16 Билет

Эталоны единиц ФВ в области специальных измерений

Единицы физических величин в настоящее время воспроизводят с помощью специальных технических средств, называемыхэталонами.

Эталон единицы величины — это средство измерений, предназна­ченное для воспроизведения, хранения и передачи единицы величины.

Эталоны единиц классифицируют по ряду признаков (рис.1.1): по точности воспроизведения единиц и подчиненности различают первич­ные, вторичные и специальные эталоны. По назначению вторичные эталоны разделяют на эталоны-копии, эталоны сравнения, эталоны-свидетели и рабочие эталоны.

Рисунок 1.1 - Классификация эталонов

Международный эталон принимается по международному соглаше­нию в качестве международной основы для согласования с ним размеров единиц, воспроизводимых и хранимых национальными эталонами. На­пример, международный прототип килограмма.

Первичным называется эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране точностью.

Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы вели­чины в особых условиях, когда прямую передачу размера единицы от первичного эталона с требуемой точностью технически реализовать не­возможно. Он заменяет для этих условий первичный эталон.

Официально утвержденные в качестве исходных для страны пер­вичные или специальные эталоны называются государственными.

Государственный эталон — это эталон единицы величины, утвер­жденный в установленном порядке и применяемый в качестве исход­ного в РК. На каждый государственный эталон утверждается ГОСТ и назначается ученый-хранитель эталона. Международные эталоны единиц физических величин хранятся в Международном бюро мер и весов (Франция, г. Севр).

В области измерений электрических и магнитных величин на сего­дня создано более 30 государственных эталонов. Основу их составляют эталоны, которые воспроизводят единицы наиболее точно и определяют размер остальных производных единиц. В качестве таких эталонов в на­стоящее время действуют государственные первичные эталоны единиц напряжения (с погрешностью воспроизведения 5 ∙ 10-8), электрической емкости (2 ∙ 10-7), сопротивления (1∙ 10-7).

Вторичный эталон - это эталон, получающий размер единицы ве­личины непосредственно от государственного эталона данной едини­цы величины.

Эталон-свидетель - вторичный эталон, предназначенный для про­верки сохранности Государственного эталона и замены его в случае пор­чи или утраты. Эталон-свидетель применяют лишь тогда, когда Госу­дарственный эталон является невоспроизводимым.

Эталон-копия - вторичный эталон, предназначенный для переда­чи размеров единиц рабочим эталонам. Заметим, что эталон-копия не всегда является физической копией Государственного эталона.

Эталон сравнения — вторичный эталон, применяемый для сличе­ния эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть не­посредственно сличаемыми друг с другом (невозможность перевозки).

Рабочий эталон — эталон, применяемый для передачи размера еди­ницы физической величины рабочим средствам измерений.

По результатам метрологической аттестации рабочие эталоны могут подразделяться на 4 разряда: первый, второй, третий, четвертый.

Радиочастотомеры

 Для определения частот работы радиоэлектронных средств могут использоваться портативные ручные радиочастотомеры. Чувствительность радиочастотомеров составляет от 0,6 до 60 мВ [28,30]. Например, радиочастотомер “Scout” работает в диапазоне от 10 до 1400 МГц. Частотомер осуществляет цифровую фильтрацию и проверку принятых сигналов на стабильность и когерентность. Он позволяет запоминать до 400 различных частот, а также фиксировать до 255 периодов активности на каждой из них. Встроенный интерфейс позволяет использовать частотомер для управления сканерными приемниками

Принцип «захвата» частоты радиосигнала с максимальным уровнем и последующим анализом его характеристик микропроцессором положен в основу работы современных портативных радиочастотомеров. Микропроцессор производит запись сигнала во внутреннюю память, цифровую фильтрацию, проверку на стабильность и когерентность сигнала, и измерение его частоты с точностью от единиц Гц до 10 кГц. Значение частоты в цифровой форме отображается на жидкокристаллическом экране. Кроме частоты сигнала многие радиочастотомеры позволяют определить его относительный уровень.

Большинство радиочастотомеров позволяют практически мгновенно определять частоту сигналов в диапазоне частот от 10 Гц ...10 МГц до 1,4 ... 3,0 ГГц. Чувствительность радиочастотомеров составляет от 0,5 до 12 мВ на частотах до 1 ГГц и от 1 до 100 мВ - на частотах от 1 ГГц до 3 ГГц.

Многие из них имеют возможность совместной работы с персональным компьютером.

Методика поиска с использованием радиочастотомеров аналогична методике поиска с использованием индикаторов поля. Поиск осуществляется путем последовательного обхода помещения. При обходе помещения антенну необходимо ориентировать в разных плоскостях, совершая медленные повороты кисти руки и добиваясь максимального уровня сигнала. Расстояние от антенны до обследуемых объектов должно быть не более 5 ... 20 см. При этом оператор фиксирует частоту принимаемого сигнала и его относительный уровень.

Радиочастотомер захватывает наиболее мощный в точке приема сигнал и измеряет его частоту. Знание частоты позволяет оператору грубо классифицировать принимаемый радиосигнал по возможным его источникам (радио- или телевизионное вещание, служебная связь, сотовая радиотелефонная связь и т. д). Как правило, радиочастотомер захватывает сигналы мощных радиовещательных станций (при этом при каждом измерении на жидкокристаллическом дисплее показания частоты меняются). При перемещении по комнате (в режиме автозахвата частоты) относительный уровень этих сигналов изменяется незначительно, и максимальный уровень наблюдается около оконных рам и труб парового отопления.

При приближении к радиопередающему устройству на некоторое критическое расстояние сигнал от нее начинает превышать сигналы радиовещательных станций. Радиочастотомер захватывает этот сигнал и фиксирует его частоту. Наличие захвата сигнала радиопередающего устройства подтверждается стабильностью частоты сигнала (при отключенной функции автозахвата частоты) и его высоким уровнем.

ЧМ сигналы и их измерения

Частотная модуляция (ЧМ, FM (англ. frequency modulation)) — вид аналоговой модуляции, при котором информационный сигнал управляет частотой несущего колебания. По сравнению с амплитудной модуляцией здесь амплитуда остаётся постоянной.

Системы с частотной модуляцией обладают высокой помехоустойчивостью, поэтому их применяют для высокочастотного радиовещания на ультразвуковых волнах, для передачи сигналов звукового сопровождения телевидения, в радиорелейных и спутниковых линиях связи, а также для передачи телеграфных и фототелеграфных сигналов.

Если модуляция производится одним синусоидальным тоном, то выражение для частотномодулированного колебания имеет вид

 , (2.4)

где  – амплитуда высокочастотного колебания;

 ;

 – значение высокой (несущей) частоты до модуляции;

 ;

 – частоты модулирующего напряжения;

 – индекс частотной модуляции, определяемый из выражения

 , (2.5)

где  – отклонение высокой частоты при модуляции – девиация частоты.

Мгновенное значение частоты частотномодулированного сигнала будет  .

Девиация частоты при модуляции пропорциональна только амплитуде модулирующего напряжения и не зависит от его частоты:

 . (2.6)

На рисунке 2 приведен график частотномодулированного колебания, соответствующий выражению (2.4). Частота модулирующего колебания определяет скорость изменения мгновенного значения девиации  , (  – максимальная девиация).

Рисунок 3 – График частотно-модулированного колебания