
- •В.Г.Чуйко Радиоэлектронные измерения
- •Глава один. Введение.
- •1.1. Предмет радиоизмерений.
- •1.2. Устройства радиотехники и электроники как объекты измерений.
- •1.3. Цели радиоизмерений
- •1.4. Измерительные задачи на различных стадиях научно-производственного процесса.
- •Глава два. Измерения. Погрешности измерений.
- •2.1. Понятие “измерение”.
- •2.2. Классификация измерений. Результат измерения.
- •2.3. Погрешности измерений и их классификация.
- •2.4. Систематические погрешности
- •2.5. Способы уменьшения систематических погрешностей
- •2.6. Случайные погрешности измерений
- •2.7. Способы оценивания и выражения случайных погрешностей.
- •Глава три Средства и методы измерений.
- •3.1. Классификация средств измерений.
- •3.2. Погрешности средств измерений.
- •3.3. Методы измерений.
- •3.4. Условия измерений.
- •Глава четыре. Радиоизмерения.
- •4.1. Классификация радиоизмерений.
- •4.2. Некоторые особенности радиоизмерений.
- •4.3. Классификация радиоизмерительных приборов по измеряемым величинам.
- •4.4. Классификация радиоизмерительных приборов по их месту в производственном процессе и условиям эксплуатации.
- •4.5. Вопросы выбора универсальных рип. Технические требования к рип. Нормируемые характеристики.
- •Глава пять. Составные части радиоизмерительных приборов.
- •5.1. Меры физических величин в радиоизмерительных приборах.
- •5.1.1. Меры частоты.
- •5.1.2. Меры напряжения постоянного тока.
- •5.1.3. Меры сопротивления на постоянном токе.
- •5.1.4. Меры емкости.
- •5.1.5. Меры индуктивности.
- •5.1.6. Меры мощности шумового излучения.
- •5.1.7. Меры волнового сопротивления и коэффициента отражения.
- •5.2. Преобразователи величин в радиоизмерительных приборах.
- •5.2.1. Масштабные преобразователи.
- •Делители напряжения.
- •Измерительные усилители.
- •Измерительные трансформаторы напряжения и тока.
- •Делители мощности.
- •Измерительные аттенюаторы.
- •Резистивные коаксиальные аттенюаторы.
- •5.2.2. Устройства визуализации результатов измерений.
- •5.2.3. Аналого-цифровые преобразователи.
- •Ацп интервал времени - цифровой код.
- •Ацп постоянное напряжение - интервал времени - цифровой код.
- •Ацп постоянное напряжение-частота.
- •Ацп поразрядного уравновешивания.
- •5.2.4. Преобразователь мгновенных значений переменного напряжения в цифру.
- •5.2.5. Аналоговый преобразователь мгновенных напряжений - электронно-лучевая трубка.
- •Осциллографические электронно-лучевые трубки.
- •Запоминающие трубки.
- •5.2.6. Преобразователи переменного синусоидального напряжения в постоянное.
- •5.2.7. Преобразователи импульсных напряжений в постоянное - Амплитудный детектор.
- •5.2.8. Выпрямительный детектор среднеквадратического значения.
- •Термоэлектрический преобразователь среднеквадратического значения.
- •Частотные детекторы.
- •5.2.9. Преобразователи разности фаз в постоянное напряжение - фазовый детектор.
- •5.2.10. Преобразователь измерения частоты в постоянное напряжение - частотный детектор.
- •5.2.11. Преобразователи мощности свч в постоянное напряжение.
- •5.3 Обобщенная структурная схема радиоизмерительного прибора.
- •5.3.1. Структурная схема прямого преобразования.
- •5.3.2. Структурная схема уравновешивающего преобразования.
- •5.3.3. Структурные схемы реальных приборов.
- •Глава шесть Измерения напряжений.
- •6.1. Вольтметры.
- •6.1.1 Вольтметры амплитудных значений.
- •6.1.2. Вольтметры среднеквадратических значений.
- •6.1.3. Вольтметры средневыпрямленных значений.
- •Особенности цифровых вольтметров переменного напряжения.
- •6.1.4. Вольтметры импульсных напряжений.
- •Компенсационные импульсные вольтметры.
- •6.1.5. Измерения нелинейных искажений
- •6.1.6. Измерения мгновенных значений переменного напряжения.
- •Основные нормируемые метрологические характеристики осциллографа.
- •6.2. Измерения частоты.
- •6.2.1. Меры частоты.
- •6.2.2. Электронносчетный частотомер.
- •6.2.3. Метод сравнения.
- •6.2.4. Гетеродинный частотомер.
- •6.3 Измерения разности фаз.
- •6.3.1 Фазовращатели - меры фазового сдвига.
- •6.3.2 Устройства сравнения.
- •6.3.3 Осциллографические измерения фазового сдвига.
- •6.3.4. Компенсационный метод измерения фазового сдвига.
- •6.3.5. Измеритель фазового сдвига с преобразованием во временной интервал.
- •6.3.6. Цифровой фазометр.
- •6.3.7. Измерения фазового сдвига с гетеродинным преобразованием частоты.
- •Глава семь Измерения мощности свч и ослаблений на свч.
- •7.1. Измерения мощности при высоких и сверхвысоких частотах в закрытых трактах.
- •7.2. Принципы и методы измерений. Основные аксиомы.
- •Измерительные задачи.
- •Принципы измерений.Физические явления, процессы, которые используют для измерений мощности свч.
- •Методы измерений.
- •7.3. Виды конструктивного исполнения ваттметров свч.
- •Обобщенная схема теплового ваттметра свч поглощаемой мощности.
- •7.4 Калориметрические измерители мощности.
- •Конструкции поглотителей и нагревателей.
- •Конструкции поглотителей и нагревателей проточных калориметров.
- •Конструкции измерителей приращения температуры.
- •Дифференциальная схема калориметра.
- •Блоки измерительные калориметрических измерителей мощности.
- •Источники и составляющие погрешностей калориметрических измерителей мощности.
- •7.5 Термоэлектрические ваттметры.
- •Преобразователи термоэлектрических ваттметров.
- •Измерительные блоки термоэлектрических и калориметрических ваттметров.
- •Погрешности метода.
- •Достоинства и недостатки метода.
- •Метод вольтметра.
- •Диодные преобразователи и измерительные блоки ваттметров.
- •Погрешности метода.
- •Достоинства и недостатки метода.
- •7.6 Термисторные ваттметры свч.
- •Конструкция волноводного первичного преобразователя.
- •Первичные измерительные преобразователи.
- •Волноводные термисторные преобразователи.
- •Основные технические характеристики волноводных термисторных преобразователей, используемых в практике измерений.
- •Измерительные блоки термисторных ваттметров.
- •7.7 Измерения ослабления
- •Метод отношения мощностей
- •Гетеродинные измерители ослабления. Измерительный приемник
- •Глава восемь Измерения коэффициента отражения.
- •8.1Области применения.
- •8.2. Определение физической величины. Понятие неоднородности тракта передачи волны.
- •Определение коэффициента отражения как измеряемой величины.
- •8.3 Измерительные задачи.
- •8.4. Принципы и методы измерений ксвн. Принципы измерений.
- •Метод измерений ксвн с помощью измерительной линии.
- •Методика измерений ксвн
- •Сравнение с мерой.
- •Погрешности результата измерений, получаемого с помощью измерительной линии.
- •8.5. Принцип и метод измерений модуля коэффициента отражения.
- •Метод измерений модуля коэффициента отражения “по определению”.
- •Погрешности измерений модуля коэффициента отражения рефлектометром.
- •Конструкция рефлектометра.
- •8.6 Автоматизация измерений с помощью рефлектометра.
- •Что такое автоматизация. Цели автоматизации измерений.
- •Пути, способы автоматизации.
- •Устройства, необходимые для автоматизации радиоизмерений на свч.
- •8.7 Панорамный измеритель коэффициентов отражений и передачи на свч.
- •Глава девять Измерения шумов электронных устройств.
- •9.1 Измерительные задачи.
- •9.2. Принципы измерения мощности шумов.
- •9.3. Методы измерений.
- •9.4 Метод измерительного аттенюатора – нулевой метод.
- •9.5 Нулевой модуляционный метод измерения .
- •9.5 Автоматизированные измерители коэффициента шума.
- •Глава десять. Обеспечение единства измерений.
- •10.1. Государственная система обеспечения единства измерений.
- •10.2. Нормативная база гси.
- •10.3. Организационные основы гси. Государственная метрологическая служба.
- •10.4. Метрологический контроль и надзор.
- •6.5. Эталоны
- •10.6. Поверочные схемы. Поверка и калибровка.
- •10.7. Метрологические характеристики средств измерений.
- •10.7. Методики выполнения измерений. Назначение методики выполнения измерений
- •Содержание документа на мви
- •Метрологическая экспертиза и аттестация документа на мви.
- •Заключение
- •Содержание
5.3.3. Структурные схемы реальных приборов.
Подавляющее большинство реальных измерительных приборов не могут быть представлены только одной схемой прямого преобразования, или только схемой уравновешивающего преобразования. Усложнение структур обусловлено несколькими задачами. Во-первых, часто необходимо преобразовать и и в некоторую промежуточную физическую величину и лишь потом производить ручное или автоматическое уравновешивание. Так, например, в электронном осциллографе измеряемое мгновенное импульсное напряжение преобразуется в отклонение луча по оси Y по одной цепи преобразования, а преобразование калибровочного синусоидального напряжения в то же самое отклонение по оси происходит по другой цепи прямого преобразования. При этом «устройством сравнения» является оператор.
Во-вторых, усложнение структуры вызвано необходимостью производить автоматическое уравновешивание - полное или со статической погрешностью. Рассмотрим простейший пример автоматического измерительного прибора с полным уравновешиванием - магнитоэлектрический амперметр. В этом приборе измеряемая величина - постоянный ток преобразуется во вращающий момент рамки с током. Благодаря вращающему моменту рамка начинает равномерно ускоренно вращаться. При этом реализуется интегрирующее звено второго порядка, поскольку угол поворота пропорционален квадрату времени. Выходной величиной является угол поворота рамки, к которой жестко прикреплена стрелка, по которой производится визуально при помощи шкалы отсчет угла поворота. Мерой в приборе магнитоэлектрической системы является спиральная пружина, которая создает противодействующий механический момент, пропорциональный углу поворота. Когда, вращающий момент, пропорциональный измеряемой величине тока, станет равным противодействующему моменту пружины, может наступить равновесие. Структурная схема такого прибора выглядит следующим образом (рис. 5.34)
Сначала
через схему прямого преобразования с
коэффициентом преобразования, зависящим
от индукции в зазоре магнита, площади
рамки с током и числа, витков, величина
тока преобразуется во вращающий момент
рамки. Рамка начинает движение под
воздействием механического момента.
Угловое перемещение рамки на угол б
вызывает противодействующий механический
момент пружины, которая является
одновременно и мерой
и устройством сравнения, и преобразователем
цепи обратной связи. Очевидно,
в данном случае коэффициент преобразования
цепи обратной связи - это
- коэффициент, зависящий от упругости
пружины.
Заметим, что отсчет , то есть противодействующего вращающего момента, производится по углу закручивания пружины. Таким образом, в магнитоэлектрическом приборе измеряемой величиной является ток; сравниваются автоматически между собой механические вращающие моменты, создаваемые и , а отсчет производится по величине угла закручивания пружины. Что касается отсчета показаний, то он может быть ручным, как в стрелочном приборе, или также автоматическим, как в шлейфовом осциллографе или самопишущем магнитоэлектрическом амперметре, где запись производится на диаграммную ленту. Поэтому можно сказать, что третьим обстоятельством, стимулирующим усложнение структуры измерительного прибора, является необходимость введения автоматической регистрации измеряемой величины. Для этого, как правило, требуются дополнительные схемы прямого преобразования.
Рассмотрим еще раз возможные структурные схемы приборов по мере их усложнения.
Схема N1. Измеряемая входная величина сравнивается с действительным значением этой же величины , воспроизводимым перестраиваемой многозначной мерой, в качестве которой используется преобразователь с регулируемым коэффициентом преобразования. Перестройка меры производится вручную оператором. Сравнение производится оператором визуально или по звуковому сигналу. Схема устройства рис. 5.35 включает только цепь прямого преобразования и устройство визуализации.
Таким образом измеряют частоту при помощи резонансного волномера. Коэффициент преобразования волномера (частота - выходное напряжение детектора) зависит от частоты. Зависимость эта известна. При определенных геометрических размерах резонатора при помощи устройства визуализации фиксируется равенство измеряемой частоты собственной частоте резонансной системы (контура или полого резонатора).
Схема
N2.
Измеряемая величина
преобразуется в некоторую другую
вспомогательную физическую величину
y.
В эту же величину преобразуется
действительное значение
однородной ФВ. Сравниваются два значения
и
.
Например, в панорамном измерителе
коэффициента отражения измеряемое
значение коэффициента отражения
преобразуется в конечном счете в
отклонение по оси Y
луча в электронно-лучевой трубке. В
такое же отклонение преобразуется и
значение коэффициента отражения от
калибровочной меры коэффициента
отражения, являющейся в данном случае
мерой
.
Равенство или отношение
и
определяется визуально оператором.
Такой прибор можно представить структурной
схемой рис. 5.36.
В этой схеме, так же как и в предыдущей, операция уравновешивания производится вручную, сравнение преобразованных и производится оператором.
Схема N3. Измеряемая величина преобразуется по схеме прямого преобразования в некоторую другую величину , которая в свою очередь преобразуется по схеме уравновешивающего преобразования в величину , однородную с . Затем по цепи обратной связи преобразуется в и одновременно в форму, удобную для автоматической регистрации или для визуального наблюдения. Так построена структурная схема автоматического термисторного измерителя мощности (рис. 5.37).
В
термисторном измерителе мощности СВЧ
энергия излучения нагревает термистор.
Температура термистора и его сопротивление
изменяются. Термистор включен в мостовую
схему так, что изменение сопротивления
одного из плеч вызывает появление
напряжения в диагонали мостовой схемы.
Напряжение в диагонали моста и является
величиной
.
Напряжение в диагонали усиливается
усилительными устройствами таким
образом, что изменяется ток питания
мостовой схемы. Вследствие изменения
тока изменяется мощность, выделяемая
в терморезисторе. Если знак обратной
связи выбран правильно, а начальная
мощность, выделяемая в терморезисторе,
больше, чем измеряемая мощность, то
схема приобретет новое устойчивое
состояние, которое будет характеризоваться
новым значением величины мощности
постоянного тока
,
выделяемой в терморезисторе. По цепи
обратной, связи
преобразуется в
,
причем
Изменение мощности постоянного тока
преобразуется при помощи специального
преобразователя
в форму, удобную для наблюдения и
регистрации. Имеются две принципиальные
особенности схемы N3.
Во-первых, это наличие управляемой
автоматически меры
,
в качестве которой в приведенном примере
используется регулируемый источник
постоянного тока. Во-вторых, это наличие
измерительного устройства прямого
преобразования для измерения
.
Схема N4. Довольно часто в наиболее сложных автоматических РИП производится многократное прямое и уравновешивающее преобразование как , так и . Так в предыдущей схеме прямое преобразование величины может быть выполнено также по схеме уравновешивающего преобразования, так что получится схема рис. 5.38. Особенность схемы рис. 5.38 в том, что во второй схеме уравновешивающего преобразования обязательно присутствуют автоматически управляемые меры физической величины , которые включаются в цепь обратной связи.
Поскольку в некоторых радиоизмерительных приборах измеряется до трех физических величин одновременно, то часто структурные схемы, аналогичные приведенной на рис. 5.38, реализуются для каждой из измеряемых физических величин. Так, например, в панорамном автоматическом измерительном приемнике одновременно измеряются частота и мощность (напряжение) сигнала, а также отношение амплитуд двух сигналов. В измерителе комплексных коэффициентов передачи одновременно автоматически измеряются частота, модуль и фаза коэффициента передачи или отражения. Поэтому общая структурная схема такого прибора представляет собой соединение двух-трех схем N4.