Размещено на http://www.allbest.ru/

Кабардино-Балкарский Государственный Университет им. Х.М.Бербекова

Курсовая работа

По дисциплине: Основы эргономики

На тему: Частотомер

Выполнил: студент 4 курса

Группы БРЭА с\п

Разумный Д.Г.

Проверил: Лосанов Х.Х.

Содержание

1 Классификация

2 Электронно-счетные частотомеры

3 Резонансные, Гетеродинные , Конденсаторные частотомеры

4 Вибрационные (язычковые), Аналоговые стрелочные частотомеры6

5 Наименования и обозначения

6 Универсальные частотомеры АКТАКОМ

7 Литература

Нормативно-техническая документация

1. Классификация

По методу измерения - приборы непосредственной оценки (напр. аналоговые) и приборы сравнения (напр. резонансные, гетеродинные, электронно-счетные).

По физическому смыслу измеряемой величины -- для измерения частоты синусоидальных колебаний (аналоговые), измерения частот гармонических составляющих (гетеродинные, резонансные, вибрационные) и измерения частоты дискретных событий (электронно-счетные, конденсаторные).

По исполнению (конструкции) -- щитовые, переносные и стационарные.

По области применения частотомеры включаются в два больших класса средств измерений -- электроизмерительные приборы и радиоизмерительные приборы. Следует заметить, что граница между этими группами приборов весьма прозрачна.

В группу электроизмерительных приборов входят аналоговые стрелочные частотомеры различных систем, вибрационные, а также отчасти конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

В группу радиоизмерительных приборов входят резонансные, гетеродинные, конденсаторные и электронно-счетные частотомеры.

2. Электронно-счетные частотомеры

Принцип действия электронно-счетных частотомеров (ЭСЧ) основан на подсчете количества импульсов, сформированных входными цепями из периодического сигнала произвольной формы, за определенный интервал времени. Интервал времени измерения также задается методом подсчета импульсов, взятых с внутреннего кварцевого генератора ЭСЧ или из внешнего источника (например стандарта частоты). Таким образом, ЭСЧ является прибором сравнения, точность измерения которого зависит от точности эталонной частоты.

ЭСЧ является наиболее распространенным видом частотомеров благодаря своей универсальности, широкому диапазону частот (от долей герца до десятков мегагерц) и высокой точности. Для повышения диапазона до сотен мегагерц -- десятков гигагерц используются дополнительные блоки -- делители частоты и переносчики частоты.

Большинство ЭСЧ кроме частоты позволяют измерять период следования импульсов, интервалы времени между импульсами, отношения двух частот, а также могут использоваться в качестве счетчиков количества импульсов.

Некоторые ЭСЧ (например Ч3-64) сочетают в себе электронно-счетный и гетеродинный методы измерения. Это не только повышает диапазон измерения, но и позволяет определять несущую частоту импульсно-модулированных сигналов, что простым методом счета недоступно.

НАЗНАЧЕНИЕ: обслуживание, регулировка и диагностика радиоэлектронного оборудования различного назначения, контроль работы радиосистем и технологических процессов

ПРИМЕРЫ: Ч3-54, Ч3-57, Ф5137, Ч3-84

3. Резонансные частотомеры

Принцип действия резонансных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с собственной резонансной частотой перестраиваемого резонатора. В качестве резонатора может быть использован колебательный контур, отрезок волновода (объемный резонатор) или четвертьволновой отрезок линии. Контролируемый сигнал через входные цепи поступает на резонатор, с резонатора сигнал через детектор подается на индикаторное устройство (гальванометр). Для повышения чувствительности в некоторых частотомерах применяются усилители. Оператор настраивает резонатор по максимальному показанию индикатора и по лимбу настройки отсчитывает частоту.

НАЗНАЧЕНИЕ: настройка, обслуживание, контроль работы приемопередающих устройств, измерение несущей частоты модулированных сигналов

ПРИМЕРЫ: Ч2-33, Ч2-34, Ч2-45, Ч2-55

Гетеродинные частотомеры

Принцип действия гетеродинных частотомеров основан на сравнении частоты входного сигнала с частотой перестраиваемого вспомогательного генератора (гетеродина) с помощью т. н. метода нулевых биений, порядок работы аналогичен работе с резонансными частотомерами.

НАЗНАЧЕНИЕ: аналогично резонансным частотомерам

ПРИМЕРЫ: Ч4-1, Ч4-22, Ч4-23, Ч4-24, Ч4-25

Конденсаторные частотомеры

Электронные конденсаторные частотомеры применяются для измерения частот в диапазоне от 10 до 1000Гц. Принцип таких частотомеров основывается на попеременном заряде конденсаторов от батареи с последующим его разрядом через магнитоэлектрический механизм. Этот процесс осуществляется с частотой, равной измеряемой частоте, поскольку переключение производится под воздействием самого исследуемого напряжения. За время одного цикла через магнитоэлектрический механизм будет протекать заряд Q =CU, следовательно, средний ток, протекающий через индикатор, будет равен I_ср=Qf_x=CUf_x. Таким образом, показания магнитоэлектрического амперметра оказывается пропорциональны измеряемой частоте. Основная приведенная погрешность таких частотомеров лежит в пределах 2-3%.

НАЗНАЧЕНИЕ: настройка и обслуживание низкочастотной аппаратуры

ПРИМЕРЫ: Ф5043

Вибрационные (язычковые) частотомеры

Представляет собой прибор с подвижной частью в виде набора упругих Элементов (пластинок, язычков), приводимых в резонансные колебания при воздействии переменного магнитного или электрического поля.

НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания

частотомер прибор импульс сигнал

ПРИМЕРЫ: В80, В87

Аналоговые стрелочные частотомеры

Аналоговые частотомеры по применяемому измерительному механизму бывают электромагнитной, электродинамической и магнитоэлектрической систем. В основе работы их лежит использование частотозависимой цепи, модуль полного сопротивления которой зависит от частоты. Измерительным механизмом, как правило, является логометр, на одно плечо которого подается измеряемый сигнал через частотонезависимую цепь, а на другое -- через частотозависимую, ротор логометра со стрелкой в результате взаимодействия магнитных потоков устанавливается в положение, зависящее от соотношений токов в обмотках. Бывают аналоговые частотомеры работающие по другим принципам.

НАЗНАЧЕНИЕ: контроль сети электропитания

ПРИМЕРЫ: Д416, Э353, Ц1736, М800, С 300 М1-1

Наименования и обозначения

· Устаревшие наименования

o Волномер -- для резонансных и гетеродинных частотомеров

o Герцметр -- для щитовых аналоговых и язычковых частотомеров

· Для обозначения типов электроизмерительных (низкочастотных) частотомеров традиционно используется отраслевая система обозначений, в которой приборы маркируются в зависимости от системы (основного принципа действия)

o Вхх -- вибрационные частотомеры

o Дхх -- приборы электродинамической системы

o Эхх -- приборы электромагнитной системы

o Мхх -- приборы магнитоэлектрической системы

o Цхх -- приборы выпрямительной системы

o Фхх, Щхх -- приборы электронной системы

o Нхх -- самопишущие приборы

· Частотомеры радиодиапазона маркируются по ГОСТ 15094

o Ч2-хх -- резонансные частотомеры

o Ч3-хх, РЧ3-хх -- Электронно-счетные частотомеры

o Ч4-хх -- гетеродинные, конденсаторные и мостовые частотомеры

Универсальные частотомеры АКТАКОМ

2009 год ознаменовался выходом серии высокоточных, универсальных частотомеров АКТАКОМ АСН 832х. В этой серии частотомеров представлены два модельных ряда, отличающихся типом дисплея (и соответственно ценой). Первый модельный ряд объединяет модели АСН-8321, АСН-8323, АСН-8325, которые уже успели назвать, для простоты, «нечетным» рядом. Эти все модели имеют (рис. 1) текстовый двухстрочный дисплей и шеститикнопочное ручное управление функциями прибора.

Второй модельный ряд универсальных частотомеров, запущенный в серийное производство в середине 2009 года, представляет первые российские профессиональные десятиразрядные частотомеры с OLED дисплеем (рис. 2). В состав этого ряда входят три модели частотомеров АКТАКОМ: АСН-8322, АСН-8324 и АСН-8326, отличающиеся своими техническими характеристиками и комплектацией.

Рис. 1. Частотомер серии АСН-8321, АСН-8323, АСН-8325

Впервые, в отечественном приборостроении в частотомерах российского производства, применен высокочеткий графический OLED дисплей, который не только улучшает внешний вид приборов, но и значительно улучшает наглядность отображения параметров, а также, принципиально упрощает навигацию по меню и делает интерфейс управления максимально интуитивно понятным. Фактически, это - одна из первых завершенных разработок в области отечественного приборостроения, выполненного на уровне мировых стандартов, не имеющих аналогов и выпущенных в серийное производство. Особенно важно отметить, что разработка велась в тесной связи с учебным процессом на одной из кафедр факультета «Информатика и управление» в МГТУ им. Н.Э Баумана. Несмотря на компактные размеры, частотомеры АКТАКОМ АСН-8322, АСН-8324 и АСН8326, обладают таким количеством разнообразных измерительных функций и возможностей, что могут дать фору многим известным мировым брендам, а при оценке соотношения «цена/характеристики» существенно превзойти их всех. Рассмотрению основных возможностей данной серии частотомеров и посвящена данная статья.

Рис. 2. Частотомер серии АСН-8322, АСН-8324, АСН-8326

«Четный» модельный ряд (частотомеры АСН-8322, АСН-8324, АСН-8326) выпускается в двух модификациях органов управления: с шестикнопочной линейной клавиатурой (рис. 2) или пятикнопочной клавиатурой, но с кнопочным джойстиком (рис. 8). В данной статье рассмотрен первый вариант органов управления.

Оба модельных ряда частотомеров созданы таким образом, чтобы максимально удовлетворить потребности пользователей измерительных приборов с любым бюджетом. Младшие модели этого ряда - АСН-8321 и АСН8322 ориентированы на применение в сферах с ограниченным бюджетом. Тогда как старшие модели,

АСН-8325 и АСН-8326, имеют высокую точность измерений, максимальный набор функций, два интерфейса и развитое программное обеспечение. Для старших моделей главное (по мнению разработчиков) удовлетворить все возможные потребности пользователей в высокоточных и высокопроизводительных измерениях при максимальном удобстве эксплуатации. Одно из важных достоинств всех моделей частотомеров это возможность автономного батарейного питания. Все рассматриваемые приборы имеют питание 5…6 В от внешнего адаптера (рис. 3), что позволяет использовать эти частотомеры в полевых условиях, очень важно отметить, что и малые габариты и вес приборов явно способствует этому. Наличие USB интерфейса в сочетании с внешним ноутбуком делает прибор незаменимым для полевой лаборатории, а использование LAN интерфейса, обеспечивает еще и гальваническую развязку ПК от объекта измерений!

Рис. 3. Задняя панель частотомеров АКТАКОМ. Разъемы внешнего питания, интерфейсов, синхронизации и внешнего тактирования

Основные технические характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные технические характеристики частотомеров АКТАКОМ АСН-83xx

	АСН-8321/22	АСН-8323/24	АСН-8325/26
Каналы	А, В, С (опция)	А, В, С
Диапазон входных частот (А, В)	0.1 Гц…8 ГГц (опция)
Диапазон входных частот (С)	200 МГц…8 ГГц (опция)	200 МГц…8 ГГц
Относительная погрешность частоты опорного кварцевого генератора	1Ч10-6	1Ч10-8	1Ч10-8
Разрядность индикации	10 цифр
Измерение длительностей импульсов	10 нс…10 с
Интерфейс	USB/LAN (опция)	USB/LAN
Питание	+5.5 В / 2 А (адаптер ~220 В опция)	адаптер ~220 В
Размеры	260 Ч 210 Ч 70 мм
Масса	1.5 кг

Как видно из таблицы 1, все модели частотомеров являются десятиразрядными, могут иметь до 3-х каналов измерения (канал С для частотомеров АСН-8321/22 и АСН-8323/24 является опциональным) и производить измерения сигналов с частотой до 8 ГГц. В зависимости от поставленной задачи или финансовых возможностей, пользователь может приобрести, как «старшую» модель - АСН-8326 с высокостабильным кварцевым генератором и погрешностью 0.01 ppm, со встроенным высокочастотным блоком, интерфейсными модулями для управления частотомером по USB и LAN, программным обеспечением в комплекте, так и более «простые» модели с ограниченным выбором опциональных возможностей. Так, например, может возникнуть ситуация, когда для задач пользователя нет необходимости управления частотомером по USB и LAN, но нужно измерять сигналы с частотой более 200 МГц и иметь высокую точность измерений. В таком случае, лучшим выбором будет АСН-8324 с опцией ВЧ-канала (АСН-0801), изначально установленным производителем. Если же, в процессе эксплуатации, возникла необходимость добавить ту или иную опцию в частотомер, то пользователь может обратиться в сервис-центр производителя, который и произведет «upgrade» в короткие сроки.

Рис. 4. OLED дисплей в частотомерах Актаком

Рис. 5. OLED дисплей в частотомерах Актаком для графической информации

Рис. 6. ЖК дисплей частотомеров Актаком АСН-8321, АСН-8323, АСН-8325

Такая высокая гибкость в использовании приборов в зависимости от условий применения реализована за счет использования двухпроцессорной архитектуры при проектировании данной серии приборов.

Применение OLED дисплея в частотомерах АКТАКОМ обеспечило высокую четкость и наглядность отображения информации по сравнению с обычными цифровыми или буквенно-цифровыми дисплеями (рис. 4).

Очевидно, что вся информация, основное и функциональное меню, в частотомерах АКТАКОМ АСН-8322/24/ 26 выводится на русском языке и это вносит дополнительное удобство и наглядность при работе с этими приборами. OLED дисплей позволяет представлять информацию в графическом виде, т.е.

выводить данные в виде гистограмм. OLED дисплей обеспечивает реализацию улучшенного пользовательского меню более информативного и интуитивно понятного, чем при использовании других видов дисплеев.

Режим навигации по меню становится двухоконным. В каждом окне отображается до 6-ти пунктов меню. При этом, одно окно является пассивным, другое - активным. Активное окно отображено на дисплее более ярко, пассивное - более бледное. В активном окне выбор производится при помощи курсора, который отображается инверсно к фону окна. В пассивном же окне отображается подменю, в котором, собственно, и производится выбор.

Графический OLED дисплей обеспечивает одновременное отображение группы параметров - непосредственное отображение выбранных параметров измерения и настроек прибора во время измерения. Реализована возможность одновременного отображения на экране сразу нескольких результатов измерений.

И, конечно, что и говорить, графический OLED дисплей выглядит стильно и красиво. На представленных фотографиях (рис. 5 и 6) можно сравнить внешний вид ОLED дисплея и обычный буквенно-текстовый дисплей.

Само название «частотомер», говорит об основном назначении данного типа приборов - измерение частоты. Но, современные частотомеры, измерением этого одного параметра, как правило, не ограничиваются. Естественно, что и частотомеры серии АКТАКОМ АСН-832х, как представители семейства современных частотомеров позволяют выполнять и иные измерения во временной области.

В частотомерах АКТАКОМ АСН832х имеется возможность выбора различных измерительных функций. Используя русскоязычное многоуровневое меню пользователь может выбрать следующие режимы измерений:

· измерение частоты по каналам А, B, С;

· измерение периода по каналам А, B;

· измерение длительности импульсов по каналам А и В;

· измерение скважности импульсов (коэффициента заполнения) по каналам А и В;

· счетчик импульсов по каналам А и B;

· измерение разности фаз по каналам А и B;

· измерение скорости вращения;

· режим относительных измерений частоты.

Кроме вышеперечисленных функций, все модели частотомеров АКТАКОМ АСН-832х имеются широкие возможности статистической и математической обработки результатов измерений. Доступ к этим функциям производится в меню «Статистика».

В частотомерах АКТАКОМ АСН832х реализована возможность выполнения 7 вариантов статистической обработки. Среди них:

· среднее;

· минимальное;

· максимальное;

· относительное;

· девиация;

· среднеквадратическое отклонение;

· среднеквадратическое значение.

Кроме статистических операций, имеется возможность выполнения и большого числа математических функций, таких как:

· сумма А+В;

· разность А-В;

· отношение А/В;

· добавление постоянной составляющей;

· умножение на константу;

· деление на константу.

Причем, как уже было сказано выше, благодаря графическому OLED дисплею имеется возможность вывода на экран результатов нескольких результатов обработки одновременно:

В частотомерах АСН-832х имеется возможность выбора внутренней и внешней синхронизации, внутреннего или внешнего тактирования.

В меню прибора также реализовано выполнение ряда сервисных функций: установка часов, включения звуковых эффектов, функции калибровки и некоторых других, на которых можно остановиться немного подробнее:

· Прежде всего, это автоматическая настройка уровней входного компаратора для выделения полезного сигнала. Эта интересная возможность состоит в том, что, теперь, при запуске данной функции прибор автоматически, без участия пользователя, устанавливает пороговое значение уровня, по которому будет происходить измерение.

· Регулируемое время измерения. Пользователь частотомера, руководствуясь, что для него важнее в измерительной задаче: точность результата или скорость измерения, может выбрать время измерения в 3-х диапазонах: 0.1 с / 1 с /10 с.

· Отключаемый фильтр низких частот. Фильтр низких частот позволяет эффективно производить измерения на низких частотах при зашумленных сигналах.

· Функция самотестирования. Тоже очень интересная возможность, которая позволяет частотомеру устанавливать работоспособность внутренних цепей прибора.

Одной из основных особенностей частотомеров АКТАКОМ АСН-832х является возможность полнофункционального управления прибором от персонального компьютера через интерфейсы USB или LAN. Причем, для модели АСН-8326 эта функция является штатной, а для моделей АСН8322 и АСН-8324 - опциональной. При этом, интерфейсный модуль USB/LAN (АСЕ-1072) может быть установлен только в производственных условиях, как при первоначальном заказе прибора, так и при «upgrade » в сервис-центре.

Управление прибором с персонального компьютера производится через модифицированное программное обеспечение АСН-832X SW, которое для частотомеров АСН-8326 поставляется в стандартном комплекте.

Фактически, все функции измерения, математики и статистики, установки параметров, которые можно установить с передней панели частотомера в локальном режиме работы, можно установить используя рабочие окна программного обеспечения. Более того, в АСН-832X SW имеется ряд дополнительных возможностей, отсутствующих при работе в локальном режиме.

Рабочее окно программного обеспечения делится на 3 части. В верхней части рабочего окна располагается меню управления, состоящее из 5-ти закладок:

· Связь;

· Сокеты;

· Настройки;

· Вычисления;

· Дополнительно.

1) Во вкладке «Связь» можно осуществить поиск устройств (частотомеров), которые могут быть подключены к компьютеру и в дальнейшем управляться посредством данного программного обеспечения.

Если устройство правильно подключено к компьютеру и драйвер установлен, то программа при запуске сама обнаружит прибор. Это можно заметить по выведенному в заголовке главного окна программы имени прибора и его серийному номеру. Если же программе не удалось обнаружить прибор, то в заголовке будет написано «[нет подключения]».

2) Для установки параметров подключения при управлении по LAN служит закладка «Сокеты».

3) При включении программа переводит прибор в режим удаленного управления. Для настройки режимов измерения применяется элементы управления вкладки «Настройки».

Здесь можно установить или выбрать измеряемый параметр: по какому каналу, какой тип входа, режимы тактирования и синхронизации, установить порог запуска и т.п.

4) Если в качестве отображаемых значений требуется выводить результат вычислений (в т.ч. по произвольной формуле пользователя), то можно воспользоваться элементами вкладки «Вычисления».

5) Во вкладке «Дополнительно» можно произвести калибровку частотомера, включить режим часов и звуковых эффектов, а также записать и считать константы.

Центральная часть рабочего окна предназначена для запуска или остановки процесса измерения, а также, отображения результатов измерений. При этом, размер поля может произвольно масштабироваться

И, наконец, отображение третьей (нижней) части рабочего окна зависит от включенной закладки: «Самописец» или «Статистика».

Если активной является вкладка «Самописец», то на экране можно наблюдать процедуру построения трендов, т.е., в данном случае, это график изменения частоты во времени. Это очень удобно, если требуется наблюдать, как меняется частота во времени без непосредственного участия пользователя. Для документирования данные могут сохраняться в файл, а также, в дальнейшем, вызываться из файла для просмотра и обработки.

Данную процедуру наглядно иллюстрирует скриншот рабочего окна представленный ниже. Заметим, что эта возможность была недоступна в локальном режиме работы частотомера.

При внимательном рассмотрении, видно, что в нижней части рабочей области появились еще 2 возможности, которые, также, были недоступны в локальном режиме, это: курсорные измерения и тревога по условию.



Рис. 7. Отображение результатов статистической обработки

Результаты курсорных измерений отображаются в верхней части тренда.

При установке функции «режим тревоги по условию» отслеживается, чтобы текущее значение частоты не выходило за установленные пользователем пределы. Если же такой выход произойдет, то включится сигнализация.

Если активной является вкладка «Статистика», то на экране можно отслеживать результаты статистической обработки, а также наблюдать представление результатов в виде гистограмм с возможностью проведения курсорных измерений.

Заметим, что возможность дистанционного управления частотомерами АКТАКОМ АСН-8322, АСН-8324, АСН-8326 позволяет существенно расширить возможные области применения данных приборов.

В настоящее время частотомеры АКТАКОМ АСН-8322, АСН-8324, АСН-8326 выпускаются и в новом исполнении (рис. 8) где реализованы не только органы управления, но и появилась (опциональная) возможность сохранения результатов измерений на SD/MMC карты памяти.

Рис. 8. Частотомер АСН-8326 с управлением кнопочным джойстиком и возможностью сохранения результатов измерений на SD/MMC карты памяти

В заключении следует отметить, что на прошедших в Москве выставках Aerospace Testing Russia 2009 и ChipExpo 2009, частотомеры АКТАКОМ АСН8322, АСН-8324, АСН-8326 были представлены посетителям и вызвали у них живой интерес. При этом пользователи замечали, что отличные технические характеристики, невысокая цена, стильный дизайн, компактные размеры, русскоязычное меню, возможность управления по USB и LAN, широкий набор встроенных функций, это далеко не полный список достоинств частотомеров АКТАКОМ АСН-8322, АСН-8324, АСН-8326, выгодно отличающий эти приборы от импортных аналогов. В настоящее время частотомеры проходят сертификационные испытания и в ближайшее время будут включены в Государственный реестр средств измерений.

Литература

· Справочник по электроизмерительным приборам; Под ред. К. К. Илюнина -- Л.: Энергоатомиздат, 1983

· Справочник по радиоизмерительным приборам: В 3-х т.; Под ред. В. С. Насонова -- М.: Сов. радио, 1979

Нормативно-техническая документация

· ГОСТ 8.567-99 ГСИ. Измерения времени и частоты. Термины и определения

· ГОСТ 7590-93 Приборы аналоговые показывающие электроизмерительные прямого действия и вспомогательные части к ним. Часть 4. Особые требования к частотомерам

· ГОСТ 7590-78 Приборы электроизмерительные для измерения частоты аналоговые показывающие. Общие технические условия

· ГОСТ 22335-85 Частотомеры электронно-счетные. Технические требования, методы испытаний

· ГОСТ 22261-94 Средства измерений электрических и магнитных величин. Общие технические условия

· ГОСТ 8.422-81 ГСИ. Частотомеры. Методы и средства поверки

· ГОСТ 12692-67 Измерители частоты резонансные. Методы и средства поверки

· ГОСТ 11-272.000-80 Частотомеры резонансные. Основные параметры

· МИ 1835-88 Частотомеры электронно-счетные. Методика поверки

Размещено на Allbest.ru