Аппаратура контрольно-проверочная КПА-Фианит
Назначение
Аппаратура контрольно-проверочная КПА-Фианит (далее - КПА-Фианит) предназначена для измерения нестабильности частоты и спектральных характеристик фазы (частоты) высокостабильных источников гармонических сигналов, а также измерения времени задержки входной импульсной последовательности.
Описание
Принцип работы КПА-Фианит основан на формировании внутренним опорным генератором с помощью фазосдвигающих цепей квадратурных сигналов U0c и U0k равной амплитуды и частоты w0, сдвинутых по фазе на угол п/2. Поток импульсов, сформированный формирователем коротких импульсов измеряемого сигнала из входного напряжения U в момент перехода его через нулевой уровень с положительной производной, через коммутатор контроллера поступает на управляющие входы устройства выборки и хранения, в последних осуществляется запись мгновенных значений напряжений квадратурных каналов:
Uoc = B-sin( wot)
Uok = В cos( wot)
где ti - момент времени появления i -го импульса измеряемого сигнала на входах устройств выборки и хранения;
В - амплитуда опорного сигнала;
wo - круговая частота опорного сигнала.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) преобразуют записанные значения напряжения квадратурных каналов в цифровые коды, которые поступают на соответствующие входы блока вычисления арктангенса. Значения фазы сигнала ф^ определённые с применением блока вычисления арктангенса, заносятся в сверхоперативное запоминающее устройство. В общем случае значения частоты измеряемого и опорного wo сигналов не равны, поэтому для устранения неоднозначности фазовых отчетов ф служит грубый канал измерения, содержащий формирователь квантующих импульсов, счетчик импульсов и регистр. С помощью этого канала измерений фиксируется код целого числа импульсов опорного сигнала, сформированных между фм и 9i отсчетами фазы. Вычисленные таким образом разности представляют собой набеги фазы исследуемого сигнала. Кроме этого контроллер формирует оценку усредненного на интервале времени т набега фазы измеряемого сигнала.
Аналогичным образом реализован и алгоритм измерения времени задержки входной импульсной последовательности Uf относительно опорной последовательности Uc на синхровходе. В этом режиме контроллер последовательно управляет коммутатором таким образом, что сначала на управляющие входы устройств выборки и хранения проходят «К» импульсов опорной последовательности Uc, а затем «К» импульсов последовательности Uf. Записанные мгновенные значения напряжения квадратурных каналов U0c и U0k преобразуются с помощью АЦП в цифровые коды, из которых блок вычисления арктангенса формирует цифровые отсчеты фазы фк опорной последовательности и фазы фс измеряемой последовательности. Интервал времени вычисляется по количеству импульсов известного периода, формируемые опорным генератором, поступающие между моментами появления импульсов входной и опорной последовательности.
В КПА-Фианит реализованы следующие измерительные каналы: выход 5 МГц, вход 5 МГц (канал измерения спектральной плотности мощности фазовых шумов), вход 2,5 МГц (канал измерения частоты импульсного сигнала); канал измерения интервалов времени двух входных импульсных последовательностей.
Конструктивно КПА-Фианит выполнена в виде блока прямоугольной формы. На лицевой панели размещены индикаторы и органы управления, вилки и розетки для соединения с другими средствами измерений расположены с правой стороны и имеют соответствующие обозначения.
Заводской номер в цифровом формате наносятся на боковую панель на шильдик ударным методом.
Общий вид КПА-Фианит, места нанесения знака поверки, знака утверждения типа, заводского номера и пломбирования представлены на рисунке 1.
Рисунок 1 - Общий вид средства измерений с указанием мест пломбировки, мест нанесения знака утверждения типа, знака поверки и заводского номера
Программное обеспечение
Программное обеспечение (ПО) КПА-Фианит предназначено для реализации протокола обмена с ПЭВМ результатов измерений, а также для хранения полученной информации и вывода ее на печать.
Метрологически значимая часть ПО КПА-Фианит представляет программный продукт «Специальное программное обеспечение КПА «Фианит» ТСЮИ.00714-01».
Конструкция КПА-Фианит исключает возможность несанкционированного влияния на ПО КПА-Фианит и измерительную информацию.
Уровень защиты ПО от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует уровню защиты «Высокий» по Р 50.2.077-2014.
Идентификационные данные (признаки) метрологически значимой части ПО приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Наименование и идентификационные данные ПО
| Идентификационные данные (признаки) | Значение |
| Идентификационное наименование ПО | КПА «Фианит» Программа управления аппаратными средствами и обработки результатов частотных, временных и спектральных измерений |
| Номер версии (идентификационный номер) ПО | 1.0Ь |
Метрологические и технические характеристики средства измерений
Таблица 2 - Метрологические характеристики
| Наименование характеристики | Значение |
| Номинальное значение частоты измеряемого сигнала, Гц | 5-106 |
| Среднее квадратическое значение напряжения входного синусоидального сигнала на нагрузке (50±5) Ом, В | от 0,3 до 0,8 |
| Нестабильность (предел допускаемого СКО) частоты, вносимая прибором, при измерении частоты входного синусоидального сигнала 5,0 МГц при интервале времени измерения Тизм и интервале времени наблюдений Тн: Тизм = 0,0001 с; Тн = 86 с; Тизм = 0,001 с; Тн = 144 с; Тизм = 0,01 с; Тн = 86 с; Тизм = 0,1 с; Тн = 160 с; Тизм = 1 с; Тн = 200 с; Тизм = 10 с; Тн = 768 с; Тизм = 100 с; Тн = 3232 с; Тизм = 1000 с; Тн = 16320 с | 1-10-7 5-10-8 5-10-9 5-10-10 5-10-12 5-10-12 5-10-12 5-10-12 |
| Спектральная плотность мощности собственных фазовых шумов в одной боковой полосе спектра сигнала на несущей частоте 5 МГц при отстройке от несущей частоты, дБ: от 0,8 до 5 Гц от 5 до 50 Гц от 50 до 500 Гц от 0,5 до 1,5 кГц от 1,5 до 20 кГц | -105 -130 -140 -150 -155 |
| Амплитуда входного импульсного сигнала на нагрузке (50±5) Ом, В | от 2,4 до 5,0 |
| Предел допускаемого среднего квадратического относительного отклонения (СКО) результатов измерения частоты импульсного сигнала 2,5 МГц при интервале времени измерения Ти = 10 с в диапазоне: (2,50000±0,00035) МГц; (2,50±0,01) МГц | 5-10-10 2-10-9 |
| Предел допускаемого СКО результатов измерений интервалов времени входной последовательности импульсов длительностью от 1 до 4 мкс частотой от 1,5 до 2,5 кГц, относительно опорной последовательности импульсов той же частоты при Тизм = 10 с, нс | 2 |
Продолжение таблицы 2
| Наименование характеристики | Значение |
| Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения интервалов времени входной последовательности импульсов длительностью от 3 до 10 мкс частотой (1,00±0,01) Гц, относительно опорной последовательности импульсов той же частоты, мкс | ±2,0 |
| Номинальное значение частоты выходного сигнала, МГц | 5 |
| Среднее квадратическое значение напряжения выходного сигнала 5 МГц на нагрузке (50±5) Ом, В | от 0,20 до 0,45 |
| Пределы допускаемого среднего относительного изменения частоты при интервале времени наблюдений 1 месяц | ±2,540-11 |
| Нестабильность (предел допускаемого СКДО) частоты выходного сигнала 5 МГц при интервале времени измерения Тизм: Тизм = 1 с; Тизм = 10 с; Тизм = 100 с; Тизм = 1000 с | 2,0-10-11 1,0-10-11 5,0-10-12 3,0-10-12 |
Таблица 3 - Основные технические характеристики
| Наименование характеристики | Значение |
| Условия эксплуатации: - температура окружающего воздуха, °С; | от +15 до +35 |
| - относительная влажность воздуха при температуре плюс 25 °С, не более, %; | 80 |
| - атмосферное давление, кПа | от 84 до 106 |
| (мм рт. ст.) | (от 630 до 795) |
| Параметры электрического питания: Напряжение питания сети переменного тока, В | 220±22 |
| Частота сети питания переменного тока, Гц | 50±1 |
| Потребляемая мощность, не более, В^А | 65 |
| Масса, кг, не более | 20 |
| Габаритные размеры, мм, не более: - длина | 492 |
| - высота | 220 |
| - ширина | 398 |
Знак утверждения типа
наносится на лицевую панель КПА-Фианит в виде наклейки и на титульный лист формуляра типографским способом.
Комплектность
Таблица 4 - Комплектность
| Наименование | Обозначение | Количество |
| Контрольно-проверочная аппаратура КПА-Фианит, зав. № 74726001, 74728001 | ТСЮИ.468212.019 | 2 шт.* |
| Кабель КПА-24 (питание) | _ | 1 шт. |
| Кабель интерфейсный RS232 | _ | 1 шт. |
| Кабель ВЧ-переходник на BNC | _ | 2 шт. |
| Кабель КПА-20 | _ | 1 шт. |
| Съемный диск 3,5". Программа обработки результатов изменения | ТСЮИ.00076-01 PMN1 | 1 шт. |
| Съемный диск 3,5". Программа обработки результатов изменения | ТСЮИ.00076-01 PMN2 | 1 шт. |
| Техническое описание | ТСЮИ.468212.019 ТО | 1 экз. |
| Инструкция по эксплуатации | ТСЮИ.468212.019 ИЭ | 1 экз. |
| Формуляр | ТСЮИ.468212.019 ФО | 1 экз. |
| * Примечание: комплектность приведена для одного КПА-Фианит | ||
Сведения о методах измерений
приведены в разделе 5 «Устройство и работа» документа «Контрольно-проверочная аппаратура «Фианит». Техническое описание. ТСЮИ.468212.019 ТО».
Нормативные документы
Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты (приказ Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстадарта) № 2360 от 26.09.2022 г.).