Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Пьезорезонансные нелинейные измерительные преобразователи» (стр. 6 )

Практическая часть

Используемое оборудование: учебный стенд; двухлучевой осциллограф; мультиметр; частотомер; генератор гармонических колебаний; двухполярный источник питания; электронно-счетный частотомер.

Цель работы: Используя учебный стенд и измерительные приборы научиться исследовать режимы работы пьезорезонансных измерительных преобразователей с двумя степенями свободы.

Задание 2: Исследовать асинхронный и синхронный режимы работы пьезорезонансных измерительных преобразователей с двумя степенями свободы. Определить условие синхронизации в системе. Проанализировать амплитудную и частотную модуляции колебаний в режиме биений колебаний с частичным увлечением частот.

Порядок выполнения расчетной части

1.  Создать схему, приведенную на рисунке 3.7. Параметры элементов выбираются исходя из номера варианта по таблице 3.2. Произвести перерасчёт L и C для обоих автогенераторов, как можно точнее, в соответствии с новыми значениями; необходимо учесть, что резонансная частота f2 второго колебательного контура будет на 700Гц выше, чем резонансная частота f1 первого колебательного контура. Сопротивление связи R5 установить равным 3кОм, сопротивления R1, R2, R3 и R4 взять номинал каждого равным 100Ом.

Рисунок 3.7 – Система взаимосвязанных автогенераторов. Является нелинейной системой, возможна работа в синхронном режиме и в асинхронном.

Таблица 3.2 – Выбор параметров колебательной системы по вариантам

Вариант	Q	f1	Вариант	Q	f1
1	30	120 кГц	9	31	105 кГц
2	32	110 кГц	10	25	95 кГц
3	34	100 кГц	11	30	85 кГц
4	33	90к Гц	12	28	70 кГц
5	28	80 кГц	13	20	65 кГц
6	35	75 кГц	14	23	55 кГц
7	26	60 кГц	15	38	125 кГц
8	20	50 кГц	16	34	85 кГц

2.  С помощью режима Transient Analysis построить график временной зависимости выходного напряжения первого и второго генераторов. В поле Time Range ввести значение равное 5·10-3. Значение Maximum Time Step, рассчитать по формуле

.

3.  На графике с помощью , выделить участок, на котором наблюдается процесс биений. По графику установить значение периода биений ТБ, частоту биений Ω=1/ТБ, максимальное и минимальное значение напряжения, т. е. Umax и Umin. Вычислить глубину модуляции по формуле

.

Частоту биений и глубину модуляции рассчитать в соответствии с ниже приведённой таблицей 3.3. График поместить в отчёт (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 – График временной зависимости выходного напряжения генератора.

4.  Вернуться к схеме и меняя значение сопротивления связи заполнить таблицу 3.3, выполнить это аналогично предыдущему пункту. Для каждого варианта, расчёт сопротивления связи производится индивидуально. Рекомендуется, при построениях графиков для RСВ. КР+150,…,RСВ. КР+10, взять Time Range равный 7·10-3. Используя нижеприведённые формулы необходимо рассчитать сопротивление связи критическое RСВ. КР:

,

где, ξ – относительная расстройка;

где, Ξ – обобщённая расстройка;

где, μКР – соотношение амплитуд автогенераторов с учётом элемента связи, соответствующее границе между синхронным и асинхронным режимом;

где, R1 – элемент связи;

где, p – коэффициент увлечения частот (при р>1 – синхронный режим, при p<1 – асинхронный режим.)

Таблица 3.3

R	Ω	m
1кОм
500Ом
RСВ. КР+150
RСВ. КР+80
RСВ. КР+40
RСВ. КР+10

В отчёт помещается график при сопротивлении связи равном последнему значению в таблице.

5.  Запустить Mathcad 2000 Professional, создать новый документ и используя формулы, приведённые ниже, построить теоретические графики зависимость частоты биений Ω от сопротивления RСВ и зависимость глубины модуляции m от сопротивления RСВ (см. рисунки 3.9 и 3.10). Одновременно на этих же графиках построить экспериментальные зависимости, используя данные таблицы 3.3. Графики поместить в отчёт.

Пример выполнения расчётной части в среде Mathcad:

Рисунок 3.9 - Зависимость частоты биения от сопротивления. В режиме близком к границе с синхронизмом чувствительность существенно возрастает.

Рисунок 3.10 - Зависимость глубины модуляции от сопротивления. В режиме близком к границе с синхронизмом чувствительность существенно возрастает.

6.  С помощью Microsoft Word выполнить отчет по работе, который должен включать:

-  титульный лист;

-  задание, цель исследования;

-  краткие теоретические сведения;

-  порядок проведения лабораторной работы, в который помещен расчет и результаты, выполненные в Micro-Cap;

-  выводы по каждому из заданий (выводы должны содержать суть проведенных исследований и полученных результатов).

Отчет сдается в распечатанном виде.

Порядок проведения экспериментальных исследований

Используя соответствующие руководящие материалы к пользованию измерительными приборами и оборудованием учебного стенда собрать схему для проведения экспериментальных исследований в соответствии с заданием к первой части лабораторной работы, произвести необходимые измерения и оформить отчет о выполненной работе.

Отчет сдается в распечатанном виде.

Лабораторная работа №7

Исследование колебательных процессов в измерительных преобразователях с изменяющимися в функции амплитуды колебаний параметрами

Теоретическая часть

Колебательные системы с изменяющимися параметрами используются, например, для создания параметрических усилителей (ПУ), ихмерительных преобразователей на их основе. Такие устройства характеризуются низким значением коэффициента шума и называются параметрическими потому, что усиление в них обусловлено изменением одного из реактивных параметров колебательного контура (С или L).

Физические принципы, положенные в основу действия ПУ, можно рассмотреть на примере обычного колебательного контура (рисунок 4.1), ёмкость которого может изменяться. Предположим, что на контур воздействует гармонический сигнал с частотой f, при этом напряжение UC и электрический заряд qC на конденсаторе будут изменяться во времени по гармоническому закону. Если уменьшать ёмкость конденсатора, быстро раздвигая пластины в моменты максимума напряжения, то напряжение на конденсаторе UC= qC/С будет возрастать, так как заряд qC в моменты раздвижения пластин сохраняется неизменным.

Рисунок 4.1 - Колебательный контур с изменяющейся ёмкостью.

Графическая интерпретация принципа параметрического усилителя приведена на рисунке 4.1. На верхнем графике изображено напряжение сигнала на конденсаторе, на среднем показан процесс механического перемещения пластин конденсатора и на нижнем нарастание напряжения на конденсаторе. Перемещение пластин конденсатора, показанное стрелкой вверх, соответствует уменьшению его ёмкости и происходит в моменты максимального напряжения на конденсаторе, при этом наблюдаются «скачки» напряжения (отмечены крестиками).