень 1: Изучить виртуальный частотомер - его принцип работы, органы управления и метрологические характеристики. Приобрести практические навыки работы с прибором в различных режимах измерения.

Уровень 2: Применить универсальный частотомер для измерения частотно-временных параметров сигналов в одно- и двухканальном режимах, а также при наличии помехи и шума.

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

2. Назначение и принципы построения

В основе работы серийных автономных частотомеров лежит метод дискретного (последовательного) счета. Это, как правило, многофункциональные приборы, измеряющие также период сигнала, длительность импульсов, интервалы времени, отношение частот, разность частот и др. Они измеряют число колебаний, фактически среднюю частоту периодического сигнала, за время счета. Реализуется принцип сравнения измеряемой и образцовой частотой с нахождением во сколько раз неизвестная частота больше образцовой (f_x>F_обр):

Погрешность дискретизации при измерении НЧ может быть очень большой. Например для f_x=5 Гц и T_обр=1 с получим _q20%. Для уменьшения погрешности дискретизации измеряют не частоту, а период.

В последнем случае необходима операция деления f_x=1/T_x, поэтому целесообразно использование МПС. В основе работы лежит сравнение измеряемого интервала t_x с дискретным интервалом, воспроизводящим единицу времени, T_обр=Т_сч. Оценивается во сколько раз измеряемый интервал t_x больше Т_сч=1/F_сч.

В виртуальных частотомерах могут применяться методы обработки дискретизированных сигналов, как во временной, так и в частотной области. Во временной области используются методы дискретного счета и интерполирования, а в частотной области хорошо работают алгоритмы БПФ.

В двухканальном виртуальном универсальном частотомере, используемом в лабораторных исследованиях, реализован вычислительный принцип измерения частоты и периода сигнала на основе БПФ. Прибор обеспечивает измерение в двух независимых каналах: частоты, периода, отношения частот и периодов, разности частот и периодов.

3. Комплекс виртуальных приборов (квп)

1. Общие сведения

КВП содержит 4 двухканальных виртуальных приборов:

1. Генератор сигналов (ГС).

2. Осциллограф (О).

3. Анализатор спектра (АС).

4. Частотомер (Ч).

Двухканальный генератор построен на основе виртуального ЦАП, синтезирующего требуемую форму периодического сигнала в соответствии с выбранной пользователем частотой и уровнем. Измерительные модули имитируют работу автономных приборов в отсутствии и при наличии шумов.

После запуска КВП на экран монитора выводится окно передних панелей соединенных между собой приборов. Внешний вид программной оболочки на экране монитора представлен на рис. 1. Выходные сигналы ГС поданы одновременно на соответствующие входы всех двухканальных приборов.

Рис. 1

Передняя панель каждого прибора имеет органы управления, с помощью которых можно включить прибор и установить его в нужный режим работы. Приборы имеют входные клеммы и кнопку «Питание» или «Сеть» для включения.

В верхней части главного рабочего окна имеются пиктограммы:

1. Стрелка слева – направо для однократного запуска.

2. Свернутые в кольцо две стрелки для установки периодического внутреннего запуска (активное состояние черного цвета).

3. Восьмиугольник (активное состояние красного цвета).