Частотомеры АКИП расширяют границы

Частотомеры АКИП расширяют границы

В статье приводится обзор новой линейки профессиональных частотомеров АКИП-5102 (АКИП™). Частотомеры серии АКИП-5102 (АКИП™) являются едва ли не самыми быстрыми и точными из существующих на сегодняшний день, обеспечивая 12 разрядную индикацию с временным разрешением 40 пс. Новые модели призваны удовлетворить любого пользователя, благодаря полному набору измерительных и математических функций и обеспечить гибкость в использовании, благодаря широкому набору опций для конкретной измерительной или аналитической задачи. Корнеев С.А. АО «ПриСТ» Подробные технические характеристики прибора...

Базовая модель частотомера АКИП-5102 появилась несколько лет назад и прочно вошла в разряд высокоточных профессиональных частотомеров. Частотомеры АКИП-5102 включали полный набор измерительных, математических и статистических функций, имели 2 входа от 1 мГц до 400 МГц и высокочастотный вход до 6 ГГц в штатной комплектации. Учитывая спрос рынка, разработчики смогли обеспечить гибкость в использовании, т.е. подстраиваемость под конкретную задачу, расширив модельный ряд новой моделью — АКИП-5102/1 и добавив возможность модернизации путем комбинирования опций. В базовой модели АКИП-5102 добавилась возможность расширения частотного диапазона до 20 ГГц и повышения точности измерения путем установки одной из опций опорного генератора:

• термостатированный опорный генератор 10 МГц («опция 100») ±2x10-7 за 1 год;
• термостатированный опорный генератор 10 МГц («опция 101») ±5x10-8 за 1 год;
• рубидиевый опорный генератор («опция FE-5680A») ±5x10-10 за 1 год.

Данные опции опорного генератора можно установить и в модели АКИП-5102/1. Все модели частотомеров в этой линейке также поддерживают работу от внешнего источника опорной частоты и имеют выход частоты внутреннего опорного генератора (разъемы 10 МГц In/Out на задней панели).

Рисунок 1. Передняя панель частотомера АКИП-5102 (щелчок по изображению - увеличение)

Младшая модель АКИП-5102/1 при небольших габаритах и массе (всего 2,9 кг) имеет один измерительный канал до 400 МГц, предназначенный для измерения частоты и периода. Дополнительными режимами измерения являются - счетчик импульсов за заданный промежуток времени или непрерывный подсчёт количества импульсов и измерение уровня. Наряду со старшей моделью, АКИП-5102/1 имеет функции математики и статистики.

Модель АКИП-5102 обладают следующими дополнительными режимами и возможностями:

1. Измерение временных интервалов в диапазоне от 0,5 нс (разрешение 40 пс) до 100000 с.
2. Измерение отношения частот (между всеми каналами);
3. Измерение фазового сдвига между сигналами;
4. Измерение времени нарастания фронта и времени спада фронта (для каналов 1 и 2);
5. Измерение длительности импульсов (для каналов 1 и 2);
6. Измерение скважности импульсов (для каналов 1 и 2);
7. Измерение пикового напряжения (в частотном диапазоне от 100 Гц до 300 МГц).

Стоит обратить внимание, что у более бюджетных частотомеров измерение временных параметров доступно только для одного канала.

Возможности программирования и ДУ во всех моделях стандартно обеспечиваются интерфейсами USBTMC и LAN.

Рисунок 2. Задняя панель АКИП-5102 (щелчок по изображению - увеличение)

Можно выделить несколько основных критериев, которыми пользователь руководствуется при выборе частотомера:

• Точность измерения, разрешение дисплея и временное разрешение
• Скорость измерения
• Возможность использования в автоматизированных измерительных системах
• Наличие дополнительных математических и статистических функций
• Соотношение цена/качество

Несмотря на то, что измерения частоты являются одними из самых изученных и точных видов измерения, не любые частотомеры могут справится с ними в полном объеме. При измерении частотно-временных параметров приходится учитывать множество параметров как самого сигнала, так и частотомера, которые в итоге влияют на точность измерений. Для примера, ниже приводится упрощенная формула для определения абсолютной погрешности измерения частоты или периода:

где δ₀ – относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого генератора, приведенная в таблице;
δ_сис – системная составляющая погрешности;
δ_и – погрешность индикатора;
δ_зап – относительная погрешность, обусловленная системой запуска;
t _сч – установленное время счета прибора;
N – количество выборок;
f – измеряемое значение частоты, P – измеряемое значение периода

Относительная погрешность, обусловленная системой запуска рассчитывается по формуле:

где U_шума – уровень шумового сигнала на высоких частотах;
U_вх – уровень шума входного усилителя;
τ_зап - скорость нарастания сигнала в точке запуска, В/с

Как видно даже по упрощенной формуле — точность измерения определяется не только стабильностью опорного генератора, но и рядом других параметров, зависящих от конструктивных особенностей частотомера – разрешающей способности, системных составляющих и даже качества используемого усилителя. Ряд этих составляющим можно существенно снизить, к примеру используя функцию усреднения или высокочастотной фильтрации (чего нет в более простых моделях).

Частотомеры серии АКИП-5102 поддерживают технологию цифровой обработки сигнала в реальном времени, которая применяется для одновременного анализа потока входных данных, вычислений и получения новых показаний индикатора, тем самым значительно ускоряя процесс измерений. Вывод информации осуществляется на матричный дисплей, при этом результаты измерений выводятся в 12-разрядным формате, что обеспечивает полноразрядную индикацию частоты при времени счёта 1 секунда и соответствующее временное разрешение от 40 пс. Такое разрешение позволяет повысить точность измерения, не ограничиваясь разрешающей способностью как у более бюджетных частотомеров.

На скорость измерений, помимо аппаратной части влияют и прочие функции. Частотомеры серии АКИП-5102 имеют режим допускового контроля измерений входной частоты (установка верхнего и нижнего предела). Это позволяет запрограммировать частотомер на одно из 2-х функциональных состояний (остановка»/ продолжение измерений) при уходе частоты сигнала за границы пределов. Если была выбрана установка «продолжение измерений» при нарушении границы предела, то все результаты измерений частоты, находящиеся вне допуска, будут переданы во внешний блок диагностирования через USB порт.

При точных измерениях и всей сложности определения погрешности измерения важной функцией у частотомера становится возможность использования в автоматизированной системе измерений. Автоматизированная система измерений позволяет быстро учесть все условия измерений, рассчитать все погрешности измерения, внести поправки на результат. Частотомеры серии АКИП-5102 оснащены интерфейсами USB (USBTMC) и LAN, что позволяет легко интегрировать их в автоматизированные измерительные системы и комплексы. По интерфейсу LAN частотомеры полностью поддерживают протокол LXI, а также обеспечивают совместимость со стандартами USBTMC (интерфейс Hi-Speed USB 2.0). Для большей гибкости при написании процедур тестирования, частотомеры поддерживают эмулирование языка программирования частотомеров Agilent Technologies 53131А, 53132А и 53181А (команды SCPI), что позволяет без трудозатрат заменять частотомеры Agilent Technologies частотомерами АКИП. Помимо основных интерфейсов частотомеры имеют возможность опциональной установки популярного интерфейса GPIB. В состав комплекта входит программное обеспечение, полностью поддерживающее дистанционное управление частотомером, и позволяющее сохранять данные и результаты измерений в форматах «.txt» и «.csv».

Рисунок 3. Интерфейс дистанционного управления АКИП-5102 (щелчок по изображению - увеличение)

Частотомеры серии АКИП-5102 имеют полный набор математических и статистических функций.

Частотомеры способны одновременно измерять и отображать на дисплее – текущее значение, минимальное, максимальное, относительное значение, стандартное отклонение (СКО), количество выборок и пр. Масштабирование и смещение (доступное через меню математики) может использоваться для компенсации показаний в соответствии с приложениями пользователей. Кроме того, в целях более простых настроек, имеется цифровая клавиатура для математических операций.

К услугам пользователей имеется 20 ячеек памяти для хранения наиболее часто используемых операций.

Дисплей частотомеров очень информативен и отображает информацию о выбранных настройках – измерительный вход, входной импеданс, связь по входу, аттенюатор, фильтр. Поимо этого при включении функции или режима происходит включение подсветки функциональной кнопки. Это позволяет более быстро производить настройки, а также сводит к минимуму ошибки оператора.

Конечно, при выборе любой продукции не маловажную роль играет цена. Частотомеры АКИП-5102 занимают среднюю нишу между более бюджетными моделями частотомеров торговой марки АКИП — частотомерами серии Ч3-85 и более высокочастотными и функциональными - частотомерами компании Pendulum (Швеция). Благодаря своей функциональности, точности и доступности частотомеры серии АКИП-5102 имеют широчайший спектр применения и могут быть рекомендованы для прецизионных частотно-временных измерений, в составе систем автоматизированного контроля, а также использоваться в качестве рубидиевого стандарта частоты (с опцией FE-5680A). На сегодняшний день подобные частотомеры будут востребованы в таких областях как: мобильная связь, спутниковая связь, а также для научно-исследовательских целей и в метрологических лабораториях.

В данный момент частотомеры проходят испытания с целью внесения в Госреестр СИ РФ.

Автор:  Корнеев С.А.
Дата публикации:  20.01.2014