МиЭР 5

Минобрнауки России

«Юго-Западный государственный университет»

Кафедра вычислительной техники

Лабораторная работа №5

По дисциплине: «Метрология, стандартизация и технические измерения».

На тему: «Измерение параметров сигналов с помощью электронно-лучевого осциллографа».

Выполнили: студенты группы ИБ-01б

Проверил: инженер Коломиец Е.А.

Курск 2022

Цель работы: Овладение методикой измерения фазовых, частотных и временных параметров переодических сигналов с помощью осциллографа, Получение навыков работы с измерительными генераторами.

Приборы для работы

1. Двухканальный осциллограф С1-79.

2. Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-112.

3. Генератор сигналов низкочастотный ГЗ-103.

4. Генератор импульсов Г5-63.

5. Лаб. стенд для получения сдвига фазы синосоидального колебания.

ХОД РАБОТЫ

1. Измерим разность фаз, сдвинутых по фазе двух синусоидальных колебаний, с помощью двухканального осциллографа и оценим погрешность измерений (рисунок 1).

В общем случае разность фаз определяется выражением

φ = ∙ 360°

В нашем случае = 0,5 а Т = 9 тогда получим

φ = ∙ 360° = 20 °

Рисунок 1 – Измерение разность фаз двухканального осцилографа

 Так как при измерении разности фаз использовался косвенный метод, то погрешность измерения ∆φ может быть определена как

Из этого можем получить, что погрешность измерения ∆φ равна:

= 0,015 = 1,5%

2. Измерим те же разности фаз однолучевым и двухканальным осциллографом в режиме эллиптической развертки и оценим погрешности измерений (рисунок 2).

Рисунок 2 – Измерение разности фаз двух синусоидальных сигналов методом эллипса

Для измерения разности фаз двух синусоидальных сигналов методом эллипса нам понадобятся следующие формулы:

sin φ = ; sin φ = =

Исходя из рисунка эллипса имеем такие значения: В = 0;5 Xm = 1,5; A=1; Ym = 3. Подставив их в формулы получим следующие значения:

sin φ = = 0,333 ± 2%;

sin φ = = 0,333 ± 2%;

φ=20^о

3. Измерим частоту синусоидального сигнала методом непосредственной оценки с помощью калиброванной развертки (рисунок 3). При этом измерим период колебания Т и определим частоту f как величину обратную периоду: f=1/T.

Рисунок 3 – Измерие частоты синусоидального сигнала методом непосредственной оценки

В таком случае период колебания будет равен Т = 10 ∙ 0.1 = 1 мс.

Определим частоту, она будет равна:

f = = 1000 Гц ± 4,5%

Затем применим метод непосредственной оценки, где имеем Т = 10 ∙ 50 мкс = 500 мкс, отсуда получим частоту f1= = ∙ 10³ Гц = 1818 Гц ± 4,5%.

Более точные результаты измерения частоты синусоидального сигнала может дать метод сравнения, при котором осциллограф используется как индикатор равенства или кратности частот. 

4. Измерим частоту того же синусоидального сигнала методом сравнения при помощи двухканального осциллографа.

При непосредственном сравнении сигналов с помощью двухлучевого осциллографа производится прямое сопоставление сигналов (измеряемого и опорного), отображаемых по двум каналам осциллографа. При этом исследуемый сигнал подается на вход канала 1, а опорный на вход канала 2 .

Проведём три измерения частоты опорного генератора при различных кратностях. Определим частоту исследуемого сигнала как:

В первом измерении частота опорного генератора будет равна (рисунок 4):

fопор. = f1= 1818 Гц ± 1,025%

Рисунок 4 – Частота первого опорного генератора

Во втором измерении частота опорного генератора будет равна (рисунок 5):

fопор. = 2f1 = 3636 Гц ± 1,0125%

Рисунок 5 – Частота второго опорного генератора

В третьем измерении частота опорного генератора будет равна (рисунок 6):

fопор. = 3f1 = 5454 Гц ± 1,0083%

Рисунок 6 – Частота третьего опорного генератора

5.  Измерим частоту того же синусоидального сигнала методом фигур Лиссажу.

Для реализации метода фигур Лиссажу измеряемый сигнал подается на вход У, а опорный - на вход X осциллографа, при этом осциллограф должен бить переведен в режим синусоидальной (эллиптической) развертки (внутренняя развертка должна быть отключена). При кратности частот изображение будет неподвижным и образует замкнутую фигуру, по виду которой легко определить величину кратности (в частном случае при равенстве частот будет получен эллипс). В общем случае для определения кратности достаточно мысленно провести горизонтальную и вертикальную линии и взять отношение количества точек пересечения с фигурой в горизонтальной и вертикальной плоскости:

 

где К - коэффициент кратности частот; n_b и n_r - количество точек пересечения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Проведём три измерения частот при различных кратностях и оценим ошибку измерения.

В первом измерении частота при кратности f1 будет равна (рисунок 7):

fопор. = f1; К = = 1 ± 3%

Рисунок 7 – Измерение первой частоты

В втором измерении частота при кратности f2 будет равна (рисунок 8):

fопор. = f2; К = = 2 ± 3,5%

Рисунок 8 – Измерение второй частоты

В третьем измерении частота при кратности f3 будет равна (рисунок 9):

fопор. = f3; К = = 3 ± 4%

Рисунок 9 – Измерение третьей частоты

6.  Измерим частоту того же синусоидального сигнала методом темновых меток.

Для измерения частоты методом темновых меток осциллограф переводится в режим круговой развертки. При этом на вход У подается исследуемый сигнал, а на вход X - тот же сигнал, но сдвинутый по фазе. В результате на экране осциллографа будет отображаться эллипс.

Проведём три измерения частот при различных кратностях и оценим ошибку измерений.

В первом измерении при fопор. = f1 ± 2,015% (20) имеем 1 темневую метку (рисунок 10).

Рисунок 10 – Измерение первой частоты с 1 меткой

Во втором измерении при fопор. = f2 ± 2,0075% (40) имеем 2 темневые метки (рисунок 11).

Рисунок 11 – Измерение второй частоты с 2 метками

В третьем измерении при fопор. = f3 ± 2,005% (60) имеем 3 темневые метки (рисунок 12).

Рисунок 12 – Измерение третьей частоты с 3 метками

Вывод: мы ознакомились с методикой измерения фазовых, частотных и временных параметров периодических сигналов с помощью осциллографа, и получили навыки работы с измерительными генераторами.