Курсова работа - Методи за проверка на цифров осцилоскоп
ВъведениеПроверката на средствата за измерване (МИ) е набор от операции, извършвани от органите на държавната метрологична служба и стопански субекти, за да се определи и потвърди съответствието на МИ с установените изисквания.[1,5]
Целта на проверката е да се установи:
- дали метрологичните характеристики (МК) на поверяваното средство за измерване са в определените граници;
- дали в проверявания измервателен уред има дефектни или недостатъчно надеждни части, възли или блокове, които могат да причинят неприемливи промени в MX или повреда на измервателния уред.
И така, същността на проверката:
- проверката е една от формите на държавен или ведомствен метрологичен контрол;
- целта на проверката е да се установи съответствието на ИН с метрологичните и техническите изисквания, установени в нормативните документи (РД) и признаването на ИН за годен за употреба;
- проверката се извършва експериментално съгласно официално одобрени методи за проверка;
- проверката се извършва от лица, сертифицирани като проверяващи служители по начина, предписан от Държавния стандарт;
- ако резултатите от проверката са положителни, тогава върху MI и / или ND се поставя отпечатък на знака за проверка и / или се издава удостоверение за проверка, а ако резултатите са отрицателни, MI се отхвърля и се издава известие за неговата неподходящост с посочване на причините.
В зависимост от целите и предназначението на резултатите, видовете проверка се класифицират по следните критерии:
- В зависимост от това коя метрологична услуга се извършва: държавна и просто „проверка”;
- В зависимост от етапа на експлоатация на МИ проверката бива: първична, периодична и извънредна;
- В зависимост от характера на събитиетопроверката се разделя на инспекционна и експертна.
Фигура 1 - Обобщена блокова схема на СО Както може да се види от Фигура 1, работата на СО се управлява от тактови импулси на CU. ADC прилага импулсно-кодов метод за преобразуване с разгъващо се балансиране с равномерно стъпаловидно изменение на компенсиращото напрежение. Това симулира времевата база на осцилоскоп.
Оперативната памет позволява съхраняването на целия масив от моментни стойности U(t), постъпващи под формата на кодове от АЦП, както и необходимата служебна информация. Скоростта на запис в паметта и нейният капацитет оказват значително влияние върхускоростни и метрологични характеристики на централното отопление.
Особено внимание трябва да се обърне на видовете визуални индикатори (VI), използвани в CO. Разделят се на две групи: CRT и матрични дисплеи (MIP). Когато се използва CRT, са необходими допълнителни ЦАП за преобразуване на кодовете на паметта в сигнално напрежение U(t), подадено към Y плочите, и напрежение на движение, приложено към X плочите на CRT. Нуждата от DAC отпада, ако преминем към MIP – плоскоматрични екрани, чиято дискретност е естествено съобразена с дискретната форма на представяната информация. В допълнение, използването на MIP намалява размера и теглото на централата за централно отопление, елиминира източниците на високо напрежение и драстично намалява броя на контролите на екрана. Понастоящем широко се използват и индикатори с течни кристали (LCD) и техните чувствителни на допир разновидности, които намаляват броя на контролите на предния панел на инструментите.
Напоследък в практиката успешно се използват цифрови осцилоскопи [7], при които входните аналогови сигнали се преобразуват с помощта на паралелен или паралелно-сериен (смесен) АЦП в кодове, които се записват в цифрово запаметяващо устройство, където се съхраняват за времето, необходимо за изследването. За да се получи изображение на екрана на осцилоскопа, кодовете се четат от устройството за съхранение. В този случай изследваният сигнал може да бъде показан както на екрана на електронно-лъчева тръба, така и на плосък матричен екран, направен върху течни кристали или светодиоди.
Най-простата блокова диаграма на цифров осцилоскоп е показана на фигура 2. Моментните стойности на сигнала, който се изследва, идващ от входа Y през входното устройство на VU към ADC, в определени моменти от времето, зададени от генератора на TG часовник, се преобразуват в цифрови кодове исъхранявани в цифрово устройство за съхранение. Освен това тези кодове влизат в дисплейното устройство на операционната система, където на тяхна основа се генерират сигнали, които контролират вертикалното движение на светлинната точка на екрана.
Фигура 2 - Най-простата блокова диаграма на цифров осцилоскоп В същите моменти от време генераторът на инкрементален код FNC генерира код, който расте равномерно във времето. Той също така влиза в устройството за показване, където се преобразува в сигнал, който управлява хоризонталното движение на светлинната точка на екрана. Този процес симулира времевата база на осцилоскоп.
Източникът на референтно напрежение на ION генерира определени стойности на напрежение, които се подават към входовете на ADC компараторите, задавайки техните нива на отговор, съответстващи на нивата на квантуване.
Ако екранът на електронно-лъчева тръба се използва като дисплей, тогава кодовете, съответстващи на моментните стойности на изследвания сигнал и времевата база, се преобразуват в цифрово-аналогови преобразуватели в напрежения, приложени съответно към вертикалните и хоризонталните отклоняващи плочи на тръбата. Ако дисплеят е матричен екран, тогава посочените кодове се преобразуват в позиционни, които избират един от редовете и една от колоните на матричния панел, в пресечната точка на които се появява светеща точка.
Функционалността на цифровите осцилоскопи е много по-широка от възможностите на аналоговите. Те позволяват да се получат в цифров вид много параметри на изследвания сигнал, да се реализират неговите диференциални, интегрални или спектрални характеристики и др., да се автоматизира процеса на измерване, да се контролира дистанционно и др. На екрана освен осцилограмите се извеждат в цифров вид коефициента на отклонение (вертикална чувствителност) и продължителността.помете. В допълнение, използването на матрични екрани намалява размера на цифровите осцилоскопи и ги прави по-безопасни от гледна точка на защитата на труда, тъй като в този случай не е необходимо да се използват захранвания с високо напрежение.
Така преносимият цифров осцилоскоп "Север-1" с цветен екран върху течни кристали има размери 156x257x256 mm и е предназначен за наблюдение, съхраняване в цифров вид и измерване на амплитудно-времеви параметри на два електрически сигнала в честотния диапазон 0-50 MHz. В същото време се осигурява висока точност на измерване (грешка при измерване на моментните стойности на напрежението не е повече от 2%) и автоматично измерване на основните параметри на сигнала: амплитуда, пик до пик, период на сигнала, параметри на преходен отговор. Освен това осцилоскопът осигурява режим на записване с дължина на запис от 20 000 точки и режим на осредняване.
Съвременната микропроцесорна технология, поради включването й в цифров осцилоскоп, прави възможно решаването на почти всеки функционален проблем, който възниква при изследването на електрически сигнали. Да използваме като пример осцилоскопа OTsSZ-01S. Този запаметяващ осцилоскоп, който съчетава измервателно устройство и компютър, осигурява визуално наблюдение, цифрово съхранение, измерване и математическа обработка на амплитудно-времевите параметри на периодични и непериодични сигнали в динамичен диапазон от 4 mV до 50 V и честотна лента от 0,1 до 50 MHz. IBM PC/AT/ATX съвместим компютър (процесор тип Intel 486 и по-висок) се използва като преносим компютър.1.1 Осцилоскоп за цифрово съхранениеЕдин от основните начини за подобряване на осцилоскопите се основава на широкото използване на методи за цифрова обработка в техните схемисигнали и микропроцесори [6]. Структурата на изграждане на модерен цифров осцилоскоп зависи от обхвата и характера на функциите, възложени на използваната микропроцесорна система.
Сравнително проста схема на цифров осцилоскоп е показана на фигура 3. Това е осцилоскоп за цифрово съхранение (DSO).
Фигура 3 - Структурна схема на цифров запаметяващ осцилоскоп В момента ti, по команда на микроконтролера (MC), ADC започва да преобразува напрежението U(t), подадено на неговия вход. В резултат на това напрежението U(ti) се преобразува в цифров код и се записва в клетката с памет на запаметяващото устройство. Процесът на запаметяване на стойностите U(ti) продължава, докато клетките на паметта, предназначени за тази цел, се запълнят. При необходимост по команда на МК се избират числа от паметта в определена последователност и се подават към ЦАП, където се преобразуват в съответните напрежения U(ti). Освен това тези напрежения се подават през крайния усилвател към вертикалните отклоняващи плочи. В резултат на това, при наличие на размахване, на екрана се показва последователност от светещи точки, а при наличие на интерполационен блок се показва разгъната осцилограма.
Функциите на генератора за почистване в тази схема могат да се изпълняват от ЦАП, управляван от сигнали, идващи на неговия вход от микроконтролера. На изхода на DAC се формира стъпаловидно променящо се напрежение, близко до линейно променящо се. Скоростта на сканиране се определя от скоростта на DAC и микроконтролера.
Съвременните DSO осигуряват практически неограничено време за съхранение на информация, възможност за възпроизвеждане на участъци от запаметения сигнал. В същото време ниската скорост на ADC ограничава максималната честота на изследваните сигнали (40 MHz).1.2 Софтуерно контролиран цифров осцилоскопПо-широквъзможности имат цифровите осцилоскопи с програмно управление, базирани на микропроцесорни системи [5]. Структурата на такива осцилоскопи е подобна на структурата на компютрите (Фигура 4).
Фигура 4 - Обобщена блокова схема на цифров осцилоскоп със софтуерно управление Изследваният аналогов сигнал U(t) се подава към входното устройство, където неговите параметри се координират с ADC, както и автоматично превключване на канали по време на многоканална осцилография. Освен това тук с помощта на вградени измервателни уреди могат да се определят амплитудните и времевите параметри на изследвания сигнал.
След ADC последователността от кодове на информационните параметри на сигнала се подава през интерфейса на устройството към паметта, която като правило включва:
- Памет с произволен достъп (RAM) с висока скорост на запис на сигнали, следващи честотата на дискретизация;
- запаметяващо устройство за управляващи програми (ЗПУ), което осигурява съхранение на програми за математическа и логическа обработка на резултатите от измерванията и програми за управление на осцилоскопа;
- устройство за съхранение на служебна информация (ZUSI), предназначено да съхранява цифрова, буквена и друга символна информация, изведена на екрана.
От паметта сигналите постъпват в процесора Р, устройството за показване или чрез външен интерфейс към външни устройства и компютри.
Като процесор в цифров осцилоскоп могат да се използват микропроцесорни комплекти, както и микро- и миникомпютри. Наличието на микропроцесорна система ви позволява напълно да автоматизирате работата на осцилоскопа. Процесорът избира и задава режимите на работа на осцилоскопа, обработва резултатите от измерванията, комуникира осцилоскопа с оператора и външните устройства и др.операции.
На устройствата за показване на цифрови осцилоскопи можете да наблюдавате не само осцилограми на сигнали, но и числени стойности на редица негови параметри. защото в разглеждания осцилоскоп е възможно да се измерват параметрите на сигналите на неговия вход, а не на изхода на хоризонталния или вертикалния канал за отклонение, както при конвенционалните аналогови осцилоскопи, тогава числените стойности на изследваните параметри се измерват с по-висока точност1.3 Прикачвания към персонален компютър
Сигнал анализаторът е предназначен за работа с персонален компютър (PC). Всички индикатори и контроли се показват на монитора на компютъра. Захранването се осъществява от USB шината. В комбинация с персонален компютър или лаптоп, устройството е многофункционален хардуерен и софтуерен измервателен комплекс. Възможностите на комплекса позволяват използването му в учебни лаборатории.