ЗМІСТ

Вступ …………………………………………………………………………………….10

Перелік умовних позначень.………………………… ………………………………12

1 Аналіз відомих методів вимірювання частоти та види частотомірів ... ……..14

1.1 Загальна характеристика гармонічних коливань …………………….....14

1.2 Вимірювання частоти ………………………………………………….....16

1.3 Ємнісні частотоміри ……………………………………………………...19

1.4 Електронно-лічильні частотомір ……………………………………….23

1.5 Осцилографічні методи вимірювання частоти ………………………….25

1.6 Вимірювання частоти методами биттів …………………………………27

1.7 Гетеродинні частотоміри …………………………………………………29

1.8 Резонансні частотоміри …………………………………………………..30

1.9 Класифікація частотомірів ……………………………………………….33

1.10 Основні методи вимірювання частоти …………………………………36

1.11 Відношення сигнал завада ………………………………………………45

1.12 Синусоїдальний періодичний процес……………………………………50

1.13 Висновки по розділу………………………………………………………52

2 Обґрунтування математичної моделі системи вимірювання частоти при дії завад …………………………………………………………………………..………..53

2.1 Цифровий частотомір гармонічних коливань ………………………..…53

2.2 Джерела похибок оцінювання частоти ……………………………...…57

2.3 Оцінки похибки визначення частоти……………………………………..58

2.4 Формули для розрахунку похибок ………………………………………64

2.5 Розрахунок фільтра нижніх частот ………………………………………66

2.6 Висновки по розділу ………………………………………………………69

3 Розробка та реалізація функціональної схеми системи в програмному середовищі LabVIEW…………………………………………………..………...…...70

8

3.1 Генерування синусоїдального сигналу …………………………….…....70

3.2 Моделювання основної схеми частотоміра гармонічних коливань ……71

3.3 Генерування зашумленого сигналу ………………………………….….73

3.4 Спектральне відображення сигналу ……………………………….….....74

3.5 Схема обробки сигналу за допомогою вікна блекмана ……………….75

3.6 Проведення фільтрації зашумленного сигналу …………………………78

3.7 Розрахунок похибок ………………………………………………………79

3.8 Висновки по розділу ………………………………………………………80

4 Стандартизація та метрологічне забезпечення вимірювального каналу

частотоміра гармонічних коливань ……………………………………………….82

4.1 Нормативне забезпечення ………………………………………………82

4.2 Висновки по розділу ………………………………………………………86

Висновки ……………………………………………………………………………...87

Список використаних джерел ……………………………………………………...88

Додаток А Програмне забезпечення для розрахунку математичного

сподівання, дисперсії та СКВ ………..………………………………………….....91

Додаток Б Схема моделі генерації сигналу та її обробки ………………………92

Додаток В Фронтальна панель розробленої моделі………………………………93

ВСТУП

Актуальність теми. Досягнення сучасної обчислювальної техніки відкривають нові можливості контролю і керування в багатьох галузях людської діяльності. При вимірюванні будь-яку фізичну величину перетворюють у зручні для подальшого вимірювання електричні сигнали. Усі радіосигнали характеризуються частотою, амплітудою і фазою. Одним із інформативних параметрів електро-радіосигналів є частота. Частоту сигналів можна вимірювати з високою точністю при незначних апаратурних витратах. Сучасні засоби вимірювання частоти дозволяють проводити вимірювання на високих частотах з відносною похибкою до 10^-8. Діапазон вимірюваних частот сягає від інфранизьких до вкрай високих частот. Проте досягнення вказаних вимірювань та діапазонів частот є можливим лише за умови існування вимірюваних сигналів на протязі усього часу вимірювання.

Якщо деякі фізичні величини існують на протязі невизначеного часу, тоді перетворення інформативного параметра в частоту можна вважати радіосигналами із наперед невідомою тривалістю. Наприклад, визначення несучої частоти, що працює за принципом псевдовипадкового перескоку частоти, визначення параметрів швидкоплинних технологічних процесів та інше, де тривалість інформаційного сигналу заздалегідь невідома. При вимірюванні таких сигналів класичними методами виникають значні похибки, викликані детермінованим часом вимірювання. Тому виникає потреба у розробці нових методів вимірювання із покращеними метрологічними характеристиками засобів вимірювання частоти сигналів.

На сьогодні існують як аналогові, так і цифрові методи вимірювання частоти. Аналогові методи мають великий час вимірювання і малий динамічний діапазон, тоді як цифрові методи мають велику швидкодію і подають результат вимірювання у зручному для людини представленні у вигляді десяткового числа, або двійкових кодів.

Мета: Полягає у розробці та дослідженні комп’ютерної системи вимірювання частоти гармонічного сигналу при дії завад.

Для досягнення поставленої мети потрібно розв’язати наступні задачі:

- розробити структурну схему системи вимірювання частоти гармонічного сигналу при дії завад;

- провести дослідження параметрів гармонічного сигналу;

- розрахувати основні похибки при вимірюванні частоти сигналів;

- зробити висновки про дослідження комп’ютерної системи вимірювання частоти гармонічного сигналу при дії завад.

Об’єкт дослідження —гармонічні коливання різної фізичної природи.

Предмет дослідження —апаратні та програмні засоби вимірювань гармонічних сигналів при дії завад.

Наукова новизна одержаних результатів:

- проведено дослідження другої гармоніки синусоїдального сигналу при дії завад на сигнал, розроблено модель для дослідження та подавлення завади на цей сигнал, розроблено модельну схему в програмному середовищі LabVIEW, що дає можливість легко проводити дослідження та вимірювання параметрів гармонічних сигналів.

- розроблено схему яка реалізує генерування сигналів з можливістю застосовувати фільтри Чебешева, Бесселя та Батерворта.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані теоретичні результати уможливлюють модифікацію відомих методів аналізу вимірювань частотних характеристик, зокрема — удосконалення відомих методів визначення характеристик, легке та зручне застосування розроблених схем для проведення досліджень та обробки сигналів.