Методические указания к выполнению виртуальных лабораторных работ по дисциплине метрология, стандартизация и сертификация для студентов всех направлений бакалавриата

Периодом Т называют интервал времени, через который регуляр­но повторяются мгновенные значения гармонического или периоди­ческого сигнала u(t). Из определения следует, что u(t) = u(t + nT), где п = 1, 2, 3, ... . Для гармонического колебания, например как u(t) = U_m sin (2πt / T) =
= U_m sin φ(t), период колебания Т можно также оп­ределить, как интервал времени, в течение которого фаза сигнала φ(t) (в радианах) изменяется на 2π.
Час­тота f и период колебания T дуальны (т. е. двойственны, равноправны). Посколь­ку эти две физические величины связаны формулой f = 1 / Т, то
изме­рение одной величины можно заменить другой. На практике чаще из­меряется частота.
В зависимости от участка частотного спектра и допустимой погрешности для измерения частоты применяют различные способы и приемы измерения. На практике используют следующие методы измерения: цифровой, резонансный, гетеродинный, осциллографический.
Современное измерение частоты электрических колебаний главным образом выполняется элек­тронно-счетным, или цифровым {дискретного счета), методом, на ос­нове которого создаются цифровые ( электронно-счетные — ЭСЧ) частотомеры. К достоинствам этого метода относятся: высокая точ­ность измерений, широкий диапазон измеряемых частот, воз­можность обработки результатов наблюдений с помощью вычис­лительных устройств (микропроцессоров, персональных компьюте­ров и пр.). Цифровые частотомеры являются многофункциональ­ными измерительными приборами, с помощью которых, в зависимости от режима их работы можно проводить измерение не только частоты и отношения двух частот, но и интервалов времени (периода следования периоди­ческих сигналов и интервала, заданного временным положением двух импульсов).


3. ОПИСАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ПРОГРАММЫ

В компьютерной программе реализован цифровой частотомер, имеющий определенные характеристики. Диапазон измеряемых частот от 10 Гц до 1 МГц. Нестабильность частоты опорного генератора не более ± 5 наносекунд. Образцовый интервал времени, в течение которого производится счет импульсов, выбирается в пределах от 0,1 до 1,2 секунд. Смещение образцового интервала времени относительно исследуемого сигнала выбирается в пределах до 1 секунды. Предусмотрена возможность синхронизации образцового интервала с исследуемым сигналом для определения погрешности дискретности.

Цифровой измеритель временных интервалов предназначен для измерения периода электрических сигналов. Пределы измеряемого периода от 0,1 до 1,2 секунды. Частота опорного генератора выбирается в интервале от 20 герц до 1 МГц. Период меток времени находится в пределах (0,05...0,000001) секунд. Выбранные значения параметров вводятся с клавиатуры компьютера.
В компьютерной программе реализованы два модуля. При запуске программы на экране дисплея формируется панель управления прибором, работающем в режиме измерения частоты. При активации кнопки «Режим 2. Вкл.» частотомер переключается в режим измерения периода.
На рабочей панели в левой части экрана показаны временные диаграммы, поясняющие принцип измерения частоты. В левой части экрана расположены три информационных сектора, обозначенные:
частота измеряемая (Гц);
время измерения (с);
время задержки (с).
Далее сверху вниз расположены:
кнопка на два положения «Автопуск» и «Выключить»;
кнопка «Пуск»;
регулировочный сектор «Время индикации»;
кнопка «Масштаб. Вкл.»;
кнопка «Режим 2. Вкл.»;
кнопка выхода из программы «Выход».
В нижней части экрана расположены два сектора, где высвечиваются числовые значения погрешностей за счет дискретизации сигнала и методической составляющей, зависимой от установки оператором режимов работы прибора.
В нижней части рабочей панели под временными диаграммами отображена структурно-функциональная схема частотомера. Здесь же показаны цифровые индикаторы текущего состояния счетчика и результата измерения частоты. Под структурно-функциональной схемой установлены переключатели режима развертки временных диаграмм. Таким образом, рабочая панель компьютерной программы полностью модулирует панель управления реальными электронно-счетными частотомерами.
Режим измерения периода включается кнопкой «Режим 2. Вкл.». На экране дисплея открывается другая панель управления прибором. Отличительными признаками новой панели управления являются два информационных индикатора:
сектор, с отметкой «Измеряемый период Т_х, с»;
сектор с отметкой «Частота образцовая f_о, Гц».
Кроме выше перечисленного, имеются кнопки возврата к режиму измерения частоты «Назад» и выхода из программы «Выход».
При запуске программы частотомер работает при параметрах, установленных в программе:
измеряемая частота 30 Гц;
время измерения 0,7 с;
временной сдвиг 0,1 с;
режим запуска автоматический;
время индикации 1с;
развертка осциллограмм в реальном масштабе времени.
В двоичный счетчик записывается число 20, измеренная частота равна 28,57 Гц, погрешность от дискретности 5 %, методическая составляющая погрешности 4,7619 %.
В режиме измерения периода начальные параметры также заложены в программу:
измеряемый период 0,833 с;
образцовая частота 40 Гц;
показания счетчика 33;
измеренное значение 0,825 с;
погрешность от дискретности 3,0012 %;
режим запуска автоматический.
Автозапуск выключается нажатием кнопки «Выключить». Однократный запуск обеспечивается кнопками «пуск» и «старт».
При проведении исследований параметры приборов устанавливаются оператором с помощью пульта управления компьютером.