Файл: Метрология 6 лаба.doc

При измерении частоты синусоидального напряжения часто используют метод фигур Лиссажу. Пусть на вход Y (канал, отклоняющий луч по вертикали) подано напряжение неизвестной частоты f_Y , а на вход X - напряжение плавно регулируемой известной частоты f_X (канал, отклоняющий луч по горизонтали, при этом предварительно необходимо отключить генератор развёртки). Регулировкой частоты f_X нужно добиться неподвижного изображения на экране - фигуры Лиссажу, что достигается, когда отношение частот будет соответствовать отношению целых чисел. Частота f_Y находится из соотношения

f_Y/ f_X = N_X/ N_Y , т.е. f_Y = f_X N_X/ N_Y,

где N_X- наибольшее число точек пересечения фигуры Лиссажу горизонтальной секущей, а N_Y - вертикальной. В частном случае, когда f_Y= f_X , фигура Лиссажу представляет собой эллипс.

Практически стремятся установить такую фигуру, для которой числа N_Y и N_X достаточно малы. В противном случае расшифровка фигуры становится затруднительной.

Точность измерения частоты рассмотренным методом не зависит от свойств осциллографа (частотного диапазона, чувствительности, размеров экрана и т.д.), а целиком определяется точностью, с которой известна образцовая частота.

5.4. Общие замечания при работе с АО АСК-1021

5.4.1. Исходное положение кнопок и ручек

Кнопки POWERиX–Yне нажаты.
Все семь ручек, обозначения под которыми начинаются со слова PULL, утоплены, т.е. не вытянуты.
Три ручки в голубых областях: две красных с обозначением VARв областях каналов 1 и 2 и ручкаVARSWEEPв области развёртки установлены в крайнее положение по часовой стрелке до щелчка.
Ручка HOLDOFFв области синхронизации установлена в крайнее положение против часовой стрелки.
Ручки INTENSITY,FOCUS, все триPOS,TRIGLEVELпримерно в средних положениях.

5.4.2. Настройка

Установите переключатели в указанные позиции:

AC-GND-DC (каналовCH1 илиCH2)GND

VERT MODE  CH1 или CH2

COUPLING  AUTO

SOURCE  CH1 или CH2

Нажмите красную кнопку POWERв чёрной области; если всё в порядке, слева от неё должен засветиться красный индикаторON.
Примерно через 20 секунд на экране должна появиться горизонтальная линия. Ручкой POSв области каналаCH1 установите её в середине экрана.
Ручкой INTENSITYотрегулируйте яркость, а ручкойFOCUSсфокусируйте эту линию.
ВНИМАНИЕ! Чем меньше яркость, тем острее можно сфокусировать изображение, т.е. тем тоньше будет линия и точнее измерения.

5.4.3. Одноканальный режим

Присоедините кабель с исследуемым напряжением к гнезду 1 MΩ 25 pF одного из каналов.

Установите переключатели в указанные позиции:

AC-GND-DC  AC или DC

VERT MODE  CH1 или CH2

COUPLING  NORM

SOURCE  CH1(CH2) или LINE или EXT

Установите переключатель масштаба по вертикали VOLT/DIV в канале в положение 5 В/дел, а переключатель масштаба по горизонтали TIME/DIV в положение 0,5 мс/дел.
Поворачивая ручку переключателя VOLT/DIV по часовой стрелке, подберите такое её положение, при котором измеряемый по вертикали отрезок, например, соответствующий размаху (двойной амплитуде) синусоиды займёт как можно бόльшую часть экрана по вертикали. При этом пользуйтесь ручкой POS в канале для перемещения изображения вверх – вниз без изменения размеров.
Поворачивая ручку переключателя TIME/DIV в ту или другую сторону, подберите такое её положение, при котором измеряемый по горизонтали отрезок, например, соответствующий периоду синусоиды займёт как можно бόльшую часть экрана. При этом пользуйтесь ручкой POS в области развёртки для перемещения изображения вправо – влево без изменения размеров.

5.4.4. Двухканальный режим

Присоедините кабели с исследуемыми напряжениями к гнёздам mω 25pF в каналах сh1 и ch2
Установите переключатели в позиции:

AC-GND-DC  AC или DC

VERT MODE  CH1 или CH2

COUPLING  NORM

SOURCE  CH1(CH2) или LINE или EXT

Регулировками VOLT/DIVпо обоям каналам иTIME/DIVдобиться приемлемого масштаба изображения по вертикали и горизонтали.

5.4.5. Двухканальный режим X –Y

Присоедините кабели с исследуемыми напряжениями к гнёздам mω 25pF в каналах сh1 и ch2
Нажмите красную кнопку X–Y.
Переключателями VOLT/DIVвыберите подходящий размер фигуры Лиссажу, а ручкамиPOSв каналахCH1 иCH2 – её расположение на экране.

5.5. Рекомендации по работе с ЦО TDS-1001 даны в соответствующих пунктах методических указаний.

5.6. Выполнение пункта 1.1 - измерение с помощью АО полного размаха и периода сигнала на зажимах 1-1

Установить AC-GND-DC  AC .
Выполнить указания пунктов 5.4.1 – 5.4.3 и получить устойчивое и максимально масштабное изображение сигнала. Измерить линейные отрезки, соответствующие полному размаху напряжения и периоду сигнала. Рассчитать измеренные параметры.

5.7. Выполнение пунктов 1.2. и 1.3 – измерение с помощью ЦО полного размаха, периода и среднеквадратического значения на зажимах 1-1

Включить питание ЦО.
Нажмите кнопку CH1 MENU (11) установить для параметра Probe значение «1X» последовательным нажатием кнопки 37.
Подать на вход CH1 сигнал 1-1.
Нажать кнопку AUTOSET (6), изображение устанавливается автоматически; для получения оптимального максимально масштабного изображения используйте регулировки коэффициентов отклонения по вертикали (9) и горизонтали (15).
Нажать кнопку Measure (26).
Кнопкой 34 установить в секторе экрана Source CH1
Последовательным нажатием кнопки 35 провести измерение периода (Period), полного размаха (Pk-Pk), среднеквадратического значения (Cyc RMS), а также следующих величин: Freq (частоты), Mean (среднее значение), Max (максимум), Min (минимум), Rise Time (время нарастания), Fall Time (время спада), Pos Width (длительность положительного импульса), Neg Width (длительность отрицательного импульса). При выполнении этого пункта можно ограничиться измерением только величин Period, Pk-Pk, Cyc RMS.

5.8. Выполнение пункта 2.1 - измерение с помощью АО параметров сигнала на зажимах 2-2

Переключатель AC-GND-DC  DC
Выполнить указания пунктов 5.4.1 – 5.4.3 и получить устойчивое и максимально масштабное изображение сигнала.
Измерить линейные отрезки, соответствующие высоте плоской вершины импульсаU_И, высоте выброса U_В, длительности импульса _и(см. рис. 9). При измерении _фрегулировками утопленной ручки TRIG LEVEL иручкой TIME/DIV получить максимальную растяжку фронта.При измерении _срегулировками оттянутой TRIG LEVEL иручкой TIME/DIV получить максимальную растяжку среза _с.

_с

Рис.9. К выполнению пунктов 2.1 и 2.2

5.9. Выполнение пункта 2.2 - измерение с помощью ЦО параметров сигнала на зажимах 2-2

Нажмите кнопку CH1 MENU (11) установить кнопкой 34 для параметра Coupling значение DC, а для параметра Probe - значение «1X» последовательным нажатием кнопки 37.
Нажмите кнопку CURSOR (29).
Кнопкой 34 для параметра TYPE установить значение Voltage.
Регулировками ручек 7 и 8 помещать курсоры на концах измеряемых отрезков.
В секторах экрана Delta, Cursor1, Cursor2 считать необходимые значения изме- ряемых величин, т.е. U_И и U_В.
При измерении временных параметров импульса кнопкой 34 для параметра TYPE установить значение Time и соответствующими перемещениями курсоров вдоль оси времени измерить _и, _ф и _с.

5.10. Выполнение пункта 3.1 - измерение с помощью АО частоты косвенным методом и методом фигур Лиссажу на зажимах 3-3

а) Косвенный метод

Подключить сигнал 3-3 к входу CH1 или CH2
Переключатель AC-GND-DC  AC
Выполнить указания пунктов 5.4.1 – 5.4.3 и получить устойчивое и максимально масштабное изображение сигнала. Измерить линейный отрезок, соответствующий периоду сигнала. Рассчитать период и частоту сигнала.

б) Метод фигур Лиссажу

Переключатели CH1 и CH2 AC-GND-DC  AC
Подключить сигнал 3-3 к входу CH1 или CH2
Подать на входы CH2 или CH1 синусоидальный сигнал с выхода Г3-131
Нажмите красную кнопку X–Y
Переключателями VOLT/DIVвыберите подходящий размер фигуры Лиссажу, а ручкамиPOSв каналахCH1 иCH2 – её расположение на экране.

5.11. Выполнение пункта 3.2 - измерение с помощью ЦО частоты следующими методами: прямым, косвенным и методом фигур Лиссажу на зажимах 3-3

Нажмите кнопки CH1 MENU (11) и CH2 MENU (12) и установите для каждого из каналов для параметров Probe значение 1Х

Подключить сигнал 3-3 к входу CH1 или CH2
Подать на входы CH2 или CH1 синусоидальный сигнал с выхода Г3-131
Нажмите кнопку AUTOSET (6)
Переключателями VOLT/DIV (9,10) примерно выровнять амплитуды отображаемых сигналов
Нажмите кнопку DISPLAY (30)
Нажмите кнопку 36 и в секторе экрана Format установите параметр XY
Регулировкой частоты сигнала с выхода Г3-117 добиться неподвижной и достаточно простой фигуры Лиссажу; рассчитать значение измеряемой частоту

5.12. Выполнение пункта 4 - измерение ЦО спектра сигнала прямоугольной формы с частотой, заданной преподавателем

Разложение напряжения прямоугольной формы со скважностью 2 в ряд Фурье имеет вид:

где U_m– максимальное значение импульсного напряжения.

Подключить сигнал прямоугольной формы Г117 к входу CH1 или CH2.
Нажмите кнопку AUTOSET (6).
Последовательным нажатием кнопки 34 установить кнопкой для параметра Operation значение FFT.
Нажмите кнопку MATH Menu (13).
Кнопкой 37 в секторе Window установить Flattop.
Ручкой SEC/DIV (15) удобную картинку спектра.
Нажмите кнопку CURSOR (29)
В секторе Type кнопкой 34 установить значение Magnitude.
Поворачивая ручку CURSOR (7) совместить перемещающийся курсор с самой высокой точкой спектральной линии и в секторе экрана Cursor 1 прочитать значение в dB. Уровень 0 дБ соответствует среднеквадратическому значению напряжения 1 В, поэтому перевод полученного числа в значение амплитуды первой гармоники в вольтах рассчитывается так: