3. Приклад виконання роботи

1. Пристрій "LPT_Sensor_10h" під’єднуємо до комп’ютера за допомогою стандартного кабелю принтера, вмикаємо живлення плати (напруга 4,5 В, полярність «+»). Запускаємо керуючу програму „LPT_Sensor_10s” на виконання.

2. Тумблером S2 на платі пристрою встановлюємо значення режиму „G”, в якому сигнал на АЦП подається з генератора.

3. Зчитуємо за допомогою програми „LPT_Sensor_10s” сигнал з гене­ратора в режимі „Осцилограф” при частоті дискрети­зації f_d = 50 Гц (рис. 2.1). Змінним резисто­ром R22 встановлюємо амплітуду сигналу U_S =0.3 В.

4. Вимикаємо режим осцилографа в програмі „LPT_Sensor_10s” і зчитуємо значення сигналу при 4 значеннях частоти дискретизації f_d і кількості точок графіка Q_I (табл. 2.1). Отримані графіки №1 (рис. 2.1) і №2-№4 (рис. 3.1) залежностей відповідно U₁(t) – U₄(t) записуємо у файли. За формою графіка №1 визначаємо період сигналу T_S =1.42 с і частоту f_S = 1/1.42 с = 0.704 Гц.

а)

б)

в)

Рис. 3.1. Графіки сигналу №2-4 (Q_I=101): а) графік №2, f_d = 25 Гц; б) графік №3, f_d = 10 Гц; в) графік №4, f_d = 5 Гц

5. За допомогою програми „Fourier_1D” виконуємо пряме перетворення Фур’є залежностей U₁(t) – U₄(t), записаних у файли. Кількість гармонік k_m вибираємо рівною 25 (рис. 3.2). Для кожного спектру c(f) визначаємо частоту дискретизації f_d, частоту Найквіста f_N, частоту f_max гармоніки з максимальною амплітудою (крім нульової). Отримані спектри c(f), а саме амплітуди гармонік c та відповідні їм частоти f, записуємо у таблицю 3.1.

а)

б)

в)

г)

Рис. 3.2. Спектри графіків сигналів U(t) №1-4:

а) графік №2, f_d = 50 Гц, f_N = 25 Гц, f_max = 0.75 Гц;

б) графік №2, f_d = 25 Гц, f_N = 12.5 Гц, f_max = 0.75 Гц;

в) графік №3, f_d = 10 Гц, f_N = 5 Гц, f_max = 0.7 Гц;

г) графік №4, f_d = 5 Гц, f_N = 2.5 Гц, f_max = 0.7 Гц

У випадку, якщо частота f_S корисного сигналу перевищує частоту Найквіста f_N, відбувається накладання спектрів (рис. 3.3). Залежно від відношення частот дискретизації f_d і сигналу f_S відбувається специ­фічне спотворення форми сигналу, а відповідно і його частотного спектру. При цьому на рис. 3.3а корисний сигнал з частотою ≈0.7 Гц ще частково присутній у спектрі, але форма сигналу сильно спотворена низькочастотної модуляцією амплітуди (≈0.05 Гц). При вищих частотах дискретизації корисний сигнал відсутній у частотному спектрі (рис. 3.3б).

Таблиця 3.1

Спектри c(f) з k гармонік для сигналів U(t) №1-4

	№1, fd = 50 Гц		№2, fd = 25 Гц		№3, fd = 10 Гц		№4, fd = 5 Гц
k	f, Гц	c(f), В	f, Гц	c(f), В	f, Гц	c(f), В	f, Гц	c(f), В
0	0	0.2392	0	0.2367	0	0.2191	0	0.2153
1	0.25	0.0193	0.25	0.021	0.1	0.0044	0.05	0.0041
2	0.5	0.0393	0.5	0.0399	0.2	0.0043	0.1	0.0044
3	0.75	0.1252	0.75	0.1221	0.3	0.0054	0.15	0.0058
4	1	0.0304	1	0.0293	0.4	0.0059	0.2	0.0029
5	1.25	0.0389	1.25	0.0377	0.5	0.0088	0.25	0.0034
6	1.5	0.0253	1.5	0.0263	0.6	0.0168	0.3	0.0029
7	1.75	0.0068	1.75	0.0071	0.7	0.1322	0.35	0.0067
8	2	0.0063	2	0.0064	0.8	0.0103	0.4	0.0047
9	2.25	0.0018	2.25	0.0001	0.9	0.0049	0.45	0.0059
10	2.5	0.0021	2.5	0.0016	1	0.0019	0.5	0.0052
11	2.75	0.0123	2.75	0.0113	1.1	0.0005	0.55	0.0121
12	3	0.0013	3	0.0013	1.2	0.0025	0.6	0.0159
13	3.25	0.0024	3.25	0.0016	1.3	0.009	0.65	0.0341
14	3.5	0.0076	3.5	0.0084	1.4	0.046	0.7	0.123
15	3.75	0.0013	3.75	0.002	1.5	0.009	0.75	0.0196
16	4	0.0014	4	0.002	1.6	0.0057	0.8	0.01
17	4.25	0.0007	4.25	0.0009	1.7	0.0053	0.85	0.0068
18	4.5	0.0006	4.5	0.0007	1.8	0.0028	0.9	0.0051
19	4.75	0.0029	4.75	0.0024	1.9	0.0029	0.95	0.0036
20	5	0.0015	5	0.0009	2	0.0021	1	0.0025
21	5.25	0.001	5.25	0.0008	2.1	0.005	1.05	0.0016
22	5.5	0.0036	5.5	0.0036	2.2	0.0033	1.1	0.0017
23	5.75	0.0002	5.75	0.0005	2.3	0.0026	1.15	0.002
24	6	0.0001	6	0.0004	2.4	0.0048	1.2	0.0017
25	6.25	0.0009	6.25	0.0012	2.5	0.0024	1.25	0.0045

а)

б)

Рис. 3.3. Накладання спектрів: а) f_d = 1.333 Гц, f_N = 0.667 Гц, f_max = 0.640 Гц; б) f_d = 0.455 Гц, f_N = 0.227 Гц, f_max = 0.218 Гц;

6. Будуємо залежності U₁(t) – U₄(t) для інтервалу часу 4 с (рис. 3.4), при цьому на кожному графіку спостерігається приблизно 3 періоди сигналу.

а)

б)

в)

Рис. 3.4. Графіки сигналу №2-4: а) графік №2, f_d = 25 Гц; б) графік №3, f_d = 10 Гц; в) графік №4, f_d = 5 Гц