Метод сравнения с эталоном
Значительное увеличение точности осциллографических измерений достигается при использовании метода сравнения с эталоном. Суть метода - создание на экране одновременно с сигналом эталонного изображения в виде линий (курсоров) или точек (электронных меток) и совмещение их с измеряемыми фрагментами сигнала. Расстояние между метками по уровню и длительности отсчитывается по шкалам измерительного блока осциллографа. Электронные метки используют в аналоговых осциллографах с цифровыми измерительными блоками.
Рассмотрим вариант реализации метода для измерения напряжения, представленный на рис. 4.16, а.
|
Электронный коммутатор (ЭК) поочередно подключает к каналу Y измеряемый сигнал и два образцовых постоянных напряжения По1 и По2. Значения этих напряжений можно плавно регулировать. Их разность измеряется встроенным цифровым вольтметром. На экране образуется изображение сигнала и двух горизонтальных линий - курсоров эталонных уровней (рис. 4.16, б). Процесс измерения сводится к перемещению этих курсоров к нужным точкам изображения и отсчету значения измеряемого интервала напряжения по вольтметру. При индикации учитывается установленный коэффициент отклонения в канале исследуемого сигнала, что позволяет реализовать прямо показывающий измерительный прибор. Погрешность измерения зависит от точности измерения разности эталонных напряжений и погрешности совмещения курсоров с выбранными точками сигнала.
|
|
Похожим способом измеряют временные интервалы. Временные метки-маркеры можно создать с помощью схемы, представленной на рис. 4.17, а. Опорные напряжения сравниваются с напряжением развертки двумя компараторами. На один подают напряжение По1, на второй - сумму ио1 + По2. На выходе компараторов образуются импульсы, формирующие с помощью триггера прямоугольный импульс, длительность которого соответствует расстоянию между точками пересечения линии развертки и опорных напряжений (рис. 4.17, б). Длительность импульса измеряется электронно-счетным частотомером (ЭСЧ).
Опорные напряжения и напряжение развертки через электронный коммутатор поочередно подключаются к усилителю канала X. При подаче развертки высвечивается
исследуемый сигнал, при подаче напряжений луч находится в двух точках, соответствующих границам измеряемого интервала. Таким образом, формируются две точки - маркеры длительности. Совмещая маркеры с границами интересующего интервала, на табло ЭСЧ получаем его измеренное значение. Погрешность метода включает погрешность измерения временного интервала (погрешность частотомера), неточность срабатывания компараторов, неточность совмещения меток с точками изображения.
|
|
В автоматизированных осциллографах с цифровыми измерительными блоками схемы, подобные рассмотренным выше, совмещены. Эталонные сигналы воспроизводятся в виде двух ярких точек - электронных меток (маркеров). Эти метки размещают на нужных точках изображения. Интервалы напряжения и времени, соответствующие расстоянию между метками, отображаются на индикаторе. Весьма популярным в таких осциллографах является вывод буквенно-цифровой информации меток по углам экрана. Кроме того, цифровой блок обычно обеспечивает индикацию информации об установленных масштабных коэффициентах, режимах работы развертки и пр.
В осциллографах с цифровыми блоками применяют различные способы автоматизации измерений. Кроме определения интервалов напряжений и времени используют процентные измерения - осциллограф показывает результат измерения в процентах от заранее измеренного значения (например, в долях амплитуды или периода, принимаемых за 100 %). Часто предусматривают автоматическую установку требуемых уровней отсчета длительности. Сначала устанавливают метки на точки, соответствующие амплитуде импульса Um, затем включают режим, при котором метки автоматически устанавливаются на уровень 0.5 или 0.1...0.9 от зафиксированной ранее Um. Задача оператора в этом случае только совместить метки с сигналом по горизонтали.
В осциллографах с цифровым блоком часто используют режим автоматического измерения частоты и периода исследуемых сигналов. Учитывается то обстоятельство, что при неподвижном изображении устройство синхронизации осциллографа вырабатывает импульсы с частотой, равной частоте входного сигнала. Частота или период синхроимпульсов измеряются в цифровом блоке осциллографа методом дискретного счета. Возможно также измерение длительности импульсов и скважности. Такие возможности упрощают проведение измерений и сокращают их трудоемкость.