Генераторы широко применяются в науке, технике, промышленности. Измерительные генераторы - важнейшие приборы для тестирования, настройки, калибровки оборудования. Давайте разберемся, что из себя представляют эти полезные инструменты.
1. Определение и классификация измерительных генераторов
Измерительный генератор - это источник электрических колебаний, параметры которого заранее известны, предназначенный для настройки, исследования, а также проверки функционирования электрических устройств и цепей.
Согласно ГОСТ 15094 генераторы подразделяются на следующие классы:
- низкочастотные
- высокочастотные
- импульсные
- специальной формы сигналов
- шумовых сигналов
- качающейся частоты
Однако классификационные границы довольно условны. Некоторые генераторы занимают промежуточное положение между низко- и высокочастотными. Также существуют комбинированные генераторы, сочетающие сигналы разных типов.
Для оптического диапазона длин волн применима аналогичная классификация генераторов. Кроме того, разрабатываются генераторы отраслевого назначения для использования в составе контрольно-измерительной аппаратуры.
2. Устройство измерительного генератора
Генератор представляет собой радиоэлектронное устройство, содержащее различные функциональные блоки в зависимости от типа формируемого сигнала. Рассмотрим основные элементы.
Источник сигнала. Это может быть перестраиваемый автогенератор или стабилизированный кварцевый генератор, определяющий основную частоту сигнала.
Усилители. Необходимы для усиления исходного сигнала до нужного уровня.
Выходные формирователи. Придают сигналу требуемую форму - синусоидальную, прямоугольную, пилообразную и др.
Аттенюатор. Позволяет плавно регулировать амплитуду выходного сигнала.
Цепи управления. Для настройки параметров генерации и режимов работы.
Стабилизатор уровня. Поддерживает выходные параметры в заданных пределах.
Блок питания. Обеспечивает электропитание всех узлов генератора.
В состав генератора могут входить дополнительные устройства, такие как модуляторы, формирователи временных интервалов, синтезаторы на цифро-аналоговых преобразователях.
3. Виды измерительных генераторов и их назначение
Рассмотрим основные разновидности генераторов и области их применения.
Генераторы гармонических колебаний
Являются источниками периодического синусоидального сигнала. Используются для проверки НЧ- и ВЧ-трактов радиотехнических устройств.
Импульсные генераторы
Формируют последовательности электрических импульсов заданной формы. Применяются в радиолокации, вычислительной технике.
Генераторы шума
Генерируют случайный шумовой сигнал. Используются для тестирования каналов связи.
Генераторы качающейся частоты
Частота генерируемого гармонического сигнала автоматически меняется по заданному закону. Применяются в измерительных комплексах.
Генераторы специальных форм сигнала
Синтезируют сигналы произвольной формы цифровым методом. Используются для тестирования аппаратуры связи.
Таким образом, каждый тип генераторов имеет свою область применения, определяемую особенностями формируемого сигнала.
4. Метрологические характеристики
Рассмотрим основные метрологические параметры измерительных генераторов:
- Стабильность частоты
- Точность установки частоты
- Диапазон частот
- Выходное опорное напряжение
- Точность уровня выходного сигнала
- Искажение формы сигнала
- Воспроизводимость параметров
К генераторам предъявляются жесткие требования по стабильности частоты, нелинейным искажениям, точности установки параметров сигнала. Это необходимо для получения достоверных результатов при измерениях и тестировании.
Регулярная поверка позволяет поддерживать метрологические характеристики генераторов в заданных пределах на протяжении всего срока службы.
5. Применение измерительных генераторов
Измерительные генераторы находят широкое применение в различных областях науки и техники. Рассмотрим основные направления использования.
Радиотехника и связь
Генераторы незаменимы при проектировании, настройке и тестировании радиопередатчиков, радиоприемников, усилителей, фильтров, антенн и других устройств. Они позволяют имитировать реальные сигналы и проверять характеристики трактов на разных частотах.
Радиолокация
В радиолокационных системах генераторы используются для формирования зондирующих сигналов, а также тестирования приемопередающей аппаратуры.
Измерительная техника
Генераторы применяются для градуировки и поверки измерительных приборов - осциллографов, частотомеров, вольтметров. Стабильный сигнал известных параметров позволяет точно настроить измерительные характеристики.
Испытания автоматики
Генераторы используются для имитации сигналов датчиков и проверки работы систем автоматического регулирования и управления.
Медицинская аппаратура
В медицинской технике генераторы применяются для формирования электрических импульсов при электротерапии, электростимуляции мышц и нервов.
Промышленность
В промышленности генераторы используются для контроля качества продукции, например проверки электроизоляции кабелей высоким напряжением.
Научные исследования
В научных лабораториях генераторы применяются для исследования свойств различных материалов, изучения физических процессов при воздействии электрических, электромагнитных сигналов с заданными характеристиками.
Обеспечение метрологических характеристик
Для поддержания заданных метрологических параметров в процессе эксплуатации необходим регулярный метрологический контроль измерительных генераторов.
6. Поверка генераторов
Периодическая поверка позволяет определить отклонения характеристик генератора от норм и при необходимости отремонтировать или откалибровать прибор.
Требования к поверочной аппаратуре
Для поверки применяются высокоточные образцовые генераторы и измерительные приборы. Их погрешность должна быть в 3-10 раз меньше погрешности поверяемого генератора.
Периодичность поверки
Для большинства типов генераторов требуется поверка 1 раз в 1-2 года. Для высокоточных генераторов - 1 раз в 6 месяцев. Результаты поверки документируются.
Таким образом, регулярный метрологический контроль крайне важен для обеспечения точности измерений и испытаний, проводимых с применением генераторов.
7. Практические рекомендации по выбору генератора
При выборе измерительного генератора для конкретных задач необходимо учитывать ряд факторов.
Определение требуемых параметров
В первую очередь следует определить необходимый диапазон частот, требования к точности и стабильности, амплитуде и форме сигнала, исходя из решаемых задач.
Запас по основным характеристикам
Рекомендуется выбирать генератор с запасом по частотному диапазону, точности и стабильности. Это позволит использовать его в будущем для более широкого круга задач.
Условия эксплуатации
Необходимо учитывать условия, в которых будет эксплуатироваться генератор - температуру, влажность, уровень электромагнитных помех.
Надежность и срок службы
Следует обращать внимание на репутацию производителя, наличие сервисных центров, срок гарантии, ресурс работы генератора до капремонта.
Стоимость
Необходимо учитывать не только стоимость самого генератора, но и затраты на обслуживание, поверку, ремонт в течение всего жизненного цикла.
Рекомендации по основным типам
Для точных лабораторных работ лучше подходят генераторы на кварцевой стабилизации частоты. В полевых условиях удобнее использовать менее точные, но более надежные и компактные генераторы.
Таким образом, выбор генератора должен быть обоснованным, с учетом всех нюансов применения.
Таким образом, совершенствование измерительных генераторов продолжается, расширяя их функциональность и области применения.
