Добавил:
ИВТ (советую зайти в "Несортированное")rnПИН МАГА Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

otchyot_LR6_Metrologiya_Ready_1

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
09.06.2024
Размер:
2 Мб
Скачать
☆

исходного сигнала, а спектр произведения сигнала и оконной функции. В

результате возникает эффект, называемый растеканием спектра сигнала.

При использовании оконного преобразования Фурье невозможно одновременно обеспечить хорошее разрешение по времени и по частоте. Чем уже окно, тем выше разрешение по времени и ниже разрешение по частоте.

В осциллографе TDS-1001B есть три оконных преобразования Фурье, в

Таблице 1 приведены их области применения и характеристики.

Таблица 1.Типы оконных функций и области их применения

Тип окна

Область применения

Характеристики

 

 

 

Окно Ханна (Хеннинга)-

Периодические

Более точное определение

Hanning

сигналы

частоты, но хуже определяется

 

 

амплитудная составляющая

 

 

 

Окно с плоской

Периодические

Более точное определение

вершиной - Flattop

сигналы

амплитуды, но хуже

 

 

определяется частота

 

 

 

Прямоугольное -

Импульсы и

Окно высокого разрешения

Rectangular

переходные

минимальная ширина главного

 

процессы

лепестка, но максимальный

 

 

уровень боковых лепестков

 

 

 

11

3. Выполнение лабораторной работы

3.1 Настройка формы сигнала во временной области

Прежде чем использовать БПФ в цифровом осциллографе необходимо верно настроить отображение формы исследуемого сигнала во временной области. Для этого необходимо выполнить следующие шаги:

1.Нажать AUTOSET для отображения входного сигнала

2.Регулировать ручку вертикального смещения для установки сигнала по центру вертикально.

3.Регулировать ручку VOLTS/DIV для того, чтобы весь сигнал попал на экран по амплитуде. Осциллограф может отображать ошибочные результаты БПФ

(путем добавления высокочастотных компонентов), если сигнал отображается не полностью.

4.Настроить изображение во временной области так, чтобы на дисплее осциллографа помещалось несколько (5-10) периодов сигнала.

Рисунок 4 - Внешний вид цифрового осциллографа

12

3.2Настройка частотной области

1.Нажать кнопку MATH MENU и с помощью экранных клавиш выбрать анализируемый канал, типа оконного преобразования. регулировать ручку вертикального смещения для установки сигнала по центру вертикально.

2.Нажать кнопку CURSOR и с помощью экранных клавиш выбрать тип

(Magnitude или Frequency) и источник изображения для измерения (Source =

Math).

3.Регулировать параметры отображения спектра за счет клавиш экранного меню FFT Zoom, смещение спектра по оси частот производить с помощью горизонтального смещения. Осциллограф рассчитывает спектр БПФ,

используя центральные 2048 точек формы сигнала во временной области.

3.3Настройка генератора сигналов на выдачу стандартных форм и снятие амплитудного спектра

Получим амплитудные спектры сигналов стандартной формы (синус,

меандр, треугольной, пилообразной формы) с помощью осциллографа с применением различных оконных функций, для более точного определения частот

иамплитуд.

1)Запустить программу NI FGEN SFP, открыть настройки Device Configuration и указать LoadImpedance>1MOhm, чтобы на выходе генератора задавать двойную амплитуду - Vpp.

Получили следующие таблицы:

Таблица 2. Параметры функционального генератора

Параметр

Значение

 

 

Форма выходного сигнала

Гармонический сигнал

 

 

Амплитуда,В

2

 

 

Частота,кГц

300

 

 

Смещение нуля,В

0

 

 

Сопротивление нагрузки, МОм

1

 

 

13

Таблица 3. Параметры анализатора спектра

Параметр

Значение

 

 

Полоса обзора, МГц

2 МГц

 

 

Частота дискретизации, MS/s

100 MS/s

 

 

Частотное разрешение

5 МГц

 

 

Единица измерения

dB

 

 

2) Поочередно запустили сигналы стандартной формы (синус, меандр,

импульсный сигнал, пилообразный сигнал, треугольный сигнал), сняли форму спектра каждого сигнала при использовании различных оконных функций:

Hanning, Flattop, Rectangular;

3) Переведем значения из дБВ в В:

[дБВ] = 20 lg ( [В]) √2

[В] [дБВ]

= 10 20 √2

[дБВ]

[В] = (10 20 ) ∙ √2

Занесем значения в таблицы:

Синусоидальный сигнал

Таблица 4. Измеренные значения спектра синусоидального сигнала (Rectangular)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Rectangular

-5,39

-60

-60

-60

-60

-60

-60

-60

-60

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Rectangular

0.76

0

0

0

0

0

0

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм.,кГц

Rectangular

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5. Измеренные значения спектра синусоидального сигнала (Hanning)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Hanning

-3,79

-60

-60

-60

-60

-60

-60

-60

-60

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Hanning

0.91

0

0

0

0

0

0

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Hanning

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

Таблица 6. Измеренные значения спектра синусоидального сигнала (Flaptop)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Flaptop

-2,59

-60

-60

-60

-60

-60

-60

-60

-60

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Flaptop

1.04

0

0

0

0

0

0

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Flaptop

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Прямоугольный сигнал

Таблица 7. Измеренные значения спектра прямоугольного сигнала (Rectangular)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Rectangular

-3,39

-35,8

-11,4

-44,6

-15

-53

-17,4

-53,8

-20,2

-52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Rectangular

0.96

0.02

0.38

0.01

0.25

0

0.19

0

0.14

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Rectangular

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 8. Измеренные значения спектра прямоугольного сигнала (Hanning)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Hanning

-1,79

-60

-10,6

-60

-14,6

-60

-17,8

-60

-20,2

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Hanning

1.15

0

0.41

0

0.26

0

0.18

0

0.14

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Hanning

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 9. Измеренные значения спектра прямоугольного сигнала (Flaptop)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Flaptop

-0,59

-60

-10,2

-60

-14,6

-60

-17,8

-60

-19,8

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Flaptop

1.32

0

0.44

0

0.26

0

0.18

0

0.15

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Flaptop

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Треугольный сигнал

Таблица 10. Измеренные значения спектра треугольного сигнала (Rectangular)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Rectangular

-7,39

-40

-24,2

-48,2

-32,2

-51

-38,6

-53

-44,6

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15

Akизм,В

Rectangular

0.60

0.01

0.09

0.03

0.03

0

0.01

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм. кГц

Rectangular

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 11. Измеренные значения спектра треугольного сигнала (Hanning)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Hanning

-5,39

-60

-24,2

-60

-33

-60

-38,2

-60

-43

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Hanning

0.76

0

0.08

0

0.03

0

0.01

0

0.01

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Hanning

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 12. Измеренные значения спектра треугольного сигнала (Flaptop)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Flaptop

-4,59

-60

-23,8

-60

-32,2

-60

-38,2

-60

-42,2

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Flaptop

0.83

0

0.09

0

0.04

0

0.02

0

0.01

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Flaptop

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пилообразный сигнал (положительный фронт)

Таблица 13. Измеренные значения спектра пилообразного сигнала (Rectangular)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Rectangular

-9,39

-13,4

-17,8

-20,2

-21

-25,4

-23,8

-31

-26,6

-28,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Rectangular

0.47

0.30

0.18

0.13

0.12

0.08

0.09

0.04

0.06

0.05

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Rectangular

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 14. Измеренные значения спектра пилообразного сигнала (Hanning)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Hanning

-7,79

-13

-16,6

-19,4

-20,6

-23,4

-23,8

-27

-26,2

-30,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Hanning

0.58

0.32

0.21

0.15

0.13

0.09

0.09

0.06

0.07

0.04

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Hanning

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

Таблица 15. Измеренные значения спектра пилообразного сигнала (Flaptop)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Flaptop

-6,59

-12,6

-16,2

-18,6

-20,6

-22,2

-23,4

-25

-25,8

-26,6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Flaptop

0.66

0.33

0.22

0.17

0.13

0.11

0.09

0.08

0.07

0.7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Flaptop

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трапецеидальный сигнал

Таблица 16. Измеренные значения спектра трапецеидального сигнала (Rectangular)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Rectangular

-8,59

-23,4

-28,2

-31,8

-60

-43

-43

-47,4

-44,2

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Rectangular

0.52

0.10

0.05

0.04

0

0.01

0.01

0.01

0.01

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Rectangular

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 17. Измеренные значения спектра трапецеидального сигнала (Hanning)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Hanning

-8,59

-19,8

-27,4

-32,6

-60

-41

-41,8

-46,6

-45,8

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Hanning

0.52

0.14

0.06

0.03

0

0.01

0.01

0.01

0.01

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Hanning

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 18. Измеренные значения спектра трапецеидального сигнала (Flaptop)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Flaptop

-7,79

-19,8

-27

-31,8

-39

-38,2

-42,2

-45

-45,8

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Flaptop

0.58

0.14

0.06

0.04

0.02

0.02

0.01

0.01

0.01

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Flaptop

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sinc сигнал

Таблица 19. Измеренные значения спектра sinc сигнала (Rectangular)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17

Akизм,дБВ

Rectangular

-25,8

-20,6

-21,4

-21,4

-20,2

-25

-53,4

-47,4

-60

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Rectangular

0.07

0.13

0.12

0.12

0.14

0.08

0

0.01

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Rectangular

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 20. Измеренные значения спектра sinc сигнала (Hanning)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Hanning

-21,4

-20,6

-20,6

-20,6

-20,6

-21,8

-21

-45,8

-60

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Hanning

0.12

0.13

0.13

0.13

0.13

0.11

0.13

0.01

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Hanning

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 21. Измеренные значения спектра sinc сигнала (Flaptop)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Flaptop

-20,2

-20,2

-20,2

-20,2

-20,2

-20,2

-21

-45

-60

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Flaptop

0.14

0.14

0.14

0.14

0.14

0.14

0.13

0.01

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Flaptop

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4 Исследование спектра прямоугольных импульсов

Рассчитаем (по варианту) для заданных частот и амплитуд прямоугольных

импульсов и сравним их с полученным в предыдущем пункте.

Переведём полученные значения из логарифмических единиц в вольты, используя формулу [дБВ] = 20 (√2).

18

Рисунок 5 – Прямоугольный импульсный сигнал варианта

Произведем необходимые теоретические вычисления:

1= = 3,33 мкс

2= = 2 = 1,88 ∙ 106 рад/с

= 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

рад

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= = 1,88 ∙ 10

 

 

= 1,88 рад/мкс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= √2

+ 2

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

=

 

∫ ( ) ( )

=

 

 

 

 

 

∫

( )

+

 

 

∫ − ( )

(4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

=

 

∫

 

 

 

( ) ( ) = −

 

∫ ( ) +

 

∫ ( )

(5)

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

Подставим в формулу (3) значения формул (4) и (5):

1 = √ 12 + 12 = √1.277832 + 0.0072792 = 1,27785 [В]

Переведем из [В] в [дБВ]

1 = 20 ( 1 ) = −0,880702[дБВ] √2

Значения совпали с небольшой погрешностью, аналогично повторим эти действия для всех K=1-10.

Заносим полученные значения в таблицы:

Таблица 22. Измеренные и рассчитанные значения спектра сигнала варианта (Rectangular)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Rectangular

-3,39

-35,8

-11,4

-44,6

-15

-53

-17,4

-53,8

-20,2

-52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Rectangular

0,956

0,023

0,381

0,008

0,251

0,003

0,191

0,003

0,142

0,004

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Rectangular

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ak расч,дБВ

Rectangular

-0.86

-60

-10.5

-60

-14.71

-60

-17.80

-60

-19.96

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ak расч,В

Rectangular

1.28

0

0.42

0

0.26

0

0.182

0

0.142

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 23. Измеренные и рассчитанные значения спектра сигнала варианта (Hanning)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,дБВ

Hanning

-1,79

-60

-10,6

-60

-14,6

-60

-17,8

-60

-20,2

-60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Akизм,В

Hanning

1,122

0

0,417

0

0,263

0

0,182

0

0,141

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fгарм., кГц

Hanning

300

600

900

1200

1500

1800

2100

2400

2700

3000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ak

Hanning

-0.86

-60

-10.5

-60

-14.71

-60

-17.80

-60

-19.96

-60

расч,дБВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ak расч,В

Hanning

1.28

0

0.42

0

0.26

0

0.182

0

0.142

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 24. Измеренные и рассчитанные значения спектра сигнала варианта (Flattop)

Параметр

Тип ОФ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

Соседние файлы в предмете Метрология и электрорадиоизмерения