Разработка сенсора на поверхностно-акустических волнах. Автоматизация измерительной установки
часть пластины над ПАВ преобразователем были вварены два штуцера из
нержавеющих трубок 3-х миллиметрового диаметра для введения в ячейку
требуемых газовых потоков, а также откачки ее на вакуум. Для исключения
попадания пыли и частиц грязи на поверхность распространения поверхностно-
акустической волны, в штуцеры были введены специальные фильтры,
используемые в качестве вкладышей во входных штуцерах газовых редукторов.
При проведении экспериментов штуцеры ячейки соединялись с соответствующими
выводами универсального газового стенда.
Описание приборов и материалов
Для измерения частоты ПАВ в работе использовался частотомер электронно-
счетный Ч3-54, характеристики которого представлены ниже:
[pic]
Рисунок 3 Внешний вид частотомера Ч3-54
Назначение:
1. Частотомер электронно-счетный 43-54 предназначен для:
- измерения частоты синусоидальных и частоты следования импульсных
сигналов;
- измерения периода синусоидальных и периода следования импульсных
сигналов;
- измерения длительности импульсов и интервалов времени;
- измерения отношения частот электрических сигналов;
- суммирования электрических сигналов;
- деления частоты электрических сигналов;
- выдачи напряжений опорных частот;
- работы со сменными блоками.
2. Прибор по условиям эксплуатации предназначен для работы в условиях:
- температура окружающей среды от 243 до 323 К (от минус 30 до +50°С);
- повышенная влажность до 98% при температуре до 308 К (+35°С).
3. Прибор питается от сети переменного тока напряжением (220 ± 22) В
частотой (50±0,5) Гц; (220±11) В или (115±6) В частотой (400-12+25 ) Гц.
4. В приборе предусмотрена возможность работы со сменными блоками и другими
приборами.
Применение сменных блоков и других приборов позволяет производить
измерение частоты в широком диапазоне и значительно расширяет возможности
прибора.
При работе со сменным блоком усилителем широкополосным ЯЗЧ-31/1 прибор
измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 0.1 до 60 МГц при
уровне входного сигнала от 1 мВ до 10 В.
При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-41 прибор
измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 0,1 до 1 ГГц при
уровне входного сигнала от 0.05 до 1 В.
При работе со сменным блоком преобразователем частот ты ЯЗЧ-42 прибор
измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 1 до 5 ГГц при
уровне входного сигнала от 0.2 до 10 мВт.
При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-43 прибор
измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 4 до 12 ГГц при
уровне входного сигнала от 0.2 до 5 мВт.
При работе со сменным блоком преобразователем частоты автоматическим ЯЗЧ-
72 прибор измеряет частоту синусоидальных сигналов от 0.3 до 7 ГГц при
уровне входного сигнала от 0.2 до 5 мВт.
При работе со сменным блоком преобразователем частоты автоматическим ЯЗЧ-
72 или преобразователем частоты ЯЗЧ-42 и преобразователем частоты Ч5-13
измеряется частота синусоидальных сигналов в диапазоне от 10 до 78.33 ГГц
при уровне входного сигнала от 0,1 до 5 мВт (10 – 37.5) ГГц, от 0.5 до 5
мВт (37.5 - 70) ГГц и от 1 до 5 мВт (70 – 78.33) ГГц.
При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-87 прибор
измеряет частоту синусоидальных сигналов и несущую частоту импульсно-
модулированных сигналов от 0.07 до 12 ГГц при уровне входного сигнала от
0.1 до 5 мВт.
При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-88 прибор
измеряет частоту синусоидальных сигналов и несущую частоту импульсно-
модулированных сигналов от 8 до 18 ГГц при уровне входного сигнала от 0.4
мВт до 5 мВт.
5. Прибор может применяться для настройки, испытаний и калибровки
различного рода приемо-передающих трактов, фильтров, генераторов, для
настройки систем связи и других устройств.
Технические данные
1. Прибор измеряет:
. по ВХОДУ А частоту синусоидальных сигналов:
- в диапазоне от 0.1 Гц до 420 МГц при напряжении входного сигнала от
0.1 до 100 В эфф.;
- в диапазоне от 120 до 150 МГц при напряжении входного сигнала от 0.2
до 3 В эфф.;
. по ВХОДУ Д частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 50 до 300 МГц
при напряжении входного сигнала 0.2 до 3 В эфф.;
. по ВХОДУ А частоту следования импульсных сигналов любой полярности,
имеющих не более двух экстремальных значений за период, в диапазоне от
0.1 Гц до 120 МГц при напряжении входного сигнала от 0,3 до 100 В.
2. Относительная погрешность измерения частоты синусоидальных и импульсных
сигналов (f в пределах значений, рассчитанных по формуле:
[pic]
где (0 - относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого,
генератора или внешнего источника, используемого вместо внутреннего
генератора;
fизм – измеряемая частота, Гц;
tcч – время счета, с.
3. Номинальное значение частоты кварцевого генератора - 5 МГц. Пределы
корректировки частоты кварцевого генератора при выпуске прибора не менее
±5•10-7 относительно номинального значения частоты.
Действительное значение частоты кварцевого генератора при выпуске прибора
установлено с погрешностью в пределах ±2•10-8 относительно номинального
значения частоты после времени установления рабочего режима.
4. Максимальная относительная погрешность по частоте кварцевого генератора
после времени установления рабочего режима не должна быть более:
± 1.5(10-7 в течение 1 месяца;
±2.5(10-7 в течение 6 месяцев;
±5(10-7 в течение 12 месяцев,
Время 1, 6 и 12 месяцев отсчитывается с момента установки действительного
значения частоты с погрешностью в пределах ±2(10-8.
5. Относительное изменение среднего значения частоты выходного сигнала
кварцевого генератора за 1 сутки в пределах:
после времени установления рабочего режима ±2(10-8;
после 24 часов непрерывной работы ± 1(10-8;
после 72 часов непрерывной работы ±5(10-8.
6. Среднеквадратическая относительная случайная вариация частоты кварцевого
генератора при окружающей температуре, поддерживаемой с точностью ±1°С,
после времени установления рабочего режима не должна быть более:
±1(10-10 за 1 с;
±1(10-10 зa 10 с;
±3(10-9 за 1 ч.
7. Температурный коэффициент частоты кварцевого генератора в пределах:
±1(10-9 на 1°С (для приборов с приемкой представителя заказчика);
±3(10-9 на 1°С (для остальных потребителей).
8. Прибор измеряет по ВХОДУ Б единичный и усредненный (коэффициент
усреднения равен 10, 102, 103 и 104) период сигналов синусоидальной, и
импульсной формы любой полярности при длительности импульсов не менее 0.1
мкс в диапазоне частот от 0 до 1 МГц. Напряжение входного сигнала:
от 0.1 до 100 В эфф. для сигнала синусоидальной формы;
от 0.3 до 100 В для сигнала импульсной формы.
9. Относительная погрешность измерения периода (т синусоидальных сигналов
должна быть в пределах значений, рассчитанных по формуле:
[pic]
где (0 - относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого,
генератора или внешнего источника, используемого вместо внутреннего
генератора;
n - число усредняемых периодов (множитель периода);
Ттакт - период частоты заполнения (метки времени);
Тизм - измеряемый период;
(з - относительная погрешность уровня запуска, определяемая по
формуле:
[pic]
где Uш - амплитуда шумового сигнала, В;
Uc - амплитуда входного сигнала, В.
Значения относительной погрешности (з в зависимости от
соотношения [pic]приведены ниже
| |20 |40 |60 |
|[pic], дБ | | | |
|(з |3(10-2 |3(10-3 |3(10-4 |
Относительная погрешность измерения периода импульсных сигналов при
длительности фронтов импульсов не более половины периода сигнала заполнения
- в пределах значении, определяемых по формуле:
[pic]
10. Прибор измеряет отношение частот электрических сигналов.
Диапазон высшей из сравниваемых частот (ВХОД А) от 10 Гц до 150 МГц.
Диапазон низшей из сравниваемых частот (ВХОД Б) от 0 до 1 МГц.
Напряжение и форма входных сигналов соответствуют приведенным в пп. 1 и
8.
11. Относительная погрешность измерения отношения частот [pic] - в пределах
значении, определяемых по формуле:
[pic]
для сигнала низшей (f2) из сравниваемых частот синусоидальной формы или
импульсного сигнала при длительности фронтов более половины периода
высшей (f1) из сравниваемых частот и в пределах значений, определяемых
по формуле:
[pic]
для импульсного сигнала низшей из сравниваемых частот с длительностью
фронтов не более половины периода высшей из сравниваемых частот.
12. Прибор производит по ВХОДУ А счет числа (суммирование) электрических
колебаний в диапазоне частот от 0 до 150 МГц за время, устанавливаемое
вручную.
Напряжение и форма входного сигнала соответствуют п. 1.
13. Прибор измеряет по ВХОДАМ В и Г интервал времени в диапазоне от 0.1 мкс
до 105 с при внутренних частотах заполнения 103, 104, 105, 106, 107 и 108
Гц, частота внешнего сигнала заполнения от 0 до 150 МГц.
Напряжение входного сигнала импульсной формы соответствует приведенному в
п. 8.
14. Относительная погрешность измерения интервалов времени при длительности
фронтов измеряемых импульсов не более половины периода сигнала заполнения
не должна превышать значения, определяемого по формуле:
[pic]
где (0 - относительная погрешность частоты кварцевого генератора или
внешнего источника, используемого вместо внутреннего кварцевого
генератора;
(изм - измеряемый интервал, мс;
и при длительности фронтов более половины сигнала заполнения не должна
превышать значения, определяемого по формуле:
[pic]
где (ф1, (ф2 - длительность фронтов импульсов, определяющих начало и
конец счета, мс.
15. Входное сопротивление и входная емкость прибора по ВХОДАМ А и Б не
менее 1 МОм и не более 70 пФ.
При нажатой кнопке «50 (» входное сопротивление прибора по ВХОДУ А - 50
Ом.
16. Прибор измеряет в режиме КОНТРОЛЬ собственные опорные частоты 1, 10,
100 кГц, 1, 10, 100 МГц с целью проверки работоспособности прибора.
17. Прибор обеспечивает непосредственный отсчет результатов измерения в
цифровой форме с индикацией единиц измерения (MHz, KHz, mS, (S),
переполнения (П), децимальной точки. В режиме ПАМЯТЬ прибор обеспечивает
хранение результата измерения на время цикла измерения.
18. Время счета прибора при измерении частоты по ВХОДУ А 10-3, 10-2, 10-1,
1 и 10 с. При измерении частоты по ВХОДУ Д время счета удваивается.
19. При автоматическом пуске прибор обеспечивает возможность плавной
установки времени индикации результатов измерения от 0.1 до 5 с; с
допустимым отклонением +50% от указанных величин; при ручном и внешнем
пуске время индикации неограниченное.
20. Прибор делит по ВХОДУ Б частоту входного сигнала в диапазоне от 0 до 1
МГц с коэффициентом деления 1, 10, 102, 103 и 104.
Напряжение и форма входного сигнала соответствуют приведенным в п. 8.
Форма выходного сигнала - положительный импульс длительностью не менее
0.1 мкс, амплитудой не менее 2 В на нагрузке 10 кОм.
21. Прибор выдает сигналы опорных частот: 0.1; 1, 10, 100 Гц, 1, 10, 100
кГц, 1 и 10 МГц, имеющие форму положительных импульсов со скважностью не
более 5 и амплитудой не менее 2 В на нагрузке 10 кОм; 5 и 50 МГц
напряжением; не менее 0.5 В на нагрузке 1 кОм на конце кабеля
соединительного (4.850.597-21). Форма сигнала - близкая к синусоидальной.
22. Прибор работает от внешнего источника опорной частоты 5 МГц ±100 Гц
напряжением от 0.5 до 3 В на нагрузке 100 Ом вместо внутреннего
кварцевого генератора.
23. Прибор выдает на регистрирующее устройство информацию о значении
измеряемой величины в потенциальном виде в параллельном двоично-
десятичном коде 8-4-2-1 с уровнями напряжений на нагрузке 10 кОм;
от +2,4 до +4,5 В - логическ. «1»;
от 0 до +0,5 - логическ. «0».
24. Прибор принимает внешний сигнал запрета работы напряжением от 0 до +0.4
В.
25. После окончания счета прибор выдает командный сигнал для запуска
регистрирующего устройства - положительный перепад напряжением с уровнями
логического «0» от 0 до +0.5 В, логической «1» от +2.4 до +4.5 В на
нагрузке10 кОм.
26. Прибор имеет автоматический, ручной и внешний сброс-пуск. Внешний сброс-
пуск осуществляется импульсом положительной полярности, амплитудой от
+2.4 до +4.5 В, на нагрузке 10 кОм, длительностью не менее 10 мкс при
крутизне фронта не менее 0.5 В/мкс.
27. Прибор обеспечивает возможность дистанционного управления
переключателями: РОД РАБОТЫ, ВРЕМЯ СЧЕТА-МНОЖИТЕЛЬ, МЕТКИ ВРЕМЕНИ, «50
(», «1V/10V», БЛОК, «150 MHz;/5 MHz», а также уровнями срабатывания
усилителей по ВХОДУ А и ВХОДУ Б.
28. Прибор обеспечивает свои технические характеристики после времени
установления рабочего режима, равного 2 ч. Время готовности прибора без
гарантированной погрешности частоты внутреннего кварцевого генератора или
работе с внешним источником опорной частоты - не более 1 мин; при работе
прибора в интервале температур от 263 до 243 К (от минус 10 до минус
30°С) - не более 10 мин.
29. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением
(220±22) В частотой (50±0.5) Гц, (220±11) или (115 ± 6) В частотой (400-
12+28) Гц. Допустимое содержание гармоник до 5%.
30. В приборе обеспечена возможность автоматического подключения цепи
питания кварцевого генератора к внешнему источнику постоянного напряжения
+(27±3) В с потребляемым током не более 0.37 А.
31. Мощность, потребляемая прибором от сети при финальном напряжении, не
превышает 100 ВА.
32. Прибор сохраняет свои технические характеристики в течение 16 ч
непрерывной работы.
33. Нормальные условия эксплуатации:
температура окружающей среды - (293±5)К (20±5) 0С;
относительная влажность воздуха - (65±15)%;
атмосферное давление - (100±4) кПа (750±30) мм рт. ст.
34. Рабочие условия эксплуатации:
температура окружающей среды - от 243 до 323 К (от минус 30 до плюс
50°С);
повышенная влажность - до 98% при температуре до 308K (+35°C);
атмосферное давление - (100±4) кПа (750±30) мм рт. ст.
35. Предельные условия:
температура окружающей среды - от. 223 до 338 К (от минус 50 до +65°С);
пониженное атмосферное давление – 61.33 кПа (460 мм рт. ст.). После
пребывания в предельных условиях время выдержки прибора в нормальных
условиях не менее 2 часов.
36. Габаритные размеры прибора 490х136х480 мм. Масса прибора (без упаковки)
не более 16 кг.
37. Наработка на отказ прибора - не менее 3000 ч
38. Средний срок службы прибора - не менее 10 лет. Средний ресурс - не
менее 10000 часов.
Сопряжение частотомера с ЭВМ
Особенности задачи
Одной из задач данной диссертации является повышение автоматизации
установки, то есть сопряжение ее ЭВМ.
Задачей сопряжения было получение и обработка выходного сигнала
частотомера на терминале ЭВМ. Так как частотомер не имел интерфейса для
непосредственного сопряжения его с ЭВМ, встала необходимость преобразования
выходного сигнала, представленного в параллельном двоично-десятичном коде 8-
4-2-1 в последовательный код, приемлемый для интерфейса RS-232C ЭВМ.
Выбор в пользу применения интерфейса RS-232C обусловлен наличием
следующих факторов:
. относительная удаленность объекта обмена информацией (внешнего
устройства) от компьютера (стандартом оговорена длина кабеля до 15 м при
наличии общего контура заземления, однако во многих практических случаях
она может быть существенно увеличена, хотя и с некоторым снижением
рабочих скоростей);
. сравнительно (по отношению к параллельным методам и локальным
вычислительным сетям) невысокая скорость обмена данными (максимально
возможная скорость передачи данных стандартного последовательного порта
компьютера составляет 115200 бит/сек, что ограничивает скорость обмена
величиной около 10 Кбайт/сек);
. применение стандартного интерфейса для подключения к компьютеру без его
вскрытия.
Далее приведена информация, пользуясь которой разработчик сможет
осуществить сопряжение проектируемого устройства с компьютером при помощи
интерфейса RS-232C
Интерфейс RS-232C предназначен для подключения к компьютеру
стандартных внешних устройств (принтера, сканера, модема, мыши и др.), а
также для связи компьютеров между собой. Основными преимуществами
использования RS-232C по сравнению с другими интерфейсами являются
возможность передачи на большие расстояния и гораздо более простой
соединительный кабель. В то же время работать с ним несколько сложнее.
Данные в RS-232C передаются в последовательном коде побайтно. Каждый байт
обрамляется стартовым и стоповыми битами. Данные могут передаваться как в
одну, так и в другую сторону (дуплексный режим).
Компьютер имеет 25-контактный (DB25P) или 9-контактный (DB9P) разъем
для подключения RS-232C. Назначение контактов разъема приведено в таблице
1.
|Цепь |Контакт (25-контактный |Контакт (9-контактный |I/O |
| |разъем) |разъем) | |
|FG |1 |' |- |
|-TxD |2 |3 |0 |
|-RxD |3 |2 |I |
|RTS |4 |7 |0 |
|CTS |5 |8 |I |
|DSR |6 |6 |I |
|SG |7 |5 |- |
|DCD |8 |1 |I |
|DTR |20 |4 |0 |
|RI |22 |9 |I |
Таблица 1 Назначение контактов разъемов интерфейса RS-232C
(I - входной сигнал компьютера, О - выходной сигнал).
Назначение сигналов следующее.
FG - защитное заземление (экран).
-TxD - данные, передаваемые компьютером в последовательном коде (логика
отрицательная).
-RxD - данные, принимаемые компьютером в последовательном коде (логика
отрицательная).
RTS - сигнал запроса передачи. Активен во все время передачи.
CTS - сигнал сброса (очистки) для передачи. Активен во все время передачи.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|