В дальнейшем до конца выполнения пункта 2.3 не изменять установку фазы j0 по лимбу «Фаза Ф0».

В данной работе студенту нельзя изменять настройки программы LabVIEW, так как это может привести к порче программы!

На Передней Панели расположены индикаторы источников данных и приемников данных. В цифровой источник вводятся данные, для ввода используются мышь и клавиатуру (цифровые источники изображены на рис.3 и на рис 5), после запуска программы LabVIEW введенные данные обрабатываются программой и выводятся на приемники данных Результаты обработки можно просматривать в индикаторах приемников данных (например на виртуальном осциллографе, на цифровых приемниках "Мощность", "Среднее", " Корреляционный интеграл" и т.д.)

 

Рис.1.

 

Ø кнопка «стрелка» – пуск выполнения программы; если в программе имеются ошибки, то данная кнопка расколота на две части;

 

Ø кнопка «стрелки в цикле» – запуск программы в циклическом режиме;

 

Ø кнопка «красный круг» – остановка выполнения программы;

 

 

Ø кнопка «две вертикальные черты» – пауза в выполнении программы.

 

Рис.2.

 

Для графического отображения полученных данных используются виртуальные осциллографы, экраны которых обновляются по мере поступления новых данных с каналов модуля Е-330 и которые затем обрабатываются. Настройка виртуальных осциллографов осуществляется пользователем. Возможно одновременное отображение в одном окне нескольких зависимостей разным цветом или типом линии, имеющих одну вертикальную шкалу. Виртуальный осциллограф изображен на рис. 5.

 

Рис. 3.

 

Программа позволяет установить один из трех режимов работы :

0 - "Синхронное детектирование амплитудно-модулированного сигнала при отсутствии шума",

1 - "Сигнальная функция и функция взаимной корреляции",

2 - "Избирательные свойства синхронного детектора".

Индикатор различных режимов изображен на рис.4. Выбор режима осуществляется с помощью манипулятора "мышь". Установив указатель мыши на один из черных треугольников и, нажимая на левую клавишу мыши, выбирается нужный режим.

Рис.4.

 

 

Задание.

В данной работе студенту нельзя изменять настройки программы LabVIEW, так как это может привести к порче программы!

Перед выполнением каждого пункта задания прочитать этот пункта до конца.

Получить от преподавателя значение мощности генератора шума для оценки фазы, значение мощности генератора шума для оценки частоты, количество измерений m фазы j₀.

Описание рабочего места

 

Рабочее место состоит из макета, компьютера и стандартных измерительных приборов (генератора Г3-33 и осциллографа С1-55). Рабочее место изображено на рис.5.

1.Наблюдение эффекта синхронного детектирования амплитудно-модулированного сигнала при отсутствии шума.

Блок-схема установки, для выполнения пункта 1 представлена на рис.6.

 

. Рис.5.

 

Макет установки включает:

1. Формирователь опорного сигнала, состоящий из: задающего генератора высокой частоты; фазовращателя
Ф₁ (фазовращатель Ф₁ может изменять фазу от 0° до 150°) и фазовращателя Ф_2, (если ручка управления фазовращателя Ф₁ находится в крайнем правом положении, фазовращатель Ф₂ изменяет фазу от 150° до 300°)

2. Формирователя входного сигнала, состоящего из: фазовращателя Ф₀ (фазовращатель Ф₀ может изменять фазу от 0° до 150°); модулятора; сумматора и генератора шума.

3. Синхронного детектора состоящего, из: перемножителя; интегратора и усилителя.

 

Полезный управляющий сигнал подается на модулятор с внешнего генератора Г3-33 , ( сигнал подается на клеммы "Модуляция"). Модулятор осуществляет амплитудную модуляцию, при которой модулирующим (управляющим) сигналом является сигнал с генератора Г3-33. Опорный сигнал- это сигнал задающего генератора ВЧ. Сумматор суммирует полезный сигнал и сигнал генератора шума. При этом имитируются искажения полезного сигнала аддитивной помехой. Когда регулятор мощности шума установлен в крайнее левое положение, аддитивная помеха отсутствует. Перемножитель перемножает два сигнала: один с задающего генератора другой с модулятора. Сигнал после перемножителя интегрируется интегратором, усиливается и подается на выход макета (клеммы "Вых."). В макете можно дискретно менять время интегрирования. Если оба переключателя установлены вниз, время интегрирования равно t. Если один переключатель установлен вверх, а другой вниз (не важно какой из них вверх, а какой вниз), время интегрирования равно 2t. Если оба переключателя установлены вверх, время интегрирования равно 3t

 

 

1.1. Для выполнения работы необходимо сопоставить значениям цифр на лимбе соответствующие им сдвиги фаз.

 

Выбрать режим "Синхронное детектирование амплитудно-модулированного сигнала при отсутствии шума".

Включить установку. Подать на клеммы "Модуляция" модулирующий гармонический сигнал. Включить генератор Г3-33 – источник модулирующего сигнала, установить амплитуду сигнала равной нулю вольт. Подключить кабель 1-го канала АЦП модуля Е330 к выходу макета клеммы "Вых". Кабель 2-го канала подключен к генератору Г3-33.

-Установить регуляторы фаз Ф_о, Ф₁ и Ф₂ в нуль.

-Установить регулятор мощности шума на нуль.

-Установить постоянную времени интегрирования равной t.

-Установить тумблер "Внешн.Вч.-Внутр" в положение "Внутр.".

-Запустить программу LabVIEW в циклическом режиме.

 

Изменяя фазу Ф₁ опорного сигнала_, наблюдать значения корреляционного интеграла на экране виртуального осциллографа. На экране виртуального осциллографа наблюдаются два сигнала. Один сигнал определяет постоянное напряжение корреляционного интеграла с выхода интегратора. Другой сигнал определяет нулевое значение сигнала с генератора Г3-33. При изменении фазы Ф₁ постоянное напряжение будет изменяться. Необходимо записать значение метки деления шкалы изменения фазы Ф₁ по лимбу, при котором значение корреляционного интеграла равно нулю. (Для большей точности отслеживать изменение значения корреляционного интеграла по индикатору "Среднее", до второго знака после запятой.) Этому значению метки N соответствует фаза равная 90°. Считать, что фазовращатель работает в линейном режиме и каждому делению меток лимба до 90°, соответствует фаза, вычисленная по формуле:

j_n=n*90°/ N где n =0,1,…N

 

Установить регулятор фазы Ф₁ в максимальное значение (вращать регулятор по часовой стрелки вправо до упора). Изменяя фазу опорного сигнала Ф_2, наблюдать значения корреляционного интеграла на экране виртуального осциллографа и записать значение метки деления шкалы изменения фазы Ф₂ по лимбу, при котором значение корреляционного интеграла равно нулю. (Для большей точности отслеживать изменение значения корреляционного интеграла по индикатору "Среднее" до второго знака после запятой.) Этому значению метки соответствует фаза равная 270°. Линейное соотношение между значениями лимба и изменением фазы при j>90° нарушается и зависимость значений n от величины фазы j будет нелинейная.

Остановить выполнение программы LabVIEW в циклическом режиме.

Выполняя пункты 1.1-1.3 задания, считать, что фазовый сдвиг равный 0° получается тогда, когда регуляторы фаз Ф₁, Ф₂ ,Ф₀ установлены в крайнее левое положение. Фазовый сдвиг равный 90° получается тогда, когда регуляторы фаз Ф₂ ,Ф₀ установлены в крайнее левое положение, а регулятор фаз Ф₁ установлен на метку лимба, полученную при выполнении пункта 1.1. Фазовый сдвиг равный 150° получается тогда, когда регуляторы фаз Ф₂ ,Ф₀ установлены в крайнее левое положение, а регулятор фаз Ф₁установлен в крайнее правое положение.

Установить в цифровой источник "Число точек 1" число от 100 до 500.

Цифровой источник изображен на рис.7.

Рис.7.

 

 

1.2. Установить амплитуду сигнала, равным не более 3 вольт, диапазон частот (1-3) кГц. Модулированный сигнал снимается с клемм "Контроль Вх. сигнала " и наблюдается на экране осциллографа. Меняя амплитуду модулирующего сигнала с Г3-33, получить коэффициент модуляции 10-20%. Зарисовать осциллограмму.

Запустить программу LabVIEW (кнопка «стрелка» – пуск выполнения программы).

Наблюдать на экране виртуального осциллографа модулирующий гармонический сигнал и демодулированный сигнал для различных фазовых сдвигов - (0°, 90°,150°). Зарисовать осциллограммы деммодулированных сигналов. Проанализировать полученные осциллограммы, сравнить их с теоретическими. Для того чтобы завершить работу программы LabVIEW необходимо нажать кнопку "Stop" на панели инструментов программы LabVIEW .

1.3. Выявить влияние постоянной времени фильтра (t, 2t, 3t) на вид демодулированного сигнала при значениях фазы опорного сигнала, равной 0°, 90°,150°.

Объяснить результаты наблюдений.

 

Оценка фазы.

 

Синхронный детектор

Выбрать режим "Сигнальная функция и функция взаимной корреляции".

Блок-схема установки, для выполнения пункта 2 представлена на рис.8.

Рис.8.

Для определения оценки фазы используется та же самая установка, описанная в пункте 1. Перемножитель перемножает два сигнала один с задающего генератора, который можно сдвигать с помощью фазовращятелей Ф₁ и Ф₂., другой с сумматора. Сумматор суммирует сигнал задающего генератора и сигнал генератора шума. Сигнал задающего генератора можно сдвигать с помощью фазовращятелей Ф_0. Имитируются искажения полезного сигнала аддитивной помехой. Когда регулятор мощности шума установлен в крайнее левое положение, аддитивная помеха отсутствует. Сигнал после перемножителя интегрируется интегратором, усиливается и подается на выход макета (клеммы "Вых").

 

2.1 Построение сигнальной функции для фазы. Отключить внешний модулирующий сигнал. Для этого, не отключая генератор Г3-33, установить амплитуду выходного сигнала, равной нулю. Установить регулятор мощности шума на нуль. Установить регуляторы сдвигов фаз Ф₁, Ф₂ ,Ф₀ в крайнее левое положение. Изменяя фазу Ф₁ опорного сигнала по лимбу с шагом одно деление (деления пронумерованы) от 0° до 90°, запуская программу LabVIEW (кнопка «стрелка» – пуск выполнения программы), наблюдать и записать значения корреляционного интеграла по индикатору "Значение корреляционного интеграла".

Работая в среде LabVIEW , для обработки полученных результатов удобно использовать программу электронных таблиц EXCEL. Расположить на экране монитора два окна программ LabVIEW и EXCEL. Запуская программу LabVIEW и проводя вычисления по заданию к лабораторной работе, полученные результаты измерений и отображаемые в индикаторах панели LabVIEW с помощью мыши можно копировать и вставлять в ячейки электронных таблиц EXCEL. (Для копирования в буфер обмена нажмите клавиши CTRL +C и для вставки из буфера обмена нажмите клавиши CTRL +V).

На одном рисунке построить нормированный график теоретической сигнальной функции и экспериментальной сигнальной функции при изменении фазы от 0° до 90°.

Выполнить пункты задания 2.2-2.6, считая что каждому делению метки фазы Ф₁ соответствует фаза_, полученная по формуле из пункта 1.1.

2.2. Установить интервал интегрирования t, установить произвольную фазу j₀ по лимбу "Фаза Ф₀" в пределах от 0 до 2 деления шкалы. И построить сигнальную функцию как в пункте 2.1.,не изменяя фазы j₀ . По максимуму сигнальной функции опорного сигнала оценить по лимбу "Фаза Ф₁" неизвестную фазу j₀ в отсутствии шума. Уточнить значение полученной фазы j₀, изменяя фазу опорного сигнала с точностью наименьшего деления лимба.

В дальнейшем до конца выполнения пункта 2.3 не изменять установку фазы j0 по лимбу «Фаза Ф0».

2.3. Установить в цифровой источник "Число точек 2" число 1000.

Измерить амплитуду высокочастотного сигнала. Для этого подсоединить 1-ый канал АЦП к выходу «Контроль Вх. сигнала» установки, переключить тумблёр «Внеш.Вч.-Внутр.» установки в положение «Внутр.» и, запуская программу LabVIEW (кнопка «стрелка» – пуск выполнения программы), записать показания мощности сигнала по индикатору «Мощность 2».

2.4. Установить заданную мощность шума. Для этого переключить тумблёр «Внеш.Вч-Внутр.» установки в положение «Внеш.Вч.». Изменяя положение регулятора мощности шума, запуская программу LabVIEW, на индикаторе «Мощность 2» установить мощность шума с точностью до первого десятичного знака. Оценить нижнюю границу дисперсии оцениваемой фазы j₀ по формуле:

2.5. Подсоединить 1-ый канал АЦП к выходу «Вых.» установки и переключить тумблёр «Внеш.Вч.-Внутр.» установки в положение «Внутр.»

Выставить на цифровом источнике "Число точек 2" значение равное 10.

Варьируя фазу опорного сигнала в интервале с шагом наименьшего деления лимба, построить сигнальную функцию, как в пункте 2.1.(не изменяя фазы j₀₎ .

По максимуму сигнальной функции оценить фазу

Пункт 2.5 повторить m раз. В результате получили последовательность оценок фазы .

2.6. Статистическая обработка результатов измерений фазы. Вычислить среднее значение оценки фазы и дисперсию оценки фазы по формулам.

Вычислить теоретическую нижнюю границу дисперсии оценки фазы по формуле:

и сравнить её с экспериментальной дисперсией . На оси (0, ) отложить точки , , и провести обсуждение результатов оценки фазы.

 

3.Оценка частоты.

Блок-схема установки, для выполнения пункта 3 представлена на рис.9.

Для исследования избирательных свойств синхронного детектора на установку необходимо подать внешний высокочастотный сигнал с генератора Г3-33 (на клеммы "ВЧ сигнал"). Перемножитель перемножает два сигнала один с задающего генератора, другой с сумматора. Сумматор суммирует два сигнала один с внешнего генератора другой с генератора шума. Имитируются искажения полезного сигнала аддитивной помехой. Когда регулятор мощности шума установлен в крайнее левое положение, аддитивная помеха отсутствует. Сигнал после перемножителя интегрируется интегратором, усиливается и подается на выход макета (клеммы "Вых.").

Выставить на генераторе Г3-33 напряжение от 1 вольта до 1.5 вольт с выходным сопротивлением 5 Ом. Подать сигнал от генератора Г3-33 на установку на гнездо «ВЧ сигнал», а тумблер «Внеш.Вч..-Внутр.» поставить в положение «Внешн.Вч». Подключить кабель 1-го канала АЦП модуля Е330 к выходу макета клеммы "Вых."

Выбрать режим работы "Избирательные свойства синхронного детектора" с помощью индикатора в рабочем окне программы LabVIEW.

Рис.9.

3.1.Оценка частоты генератора установки при отсутствии шума. Изменяя частоту генератора Г3-33 в пределах от 90 кГц до 110 кГц запускать программу LabVIEW и для каждого значения частоты определить значение сигнальной функции по индикатору «Вых. интегратора» на мониторе. Для этого предварительно пронаблюдать на экране виртуального осциллографа выходной сигнал интегратора. Для улучшения точности измерений на экране монитора должно быть не менее пяти периодов. Регулировка числа периодов осуществляется изменением числа точек отсчета, устанавливаемого индикатором источником «Число точек отсчета 3». Меняя число точек отсчета, добиться наблюдения не менее пяти периодов, каждый раз, запуская программу LabVIEW.

Измерить и записать значение сигнальной функции, частоту генератора и число точек отсчета для различных постоянных времени (t,2t,3t) интегрирующей цепи.

Построить нормированный график сигнальной функции в зависимости от частоты. Произвести оценку частоты для различных постоянных времени (t,2t,3t) интегратора.

3.2. Оценка нижней границы дисперсии. Установить в цифровой источник "Число точек 3" число 1000.

. Подключить кабель 1-го канала АЦП (модуль Е330), к клемме «Контроль Вх. сигнала» установки. Установить мощность шума равной нулю. Выставить на генераторе Г3-33 напряжение от 1 вольта до 1.5 вольт с выходным сопротивлением 5 Ом. Подать сигнал от генератора Г3-33 на установку на гнездо «ВЧ сигнал». Запустить программу измерения мощности ВЧ сигнала и записать значения по индикатору «Мощность 3».Записать значение напряжения с генератора Г3-33. Установить амплитуду сигнала равной нулю. Установить мощность шума, заданную преподавателем. Запустить программу измерения мощности шума. Записать значения мощности шума по индикатору «Мощность 3». Подать сигнал от генератора Г3-33, который был записан, на установку на гнездо «ВЧ сигнал» Подсоединить кабель 1-го канала к клеммам «Вых.» установки.

Оценить нижнюю границу дисперсии оцениваемой частоты для различных постоянных времени (t,2t,3t) интегратора по формуле:

 

где t равно 50 мксек.

3.3. Оценка частоты генератора установки при наличии шума. По методике, изложенной в п. 3.1, оценить значение сигнала на выходе интегратора. Ввиду того, что сигнал искажен шумом, рекомендуется выставлять число точек отсчета в окне «Число точек отсчета 3», равным числу точек, принятым для выставленной частоты при отсутствии шума в п. 3.1. Оценку частоты произвести для различных постоянных времени (t,2t,3t) интегратора.