УДК

621.398

Б-953 МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

Образования российской федерации

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

А.П.Быков, е.А.Долгачева, и.Н.Желбаков, ю.С.Солодов, м.Ю.Шунин

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И КОМПЬЮТЕРНЫЕ

ИЗМЕРЕНИЯ

Методическое руководство

для лабораторных работ по дисциплине

“Электрические и компьютерные измерения”

Москва Издательство МЭИ 2008

УДК

621.398

Б-953

УДК: 681.3.08(072)

Утверждено учебным управлением МЭИ

Рецензент: доцент, к.т.н. В.Ю.Кончаловский

Подготовлено на кафедре Информационно-измерительной техники

А.П.Быков, Е.А.Долгачева, И.Н.Желбаков, Ю.С.Солодов, М.Ю.Шунин. Электрические и компьютерные измерения: Методическое руководство для лабораторных работ по дисциплине “Компьютерные измерения”.-М: Изд-во МЭИ, 2008.- с.

Учебное пособие рассчитано на студентов пятых курсов различных специальностей, изучающих дисциплины “Электрические и компьютерные измерения“ и “Компьютерные измерения”.

В пособие включены описания четырех лабораторных работ: “Экспериментальное определение характеристик сигналов измерительной информации” (№ 85), “Исследование погрешностей, вызванных дискретизацией, квантованием и восстановлением аналоговых сигналов” (№ 86),“Цифровой спектральный анализ“ (№ 87),“и “Цифровой фильтр“ (№ 88).

Лабораторные работы проводятся фронтальным методом за 16 часов.

Продолжительность каждого лабораторного занятия — 2 или 4 часа.

Московский энергетический институт (технический университет) 2008 г.

Введение

Цифровая обработка аналоговых сигналов (процессов) предполагает предварительное проведение следующих операций: дискретизацию сигналов по времени, квантование по уровню, кодирование и ввод полученных цифровых сигналов в ЭВМ. Операции дискретизации, квантования и кодирования осуществляют аналого-цифровые преобразователи.

Дискретизация и квантование неизбежно приводят к потерям полезной информации и, следовательно, к погрешностям в результатах цифровой обработки аналоговых сигналов. Поэтому чрезвычайно важно технически грамотно выбрать аналого-цифровой преобразователь с требуемыми разрешающей способностью, точностью и быстродействием для решения конкретной задачи компьютерных измерений, а также методику цифровой обработки сигналов измерительной информации.

Целью данного лабораторного практикума является экспериментальное определение статистических и спектральных характеристик аналоговых сигналов измерительной информации, изучение погрешностей, связанных с дискретизацией, квантованием и последующим восстановлением исследуемых процессов, а также изучение элементов цифрового анализа и цифровой фильтрации.

Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд состоит из:

— источника исследуемого случайного процесса на базе генератора шума низкочастотного типа Г2-57;

— аналого-цифрового преобразователя типа ПФИ-18-03 (АЦП), снабженного по выходу стандартным интерфейсом типа RS-232C;

— персонального компьютера IBM PC AT.

Исследуемый низкочастотный случайный процесс представляет собой электрическое напряжение, которое поступает от генератора шума на вход АЦП, преобразуется в массив цифровых сигналов и вводится в ПЭВМ. Регистрация, отображение и обработка сигналов измерительной информации производится с помощью прикладного программного обеспечения “GeMiS ЭКИ” (программы GeMiS ЭКИ).

Основные технические характеристики АЦП:

1. Количество входных измерительных каналов............,.............................................4

2. Число двоичных разрядов (разрядность)................................................................18

3. Номинальное значение младшего разряда…….................................................5 мкВ

4. Диапазон измерений, не менее…………………................... ..........................± 0,6 В

5. Входное сопротивление на постоянном токе, не менее .................................3 МОм

6. Напряжение смещения нуля, не более........................................................± 200 мкВ

7. Основная относительная погрешность в конечной точке диапазона измерений, не более............................................................................................................± 0,05 %

8. Приведенная погрешность линейности, не более......................................± 0,001 %

9. Приведенная погрешность дифференциальной линейности, не более....± 0,0004 %

10. Время преобразования (одновременно по 4-м каналам), не более.................50 мс

11. Время установления рабочего режима после включения, не более...............5 мин

12. Область рабочих температур...........................................................от 10°С до 35°С

В данном лабораторном практикуме АЦП используется только в одноканальном режиме работы (включен первый измерительный канал).

Запись любой реализации случайного процесса производится с максимальной разрешающей способностью, возможной для данного АЦП, при максимальном быстродействии (20 точек в секунду). Эта запись служит в качестве эталонной. Если выбрана меньшая разрешающая способность АЦП и (или) меньшее быстродействие, то эталонная запись исследуемого процесса используется для анализа погрешностей, вызванных дискретизацией, квантованием и последующим восстановлением этого процесса.

Краткое описание программы GeMiS ЭКИ, необходимое для выполнения данного лабораторного практикума, помещено в приложении. Более подробное описание этой программы можно вызвать на экран монитора ПЭВМ.

В памяти программы GeMiS ЭКИ хранится набор записанных ранее реализаций случайных процессов. Одной из этих реализаций (по указанию преподавателя) можно воспользоваться для выполнения заданий лабораторного практикума. При этом отпадает необходимость в длительной предварительной записи исследуемого процесса.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 85