Пример измерения длительности фронта импульса
Измерение временных параметров импульса - фронта, длительности по конкретному уровню сигнала, среза импульса — сопровождается появлением дополнительных составляющих погрешностей, обусловленных ошибками определения уровней отсчета.
Пусть, например, требуется измерить длительность переднего фронта импульса tф. Изображение импульса на экране имеет амплитуду lи =7 делений, расстояние между точками пересечения нарастающим передним фронтом уровней 0,1 и 0,9 от амплитуды импульса составляет lф(t) =3,5 деления (рис. 4). Измерения выполняются осциллографом С1-93. Переключатель коэффициента отклонения находится в положении 1 В/дел, а коэффициента развертки - в положении 0,1 мкс/дел.
РЕШЕНИЕ. 1. Точечная оценка длительности переднего фронта tф составляет:
tф = lф(t) *0,1 (мкс/дел);
tф =3,5 * 0,1 = 0,35 мкс.
2. Интервальная оценка складывается, во-первых, из четырех составляющих, имеющих ту же природу, что и при оценке временного интервала (см. предыдущий пример). Это погрешность калибровок масштабной сетки, состоящая из погрешности периода калибровочного сигнала Dак(t) и погрешности совмещения калибровочного сигнала с масштабной сеткой Dск(t):
Dак(t)= ±dак(t)* lф(t),
Dак(t)=±0,015 * 3,5 = ±0,0526 дел ;
Dск(t)= ±dск(t)* lф(t),
dск(t) =±(0,1/10)*3,5 дел=±0,035 дел.
Следующую пару составляющих интервальной оценки образуют погрешность совмещения измеряемого временного интервала с масштабной сеткой Dси(t) и погрешность, с которой измеряемый интервал изображается на экране Dи(t)
Dси(t) =±0,1 дел;
Dи(t)= ±dи(t)* lф(t).
Здесь dи(t) — справочная величина, задается в техническом описании. Для осциллографа С1-93 записано: "Пределы допускаемого значения относительной погрешности коэффициентов развертки при изображении сигнала по горизонтали не менее четырех делений для всех коэффициентов развертки, кроме 2 * 105 ; 5 *105 , и 1 * 106 мкс/дел равны: основной -±4% без растяжки".
Однако изображение фронта в рассматриваемом примере менее четырех делений. Тогда абсолютная погрешность, с которой измеряемый интервал изображается на экране, Dи(t) определяется не действительной величиной, изображения интервала lф(t), а минимальным изображением lmin(t), для которого техническое описание гарантирует относительную погрешность коэффициента развертки dи(t):
Dи(t)= ±dи(t)* lmin(t);
Dи(t)= ±0,04 * 4 = ±0,16 дел.
Сумма четырех первичных составляющих погрешности
D¢S(t)= Dак(t) + Dск(t)+ Dси(t)+ Dи(t);
D¢S(t)= ±(0,0536+0,035+0,1+0,16) дел.
оставляем три значащие цифры: D¢S(t)= = 0,348 дел.
3. Так как изображение переднего фронта имеет наклон, появляются дополнительные составляющие погрешности в определении длительности фронта Dx(t), обусловленные погрешностями в определении уровней отсчета фронта Dy (рис.5):
Dx(t)= Dy *ctga,
где a — угол наклона изображения переднего фронта сигнала относительно горизонтальной оси масштабной сетки (см. рис.4);
;
Погрешность Dy складывается из погрешностей определения нижнего уровня 0,1 и верхнего уровня 0,9 и зависит, во-первых, от погрешности Dси всей амплитуды импульса lи и, во-вторых, от погрешности Dсу совмещения заданного уровня 0,9 или 0,1 с масштабной сеткой. Погрешность отсчета вертикальной координаты Dси равна ±0,1дел. Значения ординат 0,9lи и 0,1lи находят по выражениям:
B=0,9*(lи ±Dси) ±Dсу;
C=0,1*(lи ±Dси) ±Dсу.
В нашем – случае
D0,9y=±(0,9*Dси+Dсу)
D0,9y=±(0,9*0,1+0,1) дел.
D0,1y=±(0,1*Dси+Dсу)
D0,1y=±(0,1*0,1+0,1) дел.
Дополнительная погрешность определения фронта
D¢¢S(t)= D0,1x(t)+ D0,9x(t);
D¢¢S(t)= ± ctga(D0,9y+D0,1y)
D¢¢S(t)= ±(0,11+0,19)*ctga
D¢¢S(t)= ±(0,3*0,625)= ±0,188 дел.
4. Полная интервальная оценка, с которой определяется изображение длительности переднего фронта, равна сумме всех составляющих погрешностей:
DS(t)= D¢S(t)+ D¢¢S(t)
DS(t)= ±0,348 +0,188)=±0,536(дел).
Полная относительная погрешность dиSф определения изображения tф:
;
.
Полная запись длительности изображения переднего фронта:
tиф = (lиф±DS(t)) дел * 0,1(мкс/дел);
tиф = (3,5±0,536) *0,1 = (0,35±0,0536)мкс.
На изображение, формируемое на экране, оказывает влияние переходная характеристика осциллографа: реальная величина переднего фронта tф отличается от замеренной по изображению на экране tиф на величину времени tн нарастания переходной характеристики канала тракта вертикального отклонения осциллографа:
tф =tиф-tн.
Величина tн характеризуется в техническом описании: «Время нарастания Переходной характеристики каждого канала тракта вертикального отклонения, не более:
25 нс для всех коэффициентов отклонения кроме 5 мВ/дел и без выносного делителя 1:10;
35 нс для всех положений коэффициентов отклонения с выносным делителем 1:10 и положения 5 мВ/дел без делителя».
Таким образом,
tф=0,35- 0,025= 0,325 мкс.
Относительная погрешность определения длительности переднего фронта
dtф=±(DS(t)*0,1)/ tф;
dtф =± (0,536*0,1)/ 0,325=±0,16.
ПРИЛОЖЕНИЕ I
Форма представления отчёта
Отчет по лабораторной работе № I
ЭЛЕКТРОННЫЙ ОСЦИЛЛОГРАФ.
Цель работы ...
Структурная схема универсального осциллографа (см. приложение 2)…
Технические данные осциллографа ...
(Выписываются технические данные используемого в работе осциллографа в соответствии с перечнем, приведённым в п.2 раздела содержание лабораторной работы.)
Измерение №1
Результаты измерения параметров синхроимпульса генератора импульсов.
1.Полная осциллограмма измеряемого импульса.
Рис.1
Масштабы координатной сетки экрана осциллографа:
- по вертикали...
- по горизонтали...
Измеренные параметры сигнала в делениях масштабной сетки экрана осциллографа:
- амплитуда импульса.
- длительность импульса по уровню напряжения 0,1;
- длительность импульса по уровню напряжения 0,5;
- длительность импульса по уровню напряжения 0,9.
Вычисленные параметры импульса:
- амплитуду,
- длительность импульса по уровню напряжения 0,1,
- длительность импульса по уровню напряжения 0,5,
- длительность импульса по уровню напряжения 0,9,
- суммарную длительность переднего и заднего фронтов, полученную косвенно, как разность длительностей импульса по уровням напряжения 0,1 и 0,9.
2. Осциллограмма переднего фронта измеряемого импульса.
Рис.2
Масштабы координатной сетки экрана осциллографа:
- по вертикали...
- по горизонтали...
Измеренные параметры переднего фронта в делениях масштабной сетки экрана осциллографа:
- амплитуда импульса.
- длительность переднего фронта.
Вычисленные параметры переднего фрнта:
- амплитуда,
- длительность переднего фронта.
3. Осциллограмма заднего фронта измеряемого импульса.
Рис .3
Масштабы координатной сетки экрана осциллографа:
- по вертикали...
- по горизонтали...
Измеренные параметры заднего фронта в делениях масштабной сетки экрана осциллографа:
- амплитуда импульса.
- длительность заднего фронта;
Вычисленные параметры заднего фронта:
- амплитуда,
- длительность заднего фронта.
Вычисленная суммарная длительность переднего и заднего фронтов.
4. Результаты расчета погрешностей измерений измеренных параметров.
Выводы…
(В выводах необходимо отметить, какие параметры импульса измерены в пределах точности, обеспечиваемой классом точности использованного осциллографа.
Сделать сопоставление точности измерения суммарной длительности переднего и заднего фронтов измеряемого импульса, полученной:
как сумма переднего и заднего фронтов;
как разность длительности измеренного импульса по уровням 0,1 и 0,9.)
Измерение №2
Результаты измерения параметров выходного импульса минимальной длительности генератора импульсов.
(Представить результаты измерения №2 точно так же, как и результаты измерения №1.)
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Структурная схема универсального осциллографа
Рис. П.1
На рисунке: I - входная цепь, 2 - предварительный усилитель, 3 - оконечный усилитель Y, 4 – схема синхронизации и запуска, 5 - генератор развертки, 6 - оконечный усилитель X, 7 - калибратор, 8 - оконечный усилитель Z; 9- блок питания.
Литература
1. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения: Учебное пособие для вузов. -
М.:Радио и связь, 1985.
2. Методы электрических измерений: Учебное пособие для вузов/
Л.Г.Журавин, М.А.Мариненко, Е.И.Семёнов, Э.И.Цветков; Под ред.
Э.И.Цветкова. - Л.: Энергоатомиздат. 1990г.
3. Мирский Г.Я. Электронные измерения. -М.: Радио и связь, 1986.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ.. 2
СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ... 3
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА.. 5
Пример измерения напряжения. 7
Пример измерения временного интервала осциллографом.. 9
Пример измерения длительности фронта импульса. 12
ПРИЛОЖЕНИЕ I 16
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 20
Литература.. 21
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|