Техника физического эксперемента (конспект) (стр. 5 из 14)
1. Дискретного гетеродинного перетворення. В цьому випадку частота гетеродина дискретна і кратна частоті кварцового генератора.
2. Метод гетеродинного перенесення спектр частот, коли частота гетеродина змінюється плавно автоматично так, щоб різниця між вхідною частотою і частотою гетеродина дорівнювала f0.
Рис.19.2. Структурна схема частотоміра, що працює за принципом на гетеродинного перетворення
- в цій формулі є неоднозначність (+/-). Щоб її виключити, необхідно провести вимірювання на n та n±1 гармоніці (3 вимірювання). Вибираємо, на якій частоті співпадає. Це є недоліком цього методу.20. Метод гетеродинного перенесення частот. Структурна схема і робота НВЧ частотоміра.
Зауважимо, що супергетеродинні методи перенесення спектру частот бувають двох типів:
3. Дискретного гетеродинного перетворення. В цьому випадку частота гетеродина дискретна і кратна частоті кварцового генератора.
4. Метод гетеродинного перенесення спектр частот, коли частота гетеродина змінюється плавно автоматично так, щоб різниця між вхідною частотою і частотою гетеродина дорівнювала f0.
Гетеродин може змінювати свою частоту неперервно і автоматично відслідковувати fx, але так, щоб різниця між fx і n-ною гармонікою гетеродину дорівнюватиме частоті кварцового генератора, f0:
Сигнали на виході інтегратора, які керують частотою гетеродина, будуть відмінні від нуля тільки при перехідних процесах при автоматичній настройці гетеродина.
Недолі той же самий, як і в методі дискретного гетеродинного перетворення: неоднозначність гармоніки, треба робити три вимірювання (два, які співпали, будуть відповідати результату).
21. Прилади і методи для вимірювання малих величин інтервалу часу.
Частотоміри використовуються як вимірювачі інтервалу часу, але при зменшенні інтервалу часу потрібно збільшувати точність приладу і використовувати методи масштабно-часового перетворення. Масштабно-часові перетворювачі дозволяють виміряти піко- і наносекундні інтервали за допомогою звичайних частотомірів.
Точність вимірювання інтервалів часу можна підвищити за допомогою трьох методів:
1. Метод затриманих співпадань.
2. Ноніусний (вернерний) метод.
3. Метод статистичних випробувань.
Основна похибка перших двох методів – похибка, обумовлена нестабільністю частоти кварцового генератора d0, шумами: dш. Найбільш суттєва похибка дискретизації: 
.
Зауваження до рис.: 
- це похибки, обумовлені неспівпаданням імпульсів кварцового генератора і початку та кінця сигналу. Жодного відношення до тривалості передніх і задніх фронтів, вказаних на малюнку, вони не мають. Довжина сигналу – інтервал часу, коли сигнал має рівень одиниці. Фронти імпульсів взагалі можна вважати прямокутними. Далі “передній фронт” розуміємо як інтервал часу між початком сигналу (чи переходу сигналу з “0” в “1”) і часом появи першого імпульсу генератора.
Передній фронт зменшуємо до нуля за рахунок “прив’язки” частоти кварцового генератора до строб-імпульсу Þ кварцовий генератор починає генерувати імпульси з частотою f0, коли приходить строб-імпульс.
Неспівпадання заднього фронту може бути зменшене, як фактор, що впливає на точність вимірювання, шляхом використання Ноніусного методу. Цей метод дозволяє розбити інтервал T0 на 10 частин і з точністю до 0.1 виміряти неспівпадання з фронтом імпульсу f0.
Якщо імпульси подавати на лінію затримки (ЛЗ), то можна виявити, на якому кінці ЛЗ з’являється імпульс, і генерувати строб-імпульс.
Більше інформації про принципи та реалізацію методів прецизійного вимірювання сигналів малої тривалості можна отримати з опису кожного з них, що приводиться нижче.
22. Підвищення точності вимірювання інтервалу часу методом затриманих співпадань.
Метод дозволяє зменшити похибку в 10-20 разів.
Завдання, що вирішує метод: зменшення похибки неспівпадання імпульсів кварцового генератора зі стоповими імпульсами шляхом затримки імпульсу кварцового генератора на секційній лінії затримці. Перший імпульс кварцового генератора синхронізований зі стартовим імпульсом.
Блок-схема пристрою для вимірювання інтервалу часу методом затриманих співпадань:
На схемі введено позначення: Ci – і-тий селектор, Лзі – і-та лінія затримки, і=1..k.
Затримка на кожній секції ЛЗ, які затримують імпульси кварцового генератора: T0/k. Всі селектори (С1...Сk) відкриваються імпульсами, що співпадають з фронтом селекторного імпульсу (імпульсом з тригера).
Таким чином, абсолютна похибка зменшується на величину Т0/k.
Цифровий індикатор має дві шкали: одна показує кількість підрахованих імпульсів від кварцового генератора, а інша –значення інтервалу часу від останнього імпульсу кварцового генератора до кінця сигналу. Зауважимо, що чим більше ЛЗ, тим точніше ми виміряємо цей “залишковий” інтервал.
23. Ноніусний метод підвищення точності вимірювання інтервалу часу.
Метод дозволяє зменшити похибку в 10...100 разів.
Ноніусний генератор генерує імпульси з періодом, що менший за період імпульсів кварцового генератора. Запускається ноніусний генератор стоповим імпульсом. Фіксується момент співпадання імпульсів ноніусного та кварцового генератора. Рахуються кількість імпульсів до спів падання. Вона позначена як nx. Тоді
.Вибір періоду імпульсів ноніусного генератора Тн береться з умови:
, 
. 
.При такому виборі k відносна похибка зменшиться в k разів.
Блок-схема такого частотоміра подана нижче:
Рис. 23.1. Блок-схема частотоміра, в якому використовується ноніус ний метод.
Блок керування скидає на “0” лічильники та керує формуючими пристроями.
Генератор ноніусних імпульсів запускається (Тн) запускається стоповим імпульсом, останній також відкриває за допомогою Тригера 2 Селектор 2, і на лічильник проходять ноніусні імпульси. Інтервал часу між ноніус ними імпульсами та імпульсами генератора Т0 з кожним періодом зменшується, і в момент їх співпадання спрацьовує Схема співпадання, що виробляє імпульс скидання, що переводить всю схему в вихідне положення.
24. Метод статистичних випробувань у вимірювачах інтервалу часу.
З високою точністю виміряти інтервали часу від 10 нс до 10 мкс дозволяє метод статистичних випробувань, який ґрунтується на тому, що математичне сподівання деякої величини лінійно пов’язане з параметрами, що вимірюються (інтервал часу). Цей метод придатний тільки для періодичних сигналів.
Часові діаграми, що ілюструють роботу схеми наведені нижче. В схемі формуються високо стабільні квантуючі імпульси. Треба підрахувати, яка кількість квантуючих імпульсів співпала з імпульсом, який треба виміряти.
Ймовірність співпадання квантуючих імпульсів та імпульсів, що формуються:
В формулі: m – кількість імпульсів, які співпали, n – загальна кількість імпульсів.
Якщо вибрати:
, де показник степені цілий, то можна проводити безпосередній відлік.Для нормальної роботи методу потрібно, щоб:
Чим більше n, тим більша точність.
Блок-схема:
В цій схемі блок керування відкриває ключі.
Величину n можна підібрати. З лічильника n, коли він переповнюється, іде команда на БК.
Виталик Чередий
25.Фазометри, їх типи та використання.
Фазометри - це пристрої для вимірювання фазового зсуву сигналів.
U1 = U1max·sin(ω1·t + φ1);
U2 = U2max·sin(ω2·t + φ2);
∆φ =( ω1- ω2)t + φ1 - φ2