ГМИ методичка

12.3. Описание лабораторного макета

Лабораторный макет содержит:

1)Фотометрический блок, у которого одна боковая крышка заменена выполненной из оргстекла панелью, позволяющей видеть внутреннее устройство блока и взаимное расположение его отдельных элементов. На панели изображена схема прибора, и в соответствующих точках схемы установлены гнезда, соединенные с этими же точками реальной схемы. Справа установлен «Переключатель режимов», позволяющий осуществлять переключение выходных сигналов, поступающих на осциллограф и входного сигнала от генератора без перестановки вилок измерительных приборов в гнездах лицевой панели.

2)Блок питания, обеспечивающий выпрямление и стабилизациюнеобходимыхдляработыфотометрическогоблоканапряжений.

3)Измерительные приборы – осциллограф С1-69 и генератор звуковой частоты Г3-104.

4)Специальное устройство – оптический замыкатель, имитирующий распространение светового потока в среде поглощения светового потока, что позволяет использовать его для проверки работоспособности, настройки и калибровки прибора.

5)Отражатель светового потока. Используется как наглядное пособие. При выполнении лабораторной работы не применяется.

6)Стабилизатор сетевого напряжения.

12.4.Порядок выполнения работы

1.Перед началом работы получить у лаборанта фильтр с известными коэффициентами поглощения. Фильтр имитирует поглощение светового потока, проходящего двухсотметровый слой атмосферы.

2.Учитывая, что коммутация цепей уже выполнена, следует ее проверить и убедиться в том, что:

2.1«ВходY»первогоканалаосциллографасоединенсгнездами «Вход Y» осциллографа» лицевой панели фотометрического блока. Гнезда находятся левее переключателя «Переключатель режимов».

2.2 «Вход Y» второго канала осциллографа соединен с выходом усилителя мощности опорного напряжения.

2.3.На вход синхронизации осциллографа поступает сигнал

сгнезда «Вход синхрон», находящегося в нижней части лицевой

153

панели фотометрического блока (гнездо № 9). Система синхронизации осциллографа должна находиться в режиме «Внешняя синхронизация, 1:1».

2.4.Стабилизатор переменного напряжения и осциллограф включены в сеть. Сетевые выходы должны быть включены в сетевой распределительный щит, расположенный слева на стене.

2.5.Студенты группы «И» должны дополнительно убедиться

втом, что включен в сеть звуковой генератор Г3-104 и его выход соединен с гнездами «Генератор Г-36» на лицевой панели, гнезда расположены левее переключателя «Переключатель режимов», установленного на панели фотометрического блока.

Примечание. Несоответствие названий звуковых генераторов

объясняется установкой в лабораторный стенд более совершенного прибора по сравнению с применяемым ранее.

3. Установить в положение «Вкл.» тумблер «Сеть» блока питания РДВ и осциллографа С1-93, вытянув на себя кнопку «Питание». Студентам группы «И» дополнительно включить генератор Г3-104.

4. Установить в прорезь приспособления для настройки одно из стекол. Убедиться, что происходит вращение ротора реверсивного двигателяиизменениепоказанийприбора.Еслиэтогонепроисходит, то проверьте, включен ли тумблер включения сигнала разбаланса.

5. После того, как установятся новые показания прибора, отключить тумблером управляющую обмотку реверсивного двигателя от усилителя мощности сигнала разбаланса. Тумблер находится в нижней части лицевой панели. Затем изъять поглощающее световой поток стекло из прорези (приспособление для настройки).

6. Убедиться в том, что сигнал в этом случае приобретает форму, представленную на рис. 12.4-б. Для этого «Переключатель режимов» установить в положение UВЫХУУ (1–2), что обеспечит подклю-

чение усилителя сигнала (гнезда 1–2 на лицевой панели) к входу Y первого канала осциллографа. Срисовать с экрана двухлучевого осциллографа форму (осциллограмму), наблюдаемых напряжений на выходе усилителя сигнала и усилителя мощности опорного напряжения. Снимая осциллограмму, стремитесь по возможности более точно воспроизводить изображения сигналов, не забывая записывать масштабы по оси времени и напряжения.

7. Поставить переключатель режимов в положение UУПР (5–6). При этом вход «Y» первого канала осциллографа соединяется с вы- ходомусилителямощностисигналаразбаланса(гнезда5–6налице- вой панели). Убедиться в том, что сигнал разбаланса имеет форму,

154

соответствующую изображенной на рис. 12.4-в. Обратить внимание на наличие фазового сдвига между сигналом разбаланса и опорным напряжением. Срисовать с экрана двухлучевого осциллографа оба эти сигнала.

8.Уменьшить сигнал разбаланса примерно вдвое. Для этого на короткое время соединить выход усилителя мощности сигнала разбаланса с управляющей обмоткой реверсивного двигателя. Последнее осуществляется установкой тумблера в положение «Вкл.» (тумблер находится в нижней части лицевой панели). Убедиться

втом, что при этом начинает вращаться ротор реверсивного двигателя и уменьшается сигнал разбаланса. Когда сигнал разбаланса уменьшится примерно в 2 раза (до половины начальной амплитуды), тумблер вновь отключить.

9.Убедиться, что вращение ротора реверсивного двигателя привело к изменению величины только потока сравнения. Для этого установить «Переключатель режимов» в положение UВЫХ (1–2)

исопоставить ранее зарегистрированный сигнал с его новой формой. Обратить внимание на неизменность амплитуды сигнала, обусловленного измерительным потоком. Еще раз срисовать сигналы с экрана осциллографа.

Перевести тумблер, коммутирующий управляющую обмотку двигателя, в положение «Вкл.» и убедиться в том, что двигатель остановится, когда поток сравнения станет равным измерительномупотоку.Установить«Переключательрежимов»вположениеUУПР (5–6). Убедиться, что после того, как поток сравнения сравнялся с измерительным, сигнал разбаланса стал равным нулю.

9.Вновь отключить управляющую обмотку (тумблер в положение «Выкл.»). Установить поглощающее стекло в прорезь приспособления для настройки и повторить все измерения с регистрацией форм сигналов, начиная с п. 6.

10.Объяснить полученные результаты, отключить приборы от

сети.

Дополнительное задание для студентов группы «И»

11.Снятьамплитуднуюхарактеристикуусилителясигнала.Для этого установить «Переключатель сигналов» в положение «Исследование усилителя узкополосного сигнала». При этом отключается источник светового потока: сигналы с выхода генератора поступают на вход усилителя, а с выхода усилителя на вход первого канала двухлучевого осциллографа. Установить частоту сигнала, генерируемого звуковым генератором, примерно равной 1700–1800 Гц.

155

Установить амплитуду сигнала генератора так, чтобы не вызвать ограничение сигнала на выходе усилителя. Убедиться в отсутствии ограничения можно, увеличивая амплитуду входного напряжения. Если при этом наблюдается рост сигнала на выходе, то ограничения сигнала не происходит. Осуществить поиск частоты, на которой усиление максимально. Для этого плавно вращать ручку перестройки частоты генератора на вход усилителя, найти частоту, на которой уровень выходного сигнала максимален. Затем снять зависимость выходного напряжения усилителя от уровня входного сигнала UВЫХ = f (UВХ). Построить график этой зависимости.

12. Снять частотную характеристику усилителя. Для этого на вход усилителя подать напряжение, примерно равное 1/3 от минимальной амплитуды входного сигнала, вызывающего насыщение усилителя. Меняя частоту сигнала, поступающего от генерато-

ра в пределах от Fmin = F0 / 10, до Fmax = 10 F0, снять зависимость UВЫХ =f(F),гдеF0–частотамаксимальногоусиления.Впроцессеиз-

мерений контролировать постоянство амплитуды входного сигнала, обесточиваяего(вслучаенеобходимости)регулировкой.Построить график зависимости UВЫХ = f (F).

13. Объяснить полученные результаты. Отключить приборы от сети.

12.5. Требования к отчету

Отчет должен содержать:

1.Титульный лист с указанием автора отчета, наименованием лабораторной работы и даты ее выполнения.

2.Цель работы.

3.Блок-схему прибора (рис. 12.3) и краткое описание принципа действия прибора.

4.Осциллограммынапряжений,срисованныесэкранадвухлучевого осциллографа. Осциллограммы должны иметь проградуированные оси. По ним следует:

4.1.Определить амплитуду и период. ТОП – на выходе усилителя мощности опорного сигнала. По известному периоду вычислить частоту опорного напряжения fОП = 1/ТОП.

4.2.Определить амплитуду и период ТПР напряжения на выходе усилителя сигнала при отсутствии поглощения светового потока в приспособлений для настройки (при неустановленных поглощающих стеклах). По известному периоду ТПР вычислить частоту

156

прерывания светового потока fПР = 1/ТПР Аналогичные параметры определить для случая поглощения светового потока (при установленных стеклах).

4.3. Определить амплитуду и период ТРАЗБ – сигнала разбаланса, наблюдаемого на осциллографе при неравенстве потоков сравнения и измерительного. По известному периоду ТРАЗБ определить частоту сигнала разбаланса fРАЗБ = 1/ТРАЗБ и убедиться, что ТОП = ТРАЗБ и

fОП = fРАЗБ.

4.4. Найти угол сдвига фаз между опорным напряжением и напряжением разбаланса. Угол сдвига фаз найти для двух случаев:

а) измерительный поток больше потока сравнения; б) измерительный поток меньше потока сравнения.

Для определения угла сдвига фаз следует по осциллограмме измерить временной интервал, разделяющий два момента времени содинаковымифазамиколебательныхпроцессов,например,моменты переходов сигналов через нулевое значение. Если этот временной интервал равен Т, то сдвиг фаз определяется соотношением:

Y ( а ) = 2π TT (сдвиг фаз в радианах)

Y ( а ) = 360 TT (сдвиг фаз в градусах),

где Т – период колебания.

4.5. Отчет студентов группы «И» дополнительно должен содержать таблицы измерений, полученные при исследовании амплитуднойичастотнойхарактеристикусилителя,атакжеграфики,построенные по этим числовым данным.

12.6.Контрольные вопросы

1.Что такое метеорологическая дальность видимости? Дайте определение этому понятию.

2.Что такое трансмиссометры? Почему прибор РДВ-3 можно отнести к классу трансмиссометров?

3.Поясните оптическую схему РДВ-3, пользуясь рис. 12.1.

4.Для чего в приборе РДВ-3 применяются два пучка света – зондирующий и опорный?

5.Для чего в оптической схеме РДВ-3 предусмотрен диск-мо- дулятор?

157

13. Исследование импульсного фотометра ФИ-1. Лабораторная работа № 13

Цель работы – изучение оптической и электронной схем импульсного фотометра ФИ-1, предназначенного для наземных измерений метеорологической дальности видимости (МДВ) и прозрачности атмосферы.

13.1. Общие сведения

Импульсныефотометрыиспользуютсякакотдельныеприборы, так и в составе комплексных метеорологических станций (например, станции КРАМС).

Принцип действия прибора следующий. Свет от источника – импульсной газоразрядной лампы – собирается оптической системой в слаборасходящийся пучок и зондирует участок атмосферы от фотометрического блока до отражателя. Отраженный пучок улавливается фотометрическим блоком. Его интенсивность зависит от прозрачности атмосферы (или от МДВ). Фотометрический блок измеряет интенсивность зондирующего пучка и таким образом определяется дальность видимости.

Для расширения диапазона измерений прибор снабжен двумя отражателями. Ближний отражатель устанавливается на расстоянии 20 м от фотометрического блока и используется при малых значениях МДВ – от 50 до 600 м; дальний отражатель устанавливается на расстоянии 100 м и используется при значениях МДВ от 240 до 6000 м. Таким образом, диапазон измерения МДВ с помощью ФИ-1 составляет от 50 до 6000 м.

Переход от режима работы с одним отражателем к режиму работы с другим отражателем осуществляется автоматически – при уменьшении МДВ ниже 300 м прибор переключается с дальнего отражателя на ближний, и при увеличении МДВ выше 600 м – с ближнего на дальний. Предусмотрена также возможность ручного переключения при любом значении МДВ.

159

13.2. Оптическая схема фотометра

Оптическая схема фотометра изображена на рис. 13.2-а. Источником света является импульсная газоразрядная лампа (ИЛ). Лампа вспыхивает с частотой 50 Гц. Она формирует два пучка света – зондирующий и опорный. Зондирующий пучок проходит через объектив О, который превращает его в слаборасходящийся. Таким образом, зондирующий пучок попадает на оба отражателя – дальний (ОД) и ближний (ОБ). Дальний отражатель (ОД) представляет систему из пяти триппль-призм. Угол при вершине призмы равен 90° (рис. 13.1-а). Основным свойством каждой триппль-призмы является отражение света в направлении к источнику.

Таким образом, небольшое отклонение отражателя от заданного направления не оказывает влияния на работу прибора.

Ближний отражатель (ОБ) представляет собой систему из объ- ективаивогнутогозеркала(рис.13.1-б).ИзменяярасстояниеL между зеркалом и линзой объектива, можно изменять угол расхождения отраженного пучка света, а значит, и яркость пучка.

Дальнийотражательрасполагаетсянаоптическойосиприбора. Ближний отражатель смещен относительно оптической оси вниз и вправо. Благодаря этому отраженные от ОД и ОБ пучки света идут по различным траекториям.

Оба световых пучка поступают на вогнутое зеркало (З) (см. рис. 2-а). Световой пучок от дальнего отражателя проходит через диафрагму Д2, расположенную на оптической оси прибора, а пучок от ближнего отражателя – через диафрагму Д3, расположенную

Рис. 13.1. Схематичное изображение отражателей:

а– триппль-призменный элемент дальнего отражателя (ОД);

б– оптическая схема ближнего отражателя (ОБ)

160