Среднеквадратичный вольтметр-генератор

Прибор вынуть из упаковочной тары, освободить от упаковочных материалов, внешним осмотром убедиться, что нет механических повреждений и следов воздействия агрессивных сред. Если прибор находился в климатических условиях, не соответствующим рабочим условиям эксплуатации и хранения, его необходимо выдержать в нормальных условиях не менее 1 часа. Проверить работу всех органов управления. Они должны иметь плавный ход и четко фиксированное положение.

Нормальная работа прибора обеспечивается при соответствии внешних условий рабочим условиям эксплуатации прибора, а также при отсутствии на рабочем месте ударов и вибраций.
2. Условия хранения и применения прибора
2.1 Рабочие условия применения: температура воздуха от +5 до +40^оС, при давлении атмосферы 70-106,7 кПа (537-800 мм рт. ст.) и относительной влажности воздуха 90% при 25^оС.

2.2 Условия хранения и транспортирования прибора в части воздействия климатических факторов определяются ГОСТ 22261-94, как нахождение прибора на складах в упаковке предприятия-изготовителя при температуре воздуха от 0 до +40 °С, относительной влажности воздуха 80 % при +35 ⁰С и атмосферном давлении 70 -106.7 кПа ( 537 - 800 мм рт. ст.).

2.3 Предельные условия транспортирования прибора в части механических воздействий определяются ГОСТ 22261-94, группа 3.
3. Технические характеристики
3.1. Единицы измерения
Отображение уровней входного и выходного сигналов производится в относительных единицах (дБ). За уровень в 0 дБ принято значение 0.775 В. Абсолютное среднеквадратичное значение можно определить по формуле:
,
где A – уровень сигнала в дБ.
3.2. Технические характеристики генератора гармонического сигнала:

• 
  диапазон частот выходного сигнала 300 Гц…2.5 МГц;
  
• 
  уровень выходного сигнала -50…+19.9 дБ;
  
• 
  шаг установки частоты 1 Гц;
  
• 
  шаг установки уровня вых. сигнала 0.1 дБ;
  
• 
  погрешность установки уровня, не более ± 0.2 дБ.
  

3.2. Технические характеристики среднеквадратичного вольтметра:

• 
  диапазон частот входного сигнала 300 Гц…2,5 МГц;
  
• 
  диапазон уровней измеряемого сигнала -70…+ 40 дБ;
  
• 
  погрешность измерения, не более ± 0.2 дБ;
  
• 
  ширина полос пропускания селективного вольтметра 30 Гц, 100 Гц;
  
• 
  входное сопротивление 75 Ом, 150 Ом, 600 Ом, 10 кОм.
  

3.3. Технические характеристики частотомера:

• 
  диапазон измеряемых частот: 300 Гц…10 МГц;
  
• 
  погрешность измерения, не более ±1 Гц;
  
• 
  диапазон уровней сигнала по внешнему входу: -20 дБ ..+20 дБ.
  

4. 
   Устройство и работа прибора.
   

4.1. Внешний вид прибора

4.1.1 Передняя и задняя панели прибора (рис. 1).

1. 
   Выключатель питания 220 В.
   
2. 
   Несимметричный вход вольтметра.
   
3. 
   Выход генератора.
   
4. 
   Вход частотомера.
   
5. 
   Индикатор.
   
6. 
   Клавиатура.
   
7. 
   Ручка плавной установки частоты (верньер).
   
8. 
   Разъем интерфейса RS232.
   
9. 
   Выход сигнала опорного генератора 10 МГц.
   
10. 
    Предохранитель 3 А.
    
11. 
    Клемма заземления.
    
12. 
    Разъем питания 220 В 50 Гц.
    
13. 
    Симметричный вход вольтметра. В модификации прибора без симметричного входа разъемы СР50-73 заменены на разъемы Г4, дублирующие несимметричный вход.
    

4.1.2 Отображение информации на индикаторе (рис. 2).

1. 
   Поле вывода уровня сигнала генератора.
   
2. 
   Поле вывода частоты генератора.
   
3. 
   Поле индикации предела измерения вольтметра.
   
4. 
   Поле вывода показаний вольтметра.
   
5. 
   Поле индикации полосы пропускания вольтметра.
   
6. 
   Поле индикации входного сопротивления вольтметра.
   
7. 
   Поле вывода показаний частотомера.
   
8. 
   Поле индикации переключаемого входа частотомера.
   

2. 
   Структурная схема прибора СВГ-2.
   

4.2.1 Входящие в схему функциональные узлы и их назначение.

1. 
   входной каскад с симметричным входом;
   
2. 
   входной каскад с несимметричным входом, с переключаемым коэффициентом передачи;
   
3. 
   фильтр верхних частот (ФВЧ);
   
4. 
   усилитель с переключаемым коэффициентом усиления;
   
5. 
   фильтр нижних частот (ФНЧ);
   
6. 
   усилитель с переключаемым коэффициентом усиления;
   
7. 
   фильтр нижних частот (ФНЧ);
   
8. 
   аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
   
9. 
   оперативное запоминающее устройство, работающее по принципу: первый пришел – первым вышел (FIFO);
   
10. 
    цифровой процессор обработки сигнала (DSP);
    
11. 
    цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);
    
12. 
    оперативное запоминающее устройство (RAM);
    
13. 
    постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);
    
14. 
    цифровой синтезатор аналогового сигнала (G);
    
15. 
    усилитель с переключаемым коэффициентом усиления
    
16. 
    оконечный усилитель;
    
17. 
    электрически перепрограммируемое запоминающее устройство;
    
18. 
    входной формирователь частотомера;
    
19. 
    контроллер периферии;
    
20. 
    постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);
    
21. 
    центральный процессор (CPU);
    
22. 
    цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);
    
23. 
    верньер;
    
24. 
    клавиатура;
    
25. 
    контроллер клавиатуры и индикаторов;
    
26. 
    цифровые индикаторы.
    

4.3 Описание работы функциональных узлов прибора СВГ-2.

Входной сигнал поступает на входные каскады несимметричного и симметричного входа (1;2). Входное сопротивление симметричного входного каскада определяется переключаемой согласующей нагрузкой. Дифференциальный усилитель обеспечивает симметричность входа этого каскада. Ослабление сигнала осуществляется в каскаде 3 посредством переключаемого аттенюатора.

Входное сопротивление несимметричного входного каскада определяется переключаемой согласующей нагрузкой (каскад 2). Ослабление сигнала осуществляется в каскаде 4 посредством переключаемого аттенюатора.

Симметричный и несимметричные входы вольтметра по параметрам усиления и ослабления сигнала – идентичны.

Усилитель с переключаемым коэффициентом (каскад 4) состоит из трех звеньев:

1. 
   усилитель 40Дб;
   

2) усилитель 20Дб;

3) ограничитель.

Фильтр нижних частот ФНЧ (каскад 5) представляет собой фильтр Чебывшева четвёртого порядка. С выхода ограничителя и промежуточного ФНЧ (каскады 6,7) сигнал поступает на вход АЦП (каскад 8). Результат преобразования АЦП поступает в устройство управления FIFO (каскад 9).

Устройство управления FIFO реализовано на основе программируемой логической матрицы. Структурная схема FIFO приведена на рис. 4. На рис. 5 приведена временная диаграмма, поясняющая принцип работы FIFO. По магистрали данных DO[0...16] в устройство управления (CU) поступает код запуска. Он может иметь следующие значения:

0 – запись в RAM 1310720 кодов из АЦП;

1 – запись в RAM теста в прямом коде;
2 - запись в RAM 1572864 кодов из АЦП;
3 – запись в RAM теста в инверсном коде.

При этом запускается режим накопления выходных кодов АЦП в RAM. Счётчики адреса записи (CTWR) и адреса чтения (CTRD) сбрасываются.

Рис. 3 Структурная схема прибора СВГ-2.

По переднему фронту сигнала STB_ADC, стробирующему АЦП, выходной код АЦП фиксируется в регистре RGI. Перезапись кода из RGI в RAM происходит, когда сигнал STB_ADC переходит в нулевое состояние. Мультеплексор (MUX) переключается на канал A, при этом на адресные входы RAM поступают выходные сигналы CTWR, а драйвер (DD) включается на передачу из канала A в канал C, и на шину данных RAM поступает код зафиксированный в RGI.

Когда сигнал 20MHz переходит в ноль, сигнал записи в память (WRM) устанавливается в активное состояние (0), и происходит запись в RAM. По окончании цикла записи, содержимое счётчика CTWR увеличивается на 1, и MUX переключается на канал B. Когда CTWR достигает максимального (1310720 в режиме селективного вольтметра, или 1572864 в режиме широкополосного вольтметра) запись прекращается. DSP читает информацию из выходного буферного регистра (RGO) в произвольные моменты времени, значительно медленнее. По переднему фронту сигнала чтения (RD_CPU) инициируется цикл чтения данных из RAM в RGO.

Р
ис. 4 Структурная схема устройства управления FIFO.

Рис. 5 Временная диаграмма, поясняющая принцип работы FIFO.
ZZZ – высокий импеданс;

XXX – неопределённое состояние.

Перезапись кода из RAM в RGO происходит, когда сигнал STB_ADC переходит в высоком состоянии. Мультиплексор (MUX) переключается на канал B, при этом на адресные входы RAM поступают выходные сигналы счётчика чтения (CTRD), а драйвер DD включается на передачу из канала C в канал B. Когда сигнал 20MHz переходит в ноль, сигнал чтения из памяти (RDM) устанавливается в активное состояние (0), и на шине данных RAM появляется, ранее записанный, код. Запись кода в RGO происходит по переднему фронту сигнала 20MHz, одновременно содержимое CTRD увеличивается на 1.

В режиме селективного вольтметра DSP вычисляет результат по формуле:

(1.1)

где:

Y – результат измерения;

n – число отсчетов;

X_i – текущий отсчет;

PF_i – плосковершинная весовая функция:

F – приращение фазы.
В режиме широкополосного вольтметра DSP вычисляет результат по формуле:


(1.2)

где:

Y – результат измерения;

n – число отсчетов;

X_i – текущий отсчет;

FH_i – весовая функция Хемминга.

Результат пересылается в CPU расположенный на плате контроллера, через последовательный интерфейс.
Генератор G (каскад 14), состоит из синтезатора, ЦАП и ФНЧ. Синтезатор работает по принципу прямого цифрового синтеза гармонического сигнала. В каждом такте, он прибавляет запрограммированное значение приращения фазы к её предыдущему значению, преобразовывает полученное значение фазы в мгновенное значение функции синус, и это цифровое значение преобразует в напряжение. В режиме генератора DSP получает от CPU значение частоты генератора, вычисляет приращение фазы, и передаёт его в синтезатор. Синтезатор формирует ступенчатый сигнал необходимой частоты. ФНЧ сглаживает ступеньки и формирует сигнал синусоидальной формы.
Усилитель с переключаемым коэффициентом усиления (каскад 15) обеспечивает регулировку выходного сигнала генератора в диапазоне от –50 до +15 Дб, с шагом 5Дб и переключение согласующей нагрузкой на выходе 1 Ом.

Усилитель усиливает сформированные генератором сигналы синусоидальной формы до необходимого уровня, а также подготавливает их для передачи в линию с заданным импедансом, имеет в своем составе внутреннюю защиту от короткого замыкания на выходе, а также защиту от перегрузки.

Усилитель с переключаемым коэффициентом усиления состоит из:

• 
  Буферного усилителя;
  
• 
  Оконечного усилителя;
  
• 
  Датчиков перегрузки;
  
• 
  Схемы управления выходом;
  
• 
  Детектора выходного уровня.
  

Устройства управления прибором.

Устройства управления прибором (каскады 17-26) включают в себя:

• 
  электрически перепрограммируемое запоминающее устройство (EEPROM);
  
• 
  входной формирователь частотомера;
  
• 
  контроллер периферии;
  
• 
  постоянное запоминающее устройство (ROM);
  
• 
  центральный процессор (CPU);
  
• 
  цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);
  
• 
  контроллер клавиатуры и индикаторов;
  
• 
  цифровые индикаторы;
  

CPU организует работу прибора. ROM содержит программу для CPU. Контроллер клавиатуры и индикатора обеспечивает вывод на индикацию режимов работы прибора, и результатов измерений, а также опрос состояния клавиатуры. ЦАП обеспечивает отображение на стрелочном индикаторе результата измерения. Контроллер периферии измеряет частоту и период сигналов, обеспечивает ввод информации с верньера и управление коммутаторами сигналов.

5. Управление прибором и порядок проведения измерений
5.1. Управление генератором
5.1.1 Установка частоты генератора с клавиатуры
Для установки частоты генератора с клавиатуры необходимо нажать клавишу «F2». Индикация режима набора частоты – мигающее поле частоты генератора (поле 2 рис. 2). Ввод значения частоты производится с помощью цифровой клавиатуры, набранное значение отображается в поле частоты генератора. Подтверждение ввода значения производится нажатием клавиши «ENTER», отмена – клавишей «ESC». Для корректировки ошибочно введенного символа необходимо удерживая клавишу «SHIFT» нажать клавишу «DEL».
5.1.2. Плавная установка частоты генератора
Плавная установка частоты генератора производится с помощью верньера 7 (рис.1). При вращении верньера вправо частота генератора увеличивается, влево – уменьшается.
5.1.3. Установка уровня выходного сигнала генератора с клавиатуры
Для установки уровня сигнала генератора с клавиатуры необходимо нажать клавишу «F1». Индикация режима набора уровня сигнала – мигающее поле 1 (рис. 2). Ввод и подтверждение значения уровня сигнала аналогичен вводу значения частоты (п. 5.1.1). Для смены знака значения уровня сигнала необходимо удерживая клавишу «SHIFT» нажать клавишу «9/–».

5.1.4. Пошаговая установка уровня выходного сигнала

Значение выходного уровня генератора может устанавливаться с шагом 0.1 дБ и 10 дБ. Для установки с шагом 0.1 дБ используются клавиши «» (увеличение) и «» (уменьшение). Для установки с шагом 10 дБ используются комбинации клавиш: «» при нажатой «SHIFT» – увеличение, «» при нажатой «SHIFT» – уменьшение.
5.2. Управление вольтметром
5.2.1 Установка предела измерения вольтметра
Блок входных усилителей и аттенюаторов вольтметра разделен на 6 диапазонов с пределами измерения –60, -40, -20, 0, 20, 40 дБ. Для установки предела измерения необходимо:

• 
  клавишами «» или «» установите курсор в поле предел измерения -40 (рис. 2);
  
• 
  нажмите клавишу «ENTER»; курсор при этом начинает мигать;
  
• 
  клавишами «» или «» установите необходимый предел измерения;
  
• 
  подтвердите выбор нажатием клавиши «ENTER».
  

5.2.2 Установка полосы пропускания вольтметра

Вольтметр имеет возможность установки полосы пропускания, для этого необходимо:

• 
  клавишами «» или «» установите курсор в поле полоса ШИР (рис. 2);
  
• 
  нажмите клавишу «ENTER»; курсор при этом начинает мигать;
  
• 
  клавишами «» или «» установите полосу пропускания;
  
• 
  подтвердите выбор нажатием клавиши «ENTER».
  

5.2.3 Установка входного сопротивления вольтметра

Для установки входного сопротивления вольтметра необходимо:

• 
  клавишами «» или «» установите курсор в поле Rвх 150 (рис. 2);
  
• 
  нажмите клавишу «ENTER»; курсор при этом начинает мигать;
  
• 
  клавишами «» или «» установите значение входного сопротивления вольтметра;
  
• 
  подтвердите выбор нажатием клавиши «ENTER».
  

5.2.4 Переключение симметричного и несимметричного входов вольтметра.

Переключение между симметричным и несимметричным входами вольтметра производится клавишей “F3” на цифровой клавиатуре. Повторное нажатие клавиши “F3” включает симметричный вход, далее – несимметричный. На индикаторе в поле 4 (рис. 2) отображается “VS” при работе симметричного входа и “V” – несимметричного.
5.2.5 Индикация ошибки измерений
При подаче на вход вольтметра сигнала, уровень которого превышает значение предела измерения, в поле 4 (рис. 2.) появляется мигающая надпись «OVER», сигнализирующая о перегрузке. Необходимо увеличить значение предела измерения вольтметра по п. 5.2.1.

5.2.6 Особенности использования вольтметра при одновременном измерении уровня нескольких сигналов.

Цифровой вольтметр, входящий в состав прибора, имеет входной усилитель для работы с сигналами низкого уровня (< -20 дБ) и аттенюатор для работы с высокого уровня (> 0 дБ). Собственный динамический диапазон вольтметра – не более 72 дБ. Пределы измерения соответствуют максимальному значению входного сигнала.

При измерении уровня сигналов широкополосным вольтметром на индикаторе 4 (Рис.1) отобразиться совокупная спектральная плотность сигналов и шумов. Шумы и сигналы не входящие в динамический диапазон вследствие малости уровня зарегистрированы не будут. Шумы и сигналы, превышающие по уровню выбранный предел измерений, вызовут перегрузку вольтметра. Сигнал перегрузки вольтметра отображается строкой “OWER” 4 (Рис.1) в позиции отображения значений вольтметра. Строка “ERROR” в той же позиции – сообщает о сбое в процессе измерения.

При совместном измерении уровня нескольких сигналов в линии селективным вольтметром кроме условий, описанных для широкополосного вольтметра, необходимо учитывать следующие особенности:

1) диапазон измеряемых частот 300 Гц ÷2,5 МГц;

2) ширина полосы частот пропускания переключается, и составляет по уровню сигнала –

3 дБ 30 Гц и 100 Гц; по уровню –60 дБ соответственно не более 100 Гц и 250 Гц.

Данная особенность учитывается при отсчете максимальных и минимальных уровней близко отстоящих по частоте сигналов; и не сказывается при регистрации сигналов, отстоящих друг от друга по частоте более величины полосы пропускания соответствующего фильтра по соответствующему уровню;

3) корректное измерение уровней нескольких отстоящих по частоте сигналов возможно в случае, если все сигналы находятся в диапазоне измеряемых частот и не вызывают перегрузку вольтметра в выбранном пределе измерения.

Использование двух различных пределов измерения вольтметра для точного измерения уровня отстоящих по частоте сигналов возможно, если удовлетворяются требования п. 5.2.4 и эти сигналы отличаются по амплитуде не более чем на 50 дБ.
Примечание: при работе с одним сигналом в линии, рекомендуется использовать наболее низкий предел измерения, не вызывающий сигнал перегрузки по входу вольтметра.
5.3. Управление входом частотомера
Частотомер принимает входной сигнал с разъема 4 на передней панели (рис. 1) – внешний вход, и с выхода усилителя вольтметра – внутренний вход. Для управления переключением входов источника сигнала необходимо:

• 
  клавишами «» или «» установите курсор в поле частотомер внутр. (рис. 2);
  
• 
  нажмите клавишу «ENTER»; курсор при этом начинает мигать;
  
• 
  клавишами «» или «» установите нужный источник сигнала;
  
• 
  подтвердите выбор нажатием клавиши «ENTER».
  

5.4 Подготовка прибора к использованию

5.4.1 При получении прибора со склада следует убедиться в целостности упаковки. Распаковать изделие и проверить комплектность поставки согласно эксплуатационной документации (паспорта или упаковочного листа). Провести внешний осмотр прибора и убедиться в отсутствии механических повреждений и сохранности пломб.

5.4.2 Если прибор находился в климатических условиях, не соответствующим нормальным условиям применения, его необходимо выдержать не менее 2 ч в нормальных условиях применения.

5.4.3 Перед началом работы следует изучить настоящее РЭ, а также ознакомиться с расположением и назначением кнопок клавиатуры, разъемов.

5.4.4 Разместить прибор на рабочем месте, обеспечив удобство работы и условия естественной вентиляции.

5.4.5 Убедиться, что кнопка включения питания находится в исходном (выключенном) положении.

5.4.6 Подключить прибор к сети электропитания 220В 50Гц.

5.4.7 Нажать кнопку включения питания. На экране прибора должна появиться заставка в соответствии с рисунком 2.

5.4.8 Через 10 секунд (время самотестирования) прибор готов к работе.
6. Независимая и совместная работа блоков прибора.
Вольтметр, генератор и частотомер имеют отдельные внешние сигнальные разъемы и могут функционировать независимо. Допускается внешняя коммутация входов и выходов прибора для построения различных измерительных схем.

В широкополосном режиме показания вольтметра не зависят от частоты, установленной на генераторе.

В режиме узкополосного вольтметра центральная частота измерения совпадает с установленной частотой генератора и изменяется синхронно с генерируемой частотой. Данный совместный режим работы генератора и вольтметра позволяет реализовать схему проверки аппаратуры высокочастотных (ВЧ) каналов связи и передачи данных информационных структур.

Внутренний вход частотомера использует усилитель-аттенюатор вольтметра и измеряет частоту сигнала, поступившего на вход вольтметра.

7. Маркировка и упаковка
7.1 Маркировка прибора СВГ-2 размещается на задней панели прибора и содержит:

- наименование изделия;

- товарный знак и наименование предприятия – изготовителя;

- порядковый номер по системе нумерации предприятия – изготовителя;

- год изготовления изделия.

- знак Государственного реестра (номер технических условий на прибор).

7.2 Прибор СВГ-2 упаковывается в герметичный целлофановый пакет и укладывается в индивидуальную тару, обеспечивающую хранение и транспортирование прибора вместе с технической документацией и соединительными кабелями.

8. Поверочные схемы прибора СВГ-2

жүктеу/скачать 0.59 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: