Грамм для высших учебных заведений по специальности i-54 01 04 метрологическое обеспечение информационных систем и сетей специальные дисциплины в 3-х частях часть 1 Минск 2006
| Вид материала | Документы |
- Грамм для высших учебных заведений по специальности 1-45 01 01 многоканальные системы, 1416.93kb.
- Учебная программа для высших учебных заведений по специальности i-54 01 04 Метрологическое, 1989.69kb.
- Сборник типовых учебных программ для высших учебных заведений по специальности -45, 1629.58kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности: 1-23, 794.76kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности 1-33, 400.17kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности: 1-21, 290.18kb.
- Методические указания по изучению дисциплины и задание для контрольной работы студентам-заочникам, 610.79kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности: 1-23, 987.19kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности 1-23, 164.64kb.
- Типовая учебная программа для высших учебных заведений по специальности 1-21, 454.66kb.
Тема 5.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИГНАЛЫ
Основные термины и определения. Виды электрических информационных сигналов. Основные параметры, классификация. Основные источники погрешностей в системе первичной обработки информации. Унификация выходных сигналов измерительных цепей. Испытательные и калибровочные сигналы.
Тема 5.2. НОРМИРОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Нормирующие измерительные преобразователи (НИП) информационных сигналов. Согласование входных цепей НИП с выходными цепями измерительных преобразователей. Мостовые схемы включения измерительных преобразователей. Схемы включения дифференциальных измерительных преобразователей. Линии связи измерительных преобразователей и нормирующих измерительных преобразователей. Компенсация температурной погрешности, уменьшение влияния помех в измерительных цепях.
Тема 5.3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ
ИНФОРМАЦИИ
Линеаризация измерительных сигналов. Аналоговые и цифровые методы линеаризации. Структурные и принципиальные схемы. Технические параметры. Погрешности преобразования.
Фильтрация измерительных сигналов. Аналоговые и цифровые фильтры. Принципы построения. Структурные и принципиальные схемы. Погрешности преобразования.
Модуляция и демодуляция измерительных сигналов. Амплитудные, частотные, фазовые модуляторы и демодуляторы. Бесконтактная передача информации. Структурные схемы передающих и приемных устройств.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Резистивные измерительные преобразователи.
2. Емкостные измерительные преобразователи.
3. Электромагнитные измерительные преобразователи.
4. Аналого-цифровые преобразователи.
5. Цифро-аналоговые преобразователи.
6. Преобразователи частоты и фазовых сдвигов в интервал времени.
7. Электрические информационные сигналы.
8. Преобразование измерительной информации.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование резистивных и емкостных измерительных преобразователей.
2. Исследование электромагнитных измерительных преобразователей.
3. Исследование динамического режима измерения температуры с применением термоэлектрических преобразователей.
4. Изучение устройства и принципа действия аналого-цифровых преобразователей.
5. Изучение устройства и принципа действия цифро-аналоговых преобразователей.
6. Измерительные преобразователи переменных напряжений в цифровой код.
7.Измерительные преобразователи частоты и интервалов времени в цифровой код.
8. Измерительные преобразователи фазовых сдвигов в цифровой код.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Аш Ж. Датчики измерительных систем: Пер. с фр. В 2 кн. - М.: Мир, 1992.
2. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие для вузов /Под общ. ред. Н.Н.Евтихиева. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
3. Клаассен К.Б. Основы измерений. Электронные методы и приборы в измерительной технике. - М.: Постмаркет, 2000.
4. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин (Измерительные преобразователи): Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат, 1983.
5. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов / Под ред. Е.М.Душина. - 6-е изд.; перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1987.
6. Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC: Пер. с англ. / Под ред. У.Томпкинса, Дж. Уэбстера. – М.: Мир, 1992.
7 Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин. - М.: Энергия, 1966.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Атамалян Э.Т. Приборы и методы измерения электрических величин. - М.: Высш. шк., 1982.
2. Зайцев Ю.В. и др. Полупроводниковые термоэлектрические преобразователи. М.: Радио и связь, 1985.
3. Кукуш В.Д. Электрорадиоизмерения: Учеб. пособия для вузов. - М.: Радио и связь, 1985.
4. Ревин В.Т., Кострикин А.М. Метрология и измерения (Генераторные измерительные преобразователи: Метод. пособие - Мн.: БГУИР, 1994.
5. Реуцкий В.С. Метрология и электрические измерения: Учеб. пособие / Под ред. А.С.Елизарова. Ч.1. - Мн.: МРТИ, 1989.
6. Сборник задач и упражнений по электрическим и электронным измерениям/ Под ред. Э.Г.Атамалян. - М.: Высш. шк., 1990.
7. Шпак И.И. Электрические измерения. Магнитные измерения: Учеб. пособие. Ч. 2. - Мн.: МРТИ, 1983.
8. Электрические измерения: Учебник для вузов / Под ред. А.В.Фремке и Е.М.Душина. - 5-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергия, 1980.
9. Малиновский В.П. Электрические измерения. - М.: Энергоатомиздат, 1985.
10. Электрические измерения: Учебник для вузов / Под ред. А.В.Фремке и Е.М.Душина. - Л: Энергия, 1990.
11. Электрические измерения электрических и неэлектрических величин / Под ред. Е.С.Полищука. - Киев: Вища шк., 1984.
УТВЕРЖДЕНА
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
03.02.2006.
Регистрационный № ТД- 54 - 003/тип.
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ
И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ИХ ОБРАБОТКИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-54 01 04 Метрологическое обеспечение информационных систем и сетей
Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР
31.01.2006.
СОСТАВИТЕЛЬ:
В.Н. Синица, доцент кафедры метрологии и стандартизации Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
П.В. Чобан, главный метролог, начальник цеха контрольно-измерительных приборов и автоматики ОАО «Белмедпрепараты», кандидат технических наук;
Кафедра радиотехники Военной академии Республики Беларусь (протокол №12-2/2005 от 15.12.2005)
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ
Кафедрой метрологии и стандартизации Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 2 от 27.10.2005)
Научно-методическим советом секции по специальности I-54 01 04 Метрологическое обеспечение информационных систем и сетей УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от 27.10.2005)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа учебной дисциплины «Измерительные сигналы и функциональные устройства их обработки» разработана для специальности I-54 01 04 Метрологическое обеспечение информационных систем и сетей высших учебных заведений.
Предметом изучения дисциплины являются измерительные сигналы, их прохождение через измерительные цепи, а также функциональные устройства, которые входят в средства измерений и предназначены для их обработки.
Целью изучения дисциплины является овладение теоретическими основами анализа измерительных сигналов и их преобразования, методами построения современных функциональных устройств для их обработки и использование полученных знаний в качестве базы при изучении последующих дисциплин, включая дипломное проектирование. Она является основной схемотехнической дисциплиной в учебном плане специальности I-54 01 01 Метрологическое обеспечение информационных систем и сетей.
Программа рассчитана на объём 195 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 119 часов, лабораторных работ – 51 час, практических занятий – 25 часов.
В результате освоения дисциплины «Измерительные сигналы и функциональные устройства их обработки» студент должен:
знать:
- классификацию измерительных сигналов;
- методы математического описания свойств детерминированных и случайных измерительных сигналов;
- способы преобразования измерительных видеосигналов в радиосигналы;
- способы преобразования непрерывных измерительных сигналов в дискретные во времени и квантованные по уровню, и методы их обработки;
- информационный объём измерительных сигналов и критерии качества их передачи;
- методы анализа прохождения детерминированных и случайных измерительных сигналов через линейные и нелинейные измерительные цепи;
- принципы оптимальной обработки измерительных сигналов на фоне помех и построения структуры согласованных фильтров для оптимального приёмника;
- основные характеристики квазилинейных аналоговых устройств и методы их анализа;
- схемотехнические реализации усилительных устройств с использованием различных видов обратной связи и методы анализа их характеристик;
- методы построения и анализа устройств пассивной и активной фильтрации измерительных сигналов, и коррекции их формы и спектра;
- основные схемотехнические построения пассивных и активных преобразователей спектра измерительных сигналов, включая, преобразователи частоты, умножители и делители частоты;
- основные методы построения и анализа характеристик устройств генерации измерительных сигналов, включая схемы фазовой автоподстройки частоты;
- методы построения и основные схемные решения аналоговых модуляторов и демодуляторов;
- принципы работы и методы построения акустоэлектронных устройств обработки измерительных сигналов;
уметь характеризовать:
- виды измерительных сигналов и основные показатели, определяющие качество их передачи и преобразования;
- эффективность построения структурной схемы функциональных устройств обработки измерительных сигналов;
уметь анализировать:
- свойства детерминированных и случайных измерительных сигналов;
- параметры линейных и нелинейных цепей и прохождение через них детерминированных и случайных измерительных сигналов;
- характеристики и параметры функциональных устройств обработки измерительных сигналов.
приобрести навыки:
- использования существующих методов анализа характеристик и параметров измерительных сигналов;
- оценки характеристик и параметров функционального преобразования измерительных сигналов при прохождении через линейные и нелинейные устройства;
- разработки и проектирования функциональных устройств средств измерений для обработки измерительных сигналов.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Значение дисциплины «Измерительные сигналы и функциональные устройства их обработки» в подготовке инженеров-метрологов как одной из базовых дисциплин, её предмет, цели, задачи и содержание, связь с другими дисциплинами учебного плана специальности. Основные термины и определения.
Роль и значение средств измерений в промышленном производстве и современных исследованиях. Обобщённая структурная схема средства измерения.
Общие сведения об измерительных сигналах (ИС) и функциональных устройствах их обработки.
Роль функциональных устройств обработки измерительных сигналов в средствах измерений. Обобщённая структурная схема функционального устройства обработки измерительного сигнала.
Раздел 1. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИГНАЛЫ
Тема 1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ И СИГНАЛОВ ПОМЕХ
По природе материального носителя – неэлектрические, электрические и комбинированные. По характеру изменения параметров во времени – детерминированные, квазидетерминированные и случайные, периодические и непериодические, аналоговые непрерывные (континуальные) и аналого-импульсные, цифровые, элементарные и сложные. По спектру – видеосигналы и радиосигналы. По ширине спектра – узкополосные и широкополосные. По типу модуляции информативного параметра сигнала-переносчика: для несущего аналогового гармонического сигнала – с амплитудной (АМ), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) или с угловой (УМ); для несущего аналого-импульсного сигнала – с амплитудно-импульсной (АИМ), широтно-импульсной (ШИМ или ДИМ), частотно-импульсной (ЧИМ) и фазо-импульсной (ФИМ); для несущего цифрового сигнала – с время-импульсной (ВИМ) и кодово-импульсной (КИМ). По назначению – испытательные и калибровочные.
Определение и классификация сигналов-помех. По воздействию на сигнал – аддитивные и мультипликативные. По месту возникновения – внешние и внутренние. По виду частотного спектра помехи – «белый» и «розовый» шумы. По основным свойствам – флуктуационные, импульсные, сосредоточенные. Флуктуационные помехи или шумы – тепловой, дробовый и фликкер-шумы.
Тема 1.2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ВИДЕОСИГНАЛОВ
Сигналы и их математические модели. Одномерные и многомерные сигналы. Динамическое представление сигналов в виде функций включения и дельта-функций. Принцип измерения мгновенных значений сигнала. Структурные части сигнала – постоянная и переменная, чётная и нечётная.
Геометрическая теория векторного представления сигналов в бесконечномерном линейном пространстве. Координатный базис. Нормированное и метрическое пространство. Норма и энергия сигнала. Скалярное произведение сигналов и гильбертово пространство. Ортогональные сигналы и их разложение по ортогональным базисам, ортонормированный базис. Выбор системы ортогональных базисных функций. Аппаратурная реализация ортогонального разложения сигналов. Обобщённый ряд Фурье и его геометрический смысл.
Спектральный (гармонический) анализ и синтез периодических сигналов. Ряд Фурье в комплексной форме и его векторное представление во времени и в виде годографа. Энергетический спектр и спектр мощности периодического сигнала, теорема Парсеваля. Интегральные значения периодических сигналов: среднее; средневыпрямленное; среднеквадратическое.
Спектральный анализ непериодических сигналов, спектральная плотность, прямое и обратное преобразование Фурье. Энергетический спектр и спектр мощности непериодического сигнала, равенство Парсеваля. Соотношение между длительностью сигнала и шириной его спектра. Спектральный анализ сигналов по Лапласу. Свойства преобразований Фурье и Лапласа (теоремы о спектрах сигналов). Принцип измерения спектров сигналов. Структурная схема гармонического синтеза сигналов.
Суть корреляционного анализа детерминированных сигналов. Взаимная корреляционная функция сигнала (ВКФ) и её свойства. Связь между энергетическим спектром сигнала и его ВКФ. Автокорреляционная функция (АКФ) сигнала и её свойства. АКФ сигналов: периодических, неограниченно протяжённых и дискретных (сигналов Баркера). Связь между энергетическим спектром сигнала и его АКФ, соотношения Винера-Хинчина. Обобщённая структурная схема коррелометра.