Изучение_ждущего_режима_осциллографа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»

Кафедра «Электрическая связь»

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Измерения в технике связи»

ТЕМА РАБОТЫ

«Изучение ждущего режима осциллографа»

Обучающийся:	____________ Подпись, дата	И.О. Фамилия
Сдан на проверку:	____________ Подпись, дата	______________ И.О. Фамилия
Исправить замечания:____________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________ _______________________________________	____________ Подпись, дата	______________ И.О. Фамилия
Защита: ________________ Оценка	____________ Подпись, дата	______________ И.О. Фамилия

Санкт-Петербург

2025

Оценочный лист

№ п/п	Материалы необходимые для оценки знаний, умений и навыков	Показатель оценивания	Критерии оценивания	Шкала оценивания
1	Лабораторная работа	Наличие заготовки	Присутствует	1
			Отсутствует	0
		Правильность ответа на вопрос	Получены правильные ответы на вопросы	3
			Получены частично правильные ответы	1
			Получены неправильные ответы	0
		Срок выполнения работы	Выполнение в срок	2
			Выполнение с опозданием на 1 неделю и более	0
		Точность выводов	Выводы носят конкретный характер	4
			Выводы носят формальный характер	0
ИТОГО максимальное количество баллов					10

Цель работы: изучение ждущего режима осциллографа.

Программа работы

1. Обработка результатов, полученных при записи осциллограм;

2. Построение диаграмм осциллограмм в Excel;

3. Построение спектрограмм в Excel с помощью быстрого преобразования Фурье.

Краткие теоретические сведения

Осциллограф – это прибор, предназначенный для исследования (наблюдения, записи, измерения) амплитудных и временных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход, и наглядно отображаемого (визуализации) непосредственно на экране.

Принцип работы осциллографа основан на регистрации и анализе изменений напряжения во времени. Прибор отображает графическое представление напряжения сигнала (по вертикальной оси) относительно времени (по горизонтальной оси), позволяя анализировать его характеристики, такие как частота, амплитуда, форма и фаза. 

В осциллографе есть режимы работы, связанные с работой развёртки, входом, синхронизацией и измерением. Эти режимы определяют условия отображения сигнала на экране, обработку входного сигнала и синхронизацию генератора развёртки.

В большинстве осциллографов используются два основных режима развертки:

1. Автоматический (автоколебательный) – генератор развёртки работает в автоколебательном режиме, даже в отсутствие сигнала по окончании цикла развёртки происходит её очередной запуск.

2. Ждущий – развёртка запускается при достижении сигналом некоторого настроенного оператором уровня, можно настроить запуск по нарастающему фронту сигнала или по падающему.

Можно выбрать три режима входа: 

1. Связь по постоянному току – входной сигнал не подвергается обработке.

2. Связь по переменному току – фильтруется постоянная составляющая сигнала, развёртка исследуемого сигнала центрируется относительно уровня «ноль вольт».

3. Режим «земля» – входной сигнал отключается от системы вертикального отклонения, что позволяет установить на экране положение уровня «ноль вольт».

Обычно в осциллографах предусмотрены три режима синхронизации генератора развёртки:

1. Внутренняя синхронизация – на вход узла синхронизации поступает исследуемое напряжение с выхода предварительного усилителя осциллографа.

2. Внешняя синхронизация – на вход узла синхронизации поступает напряжение, поданное на специальный вход осциллографа. Напряжение развёртки становится синхронным со вторым напряжением, а на экране наблюдают форму первого — исследуемого.

3. Синхронизация «от сети» – на вход узла синхронизации поступает напряжение от источника питания осциллографа, являющееся частью поданного на этот источник внешнего напряжения питания.

В ряде случаев (при измерении частоты, фазового сдвига и пр.) генератор развёртки отключают, а на оконечный усилитель канала подают сигналы от внешнего источника развёртывающего напряжения (режим X–Y).

Ход работы

Запись на flash двух осциллограмм в ждущем режиме осциллографа. Фиксирование параметров записи

После проведения эксперимента были получены следующие осциллограммы и данные:

Рис. 1 – Снимок осциллографа №1

Рис. 2 – Исходные данные верхнего и нижнего спектра на снимке №1 осциллографа

Рис. 3 – Снимок осциллографа №2

Рис. 4 – Исходные данные верхнего и нижнего спектра на снимке №2 осциллографа

Расчет

В первых 16-ти строках файла находятся сведения о полученных данных. Так, например, для верхнего спектра на первом снимке осциллографа указываются величины и масштабы шкалы:

• по вертикали – вольты, цена деления – 2 · 10^0 = 2 В;

• по горизонтали – секунды, цена деления – 2,5 · 10^(-6) = 0,000025 с = 2,5 мкс.

• период дискретизации – 1 · 10^(-8) = 0,00000001 с = 0,01 мкс.

Соответственно, для нижнего спектра на первом рисунке:

• по вертикали – 5 · 10^(-1) = 0,5 В;

• по горизонтали – 2,5 · 10^(-6) = 2,5 мкс;

• период дискретизации – 1 · 10^(-8) = 0,01 мкс.

Для верхнего спектра на втором рисунке:

• по вертикали – 2 · 10^(0) = 2 В;

• по горизонтали – 2,5 · 10^(-6) = 2,5 мкс;

• период дискретизации – 1 · 10^(-8) = 0,01 мкс.

Для нижнего спектра на втором рисунке:

• по вертикали – 5 ·10^(-1) = 0,5 В;

• по горизонтали – 2,5 · 10^(-6) = 2,5 мкс;

• период дискретизации – 1· 10^(-8) = 0,01 мкс.

Сами данные начинаются с 17-ой строки и составляют 4000 строк.

Построение диаграмм

После выделения данных 4000 строк начиная с 17-ой, необходимо выбрать пункт меню «Вставка → Диаграммы → Точечная с прямыми отрезками» (Рис. 4).

Рис. 4 – Выбор типа диаграммы

Появится диаграмма оцифрованных данных для 4000 отсчетов (рис. 5).

Далее, опираясь на расчеты выше, выставляем цену деления для вертикальной и горизонтальной осей (рис. 5).

Рис. 5 – Установка цены деления

Рис. 6 – Диаграмма для 4000 отчетов верхнего сигнала осциллограммы №1

Рис. 7 – Диаграмма для 4000 отчетов нижнего сигнала осциллограммы №1

Рис. 8 – Диаграмма для 4000 отчетов верхнего сигнала осциллограммы №2

Рис. 9 – Диаграмма для 4000 отчетов нижнего сигнала осциллограммы №2

Построение спектрограмм в Excel с помощью быстрого преобразования Фурье

Для построения спектрограммы понадобится выполнить целый ряд действий.

1. Создать новый лист в файле Ecxel.

2. Ввести заголовки столбцов новой таблицы: «Гармоника», «Данные», «Фурье», «Спектр_амплитуда», «Частота, Гц».

3. Заполнить столбец «Гармоника».

4. Скопировать данные осциллографа в колонку «Данные».

5. Выполнить быстрое преобразование Фурье (БПФ) и заполнить столбец «Фурье».

6. Рассчитать и заполнить столбец «Спектр_амплитуда».

7. Рассчитать и заполнить столбец «Частота, Гц».

8. Построить гистограмму спектра для первых 16-20 гармоник.

Рис. 11 – Рассчитанные значения амплитуды верхнего сигнала осциллограммы №1

Для расчета значения амплитуды оставшихся сигналов с привязкой к частоте используем тот же алгоритм.

По рассчитанным значениям амплитуды сигнала построим гистограмму с привязкой к слышимым частотам (рис. 11 – рис. 14).

Рис. 11 – Спектр верхнего сигнала осциллограммы №1

Рис. 12 – Спектр нижнего сигнала осциллограммы №1

Рис. 13 – Спектр верхнего сигнала осциллограммы №2

Рис. 14 – Спектр нижнего сигнала осциллограммы №2

Вывод

В ходе выполнения практической работы практической работы были получены навыки обработки результатов в программе Excel для построения диаграмм (рис. 6 – рис. 9) и спектрограмм (рис. 11 – рис. 14).

Данный эксперимент был необходим для изучения ждущего режима осциллографа. По результатам измерений выявлено:

Ждущий режим осциллографа – это режим, в котором осциллограф регистрирует форму сигналов только при выполнении условий запуска.  При отсутствии этих условий осциллограф ждёт их появления, и на экране сохраняется предыдущая осциллограмма, если она была зарегистрирована.