Разработка системы частотной индикации генератора когерентных сигналов - Дипломная работа

Измерение частотновременных параметров сигналов представляет собой одну из наиболее интенсивно развивающихся областей научных исследований, где решается задача достижения предельно допустимых значений по точности и помехоустойчивости проводимых измерений. К подобным измерениям, например, сводятся измерения скоростей движущихся целей в радиолокации; радионавигационные и радиоастрономические измерения; физические исследования сверхтонких эффектов, связанных с внутриатомными и межатомными взаимодействиями; эксперименты по распространению радиоволн различных диапазонов; разнообразные космические исследования с помощью синхронных локаторов и радиоинтерферометров и многое другое. Кроме того, одной из важнейших задач остается повышение помехоустойчивости систем связи, радиолокации, навигации и других устройств, использующих частотновременные характеристики сигналов для передачи и приема информации при работе в условиях малых отношений сигнал/шум, когда измерения становятся ненадежными и приводят к грубым ошибкам. Погрешность дискретности является преобладающей при прецизионных измерениях высокостабильных сигналов и снижение этой погрешности возможно лишь за счет увеличения частоты опорного генератора, что ограничено быстродействием используемой элементной базы, или путем увеличения времени измерения. В ряде практических задач увеличение времени измерения является недопустимым, поэтому возникает задача построения измерителей среднего значения мгновенной частоты, обеспечивающих минимизацию погрешностей результатов статистической обработки без существенного увеличения времени измерения.Частотой колебаний называют число полных колебаний в единицу времени: f = n/t, (1) где t - время существования п колебаний. Для гармонических колебаний частота может быть найдена из соотношения: f = 1/T, (2) где Т - период колебаний.Существуют разнообразные способы измерения частоты и основаны они на различных физических явлениях. Различают методы прямого измерения частоты и методы косвенного измерения частоты.Присоединим конденсатор, емкость которого С, к источнику напряжения U. Конденсатор зарядится, и в нем накопится заряд: q = CU (5) Если конденсатор переключить на магнитоэлектрический измеритель тока, то через него пройдет количество заряда q, вызвав отклонение указателя. Если конденсатор поочередно присоединять к источнику напряжения для заряда и к измерителю тока для разряда с частотой переключения f раз в секунду, то количество электричества, проходящее через амперметр при разряде, будет в f раз больше: fq = FCU = I, где I - среднее значение тока разряда. Транзистор Т работает в режиме ключа: когда он закрыт, один из конденсаторов С заряжается через резистор R, а когда транзистор открыт, тот же конденсатор разряжается через транзистор.Резонансные способы измерения частоты основаны на использовании резонансных цепей и заключается в сравнении измеряемой частоты с собственной резонансной частотой градуированного измерительного колебательного контура. Рассмотрим цепь, представленную на рисунке 2: Рисунок 2 - Схема резонансного частотомера С помощью конденсатора колебательный контур настраивается в резонанс с входным сигналом. Из выражения (7) видно, что если шкалу градуировать в единицах частоты, то она получается крайне неравномерной и поэтому ее градуируют в некоторых условных единицах. Резонанс в колебательном контуре определяют по максимальному току в цепи.Колебательный контур частотомера выполняют либо в виде отрезка коаксиальной линии, либо в виде объемного резонатора. Настройка коаксиальной линии производится изменением ее длины, объемного резонатора - изменением его объема. Частотомеры с распределенными параметрами связывают с источниками измеряемой частоты через штыревую или рупорную антенну или через элементы связи в виде петель, зондов, щелей и круглых отверстий.Четвертьволновый резонансный частотомер представляет собой разомкнутый отрезок коаксиальной линии.Данный частотомер отличается от четвертьволнового тем, что разомкнутая коаксиальная линия нагружается емкостью С, образуемой торцами внутреннего и наружного проводников. При настройке такого частотомера одновременно изменяются и длина линии l, и емкость С.Частотомер данного типа настраивается передвижением подвижного поршня (плунжера). При возбуждении цилиндрического резонатора через отверстие в центре торцевой стенки (рисунок 4, а) возникают колебания типа H111. Из электродинамики известно, что собственная длина волны, в резонаторе связана с его диаметром d и высотой I следующей зависимостью: (l/l)2 l,37(l/d)2 =(2/?111)2 При возбуждении полости резонатора через отверстие в ее боковой стенке возникают колебания типа H011 (рисунок 4, б): Рисунок 4 - Схемы частотомеров с объемными резонаторами Проникающая при этом в нерабочее пространство за поршнем энергия поглощается предусмотренным для этой цели покрытием, нанесенным на левую (рисунок 4, б) поверхность плунжера.Методы сравнения для измерения частоты получили широкое распространение, благодаря их простоте, пригодно

Содержание

Обозначения и сокращения

Введение

1. Понятие частоты. Общие сведения об измерениях частоты

2. Способы и методы измерения частоты

2.1 Метод перезаряда конденсатора

2.2 Резонансные методы

2.2.1 Резонансные частотомеры с распределенными параметрами

2.2.1.1 Четвертьволновый резонансный частотомер

2.2.1.2 Резонансный частотомер с нагруженной линией

2.2.1.3 Резонансный частотомер с объемным резонатором

2.3 Методы сравнения

2.3.1 Осциллографический метод

2.3.2 Гетеродинный метод (метод разностной частоты)

2.4 Метод дискретного счета

3. Концепция прибора измерения и индикации частоты

4. Блок индикации

4.1 Типы индикаторов

4.1.1 Газоразрядные индикаторы

4.1.2 Жидкокристаллические индикаторы

4.1.3 Светодиодные матрицы

4.1.4 Семисегментные индикаторы

4.2 Разработка принципиальной электрической схемы блока индикации

5. Блок микропроцессора

5.1 Алгоритм работы микропроцессора

6. Блок высокочастотный

6.1 Разработка предварительного делителя частоты

6.2 Разработка полосового фильтра

7. Конструктивное решение прибора

Заключение

Список использованных источников

Измерение частотновременных параметров сигналов представляет собой одну из наиболее интенсивно развивающихся областей научных исследований, где решается задача достижения предельно допустимых значений по точности и помехоустойчивости проводимых измерений. Измерение частоты и интервалов времени, а также хранение и воспроизведение их единиц лежат в основе многочисленных измерительных задач, решаемых в современной радиотехнике. К подобным измерениям, например, сводятся измерения скоростей движущихся целей в радиолокации; радионавигационные и радиоастрономические измерения; физические исследования сверхтонких эффектов, связанных с внутриатомными и межатомными взаимодействиями; эксперименты по распространению радиоволн различных диапазонов; разнообразные космические исследования с помощью синхронных локаторов и радиоинтерферометров и многое другое. Кроме того, одной из важнейших задач остается повышение помехоустойчивости систем связи, радиолокации, навигации и других устройств, использующих частотновременные характеристики сигналов для передачи и приема информации при работе в условиях малых отношений сигнал/шум, когда измерения становятся ненадежными и приводят к грубым ошибкам. Характерным примером построения классических устройств статистической обработки результатов измерений и оценки среднего значения мгновенной частоты, являются широко распространенные электронносчетные частотомеры. Основными погрешностями таких устройств, ограничивающих точность измерения, являются погрешность дискретности и погрешность, обусловленная наличием аддитивных помех во входном сигнале. Погрешность дискретности является преобладающей при прецизионных измерениях высокостабильных сигналов и снижение этой погрешности возможно лишь за счет увеличения частоты опорного генератора, что ограничено быстродействием используемой элементной базы, или путем увеличения времени измерения. В ряде практических задач увеличение времени измерения является недопустимым, поэтому возникает задача построения измерителей среднего значения мгновенной частоты, обеспечивающих минимизацию погрешностей результатов статистической обработки без существенного увеличения времени измерения.

Техническая аппаратура для частотновременных измерений образует единый комплекс приборов и средств, обеспечивающий возможность проведения измерений. Основные требования, предъявляемые к средствам измерений это высокая точность; быстродействие; возможность автоматизации процесса измерений; представление результатов измерений в форме, удобной для обработки, в том числе с помощью ЭВМ; малые габариты и вес; высокая надежность.

Целью данной работы является разработка системы частотной индикации генератора когерентных сигналов, которая будет производить измерение значения частоты генератора качающейся частоты на диапазон 20100 МГЦ, а так же определяет сигнал разностной частоты 278 КГЦ. В работе поставлены следующие задачи: 1) Сравнительный анализ методов измерения частот и представления результата и выбор наиболее оптимального метода.

2) Разработка блоксхемы устройства.

3) Разработка принципиальных схем узлов устройства.

4) Изготовление действующего устройства и проведение экспериментальных испытаний.