nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy đo đa năng gmdss test box_có bản vẽ chi tiết

+ VHF DSC> + EPIRB vệ tinh hoạt động trên tần số 406Mhz, hoặc that bị thu phát MF gọi chọn số DSC + That bị thu phát HF gọi chọn số DSC + EPIRB INMARSAT hoạt động trên băng L - Với c

. LỜI NÓI ĐẦU Thông tin liên lạc đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống Nó có mặt trong mọi hoạt động của cuộc sống hàng ngày.

Thông tin liên lạc có trong mọi ngành như: Ngành hàng không , ngành hàng hải,ngành kinh tế…Cũng như trong mọi lĩnh vực khác thông tin liên lạc hàng hải cũng đặt ra những yêu cầu khắt khe như chính xác,nhanh chóng, kịp thời và các trang thiết bị cũng phải phù hợp với chi phí kinh tế

Các tổ chức viên thong quốc tế đã có những qui định và điều khoản cụ thể trong thong tin liên lạc hàng hải:Các tàu,các đài bờ…trang bị hệ thống thông tin liên lạc hàng hải phải trang bị các thiết bị tối thiểu để đảm bảo thông tin liên lạc Vì thế các thiết bị thu phát phải có các thông số kỹ thuật như : công suất , độ nhạy…có độ chính xác cao Chính vì thế việc đo đạc và cho được kết quả tương đối chính xác về một số chỉ tiêu kỹ thuật là hết sức quan trọng và cần thiết Xuất phát từ lí do đó mà

em đã mạnh dạn nhận đề tài “Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của máy đo đa

năng GMDSS TEST BOX”.

Đề tài của em được chia làm 3 chương như sau:

Chương I: Những qui định về trang thiết bị thông tin trên tàu trong hệ thống

GMDSS

Chương II: Cơ sở lý thuyết đo lường

Chương III: Đi sâu nghiên cứu nguyên lý hoạt động của thiết bị đo

GMDSS TEST BOX

Tuy nhiên,trong quá trình làm đề tài do thời gian và vốn kiến thức bản thân cóhạn nên đề tài của em không tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót nhất định Em rấtmong được thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiệnhơn nữa

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với các thầy cô giáo trong khoa Điện tử tàu biển về sự quan tâm và những kiến thức quí báu mà em đã tiếp thu đượctrong suốt những năm qua

Điện-Trong thời gian làm đề tài em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong tổ bộ

môn Điện tử viễn thông , đặc biệt là thầy giáo Th.S Nguyễn Ngọc Sơn, người đã

tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ cho em hoàn thành đồ án tốt

nghiệp

1.2.Các thiết bị kiểm tra chuyên dụng trong thông tin hàng hải.

Chương II: Cơ sở lý thuyết đo lường và nguyên lí hoạt động của thiết bị thu phát 2.1 Cơ sở lý thuyết đo lường

2.1.1 Phương pháp đo công suất

2.1.2 Phưong pháp đo tần số

2.1.3 Phương pháp đo độ lệch pha

2.2 Đo tín hiệu điều chế và phân tích phổ tín hiệu

ChươngIII: Đi sâu nghiên cứu nguyên lý hoạt động của thiết bị đo GMDSS

TEST BOX

3.1 Thu và phát trên kênh DISTRESS

3.2.Đo độ lệch trên kênh 6

3.3.Đo công suất VHF

3.4.Đo tần số từ 0,4 ÷ 475Mhz

3.5.Đo tần số,dữ liệu và mức tín hiệu của EPIRB

3.6.Phát bức điện của Navtex

3.7.Chức năng test AIS

Chương I : Những qui định về trang thiết bị thông tin trên tàu trong hệ

thống GMDSS.

1.1. Các trang thiết bị thông tin VTĐ trong hệ thống GMDSS trang bị cho các tàu biển

-Năm 1988 thì hệ thống an toàn và cưu nạn hàng hải toàn cầu đã được thong qua,gọi tắt là GMDSS.

- GMDSS : Global Maritime Distress and Safety System.

- Hệ thống GMDSS do IMO đè xướng và phát triển.

-Có sự hợp tác của nhiều tổ chức quốc tế khác,như :

ITU,INMARSAT,COMPAS-SARSAT…

-GMDSS bắt đầu có hiệu lực (từng phần) 1/2/1992

-GMDSS bắt đầu có hiệu lực (đầy đủ) 1/2/1999

a/ Qui định chung cho tất cả các tàu hoạt động trên biển (không phụ thuộc vào vùng biển mà tàu hoạt động).

- Mỗi một tàu hoạt động trên biển bắt buộc phải được trang bị các that bị sau đây trong hệ thống GMDSS mà không phụ thuộc vào vùng biển mà tầu hoạt động:

+ Máy thu phát VHF :

- Có khả năng thu phát và trực canh liên tục bằng DSC trên kênh 70.

- Có các tần số của kênh thoại156.8Mhz kênh 16).

Thiếthu phát D phát VHF SC trên kênh 70 có thể là độc lập hoặc kết hợp với that bị thu thoại.

+ Thiết bị phản xạ Radar –Radar transponder hoạt động trên tần số 9GHz phục vụ cho tìm kiếm và cứu nạn – SART.

+ Thiết bị thu nhận thông tin an toàn hàng hải MSI : Máy thu NAVTEX nếu tàu hoạt động trong vùng biển có dịch vụ NAVTEX quốc tế.Nếu tàu hoạt động ở các vùng biển không có dịch vụ NAVTEX quốc tế, thì phải được trang bị them một máy thu gọi nhóm tăng cường EGC.

+ Phao định vị vô tuyến qua vệ tinh :Có khả năng phát báo động cấp cứu qua vệ tinh quĩ dạo cực hoạt động trên tần số 406Mhz Hoặc nếu tàu chỉ hoạt động ở vùng bao phủ của vệ tinh INMARSAT, thì EPIRB vệ tinh phải có khả năg phát báo cấp cứu qua vệ tinh địa tĩnh INMARSAT hoạt động ở băng L.Phao định vị vô tuyến này phải được đặt ở vị trí dễ dàng,

b/ Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu chạy vùng biển A1.

- Tất cả các tàu khi hoạt động trong vùng biển A1, ngoài các trang that bị qui định chung, còn phải bắt buộc trang bị một trong các that bị sau + VHF DSC>

+ EPIRB vệ tinh hoạt động trên tần số 406Mhz, hoặc that bị thu phát MF gọi chọn số DSC

+ That bị thu phát HF gọi chọn số DSC

+ EPIRB INMARSAT hoạt động trên băng L

- Với các thiết bị VHF cũng phải có khẳ năng phát và thu bằng thoại nhưng thông tin thông thường.

c/ Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu chạy vùng biển A1,A2:

- Tất cả các tàu khi hoạt động ngoài vùng biển A1 nhưng trong vùng biển A2,phải trang bị thêm :

+ Thiết bị MF, có thể thu phát tín hiệu cấp cứu bằng DSC trên tần số 2187.5Khz và trên tần số 2182 Khz bằng thông tin vô tuyến điện thoại + Máy thu trực canh DSC có khả năng duy trì liên tục việc trực canh trên tần số 2187.5Khz.

+ Một tín hiệu phát báo động cấp cứu chiều từ tàu đến bờ (ngoài thiết bị MF), có thể là EPIRB -406Mhz hoặc thiết bị HF/DSC, hoặc 1 trạm

INMARSAT , hoặc EPIRB vệ tinh INMARSAT băng L.

d/ Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu chạy vùng biển A1,A2 và A3

- Tất cả các tàu hoạt động trong ở vùng biển A1 và A2, nhưng trong vùng biển A3, sẽ phải trang bị thêm một trong hai cách lựa chọn sau: + Lựa chọn 1:

Tram INMARSAT có khă năng:

- Phát và thu những thông tin cấp cứu và an toàn bằng truyền chữ trực tiếp băng hẹp.

- Nhận những cuộc gọi ưu tiên cấp cứu.

- Duy trì việc trực canh đối với những báo động cấp cứu chiều từ bờ tới tàu.

- Phát và thu những thông tin thông thường bằng vô tuyến điện thoại, hoặc truyền chữ trực tiếp băng hẹp.

- Một thiết bị MF có khẳ năng thu phát cấp cứu và an toàn trên tần số2187.5Khz băng DSC và tần số 2182Khz bằng vô tuyến điiện thoại.

- Một máy thu trực canh có khă năng duy trì việc trực canh liên tục bằng DSC trên tần số 2187.5Khz.

- Một thiết bị phát tín hiệu cấp cứu chiều từ tàu – bờ.Ngoài các that bị

kể trên, có thể là EPIRB trên tần số 406Mhz, hoặc thiết bị HF/DSC Hoặc một trạm INMARSAT dự phòng, hoặc một EPIRB vệ tinh INMARSAT + Lựa chọn 2:

- Một thiết bị thu phát MF/HF cho mục đích thông tin cấp cứu và an toàn trên tất cả các tần số cấp cứu và an toàn trong dải tần từ 1605Khz – 4000Khz và 4000Khz – 27500Khz băng các phương thức thông tin DSC, thoại, và truyền chữ trực tiếp băng hẹp.

- Một thiết bị có khă năng duy trì việc trực canh bằng DSC trên tần số 2187.5Khz và 8414.5Khz và ít nhất một trong số các tần số cấp cứu và an toàn DSC sau: 4207.5Khz,61312Khz,12577Khz hoặc 16804.5Khz.

- Thiết bị phát tín hiệu cấp cứu chiều tàu –bờ Ngoài thiết bị thu phát MF/HF, có thể là EPIRB trên tần số 406Mhz , hoặc qua 1 trạm

INMARSAT hoặc một EPIRB vệ tinh INMARSAT.

- Thiết bị thu phát MF/HF có dải tần 1605Khz – 4000Khz và 4000khz- 27500khz , phục vụ cho các dịch vụ thông tin thông thường bằng phương thức thông tin thoại hoặc truyền chữ trực tiếp băng hẹp.

e/ Trang thiết bị vô tuyến điện cho tàu chạy vùng biển A1,A2,A3 và A4

- Tất cả các tàu hoạt động trên tất cả các vùng biển, sẽ phải trang bị thêm các thiết bị sau:

+ Thiết bị thu phát MF/HF sử dụng cho mục đích an toàn và cứu nạn,

có các phương thức thông tin gọi chọn số DSC, thoại, và truyền chữ trực tiếp băng hẹp, làm việc trong dải tần 1605khz – 4000khz và 4000khz – 27500khz.

+ Máy thu trực canh DSC trên tần số 2187.5khz, 8414.5khz và ít nhất một trong các tần số sau : 4207.5khz,6312khz ,12577khz và 16804.5khz + Thiết bị EPIRB/406Mhz , thu phát tín hiệu cấp cứu chiều tàu-bờ.

+ Thiết bị thu phát thông tin thông thường , có dịch vụ thông tin vô tuyến điện thoại và truyền chữ trực tiếp băng hẹp, thường là thiết bị thu phát MF/HF.

1.2 Các thiết bị kiểm tra chuyên dụng trong thông tin hàng hải

- Công việc kĩ thuật đòi hỏi sự chính xác cao.Trong lĩnh vực hàng hải

thông tin liên lạc phải dưược thông suốt.Việc xác định tình trạng kĩ

thuật của thiết bị rất quan trọng.Chính vì vậy mà các nhà cung cấp dịch

vụ đưa ra nhiều thiết bị cũng như phần mền test các trang thiết bị trong

hệ thống GMDSS như BECON TESTER , AIS TEST,GMDSS TEST

BOX……

a/Thiết bị đo HP -8920A

- Thiết bị được thiết kế để kiểm tra các that bị thông tin liên lạc Thời gian

đo được rút ngắn bằng phương pháp đo tiêu chuẩn và có thể cung cấp những yêu cầu về đo lường như những dụng cụ đo đơn lẻ khác.Mỗi quá trình đo, kết quả được hiển thị ra màn hình đo dưới dạng đồ thị hoặc dạngsố

- Các chức năng chính của thiết bị đo

+ Đo các thông số của thiết bị AM radio

+ Đo các thông số của thiết bị FM radio

+ Đo các thông số của thiết bị SSB radio

+ Có chức năng như máy phân tích phổ

- Đối tượng kiểm tra của thiết bị

+ Máy FM thu phát

+ Máy AM thu phát

+ Máy SSB thu phát

b/ Thiết bị Test EPIRB

- EPIRB: Phao vô tuyến chỉ báo vị trí bị nạn, sử dụng hai tần số là 121.5 Mhz(VHF EIPRB) và 406.025 Mhz (UHF EIPRB)

- Tín hiệu EPIRB mang các thông tin nhận dạng Beacon, thông tin về tai nạnnhư: vị trí, tính chất bị nạn… được phát dưới 2 dạng bức điện: điện ngắn có độ dài

112 bits và bức điện dài có độ dài 144 bits

- Thời gian phát điện là 440ms với bức điện ngắn và 520ms với bức điện dài

- Chu kì lặp lại thay đổi ngẫu nhiên trong khoảng 47,5s đến 52,5s nhằm giảm

sự xung đột khi có nhiếu beacon cùng được kích hoạt

- BECON TESTER giúp cho các nhà dịch vụ, các nhà thầu phụ có thể nhanhchóng có thông tin về tình trạng EPIRB Trên cơ sở đó cấp giấy chứng nhận testEPIRB hàng năm theo qui định của đăng kiểm.

- Chức năng của becon tester đưa ra được thông số của tàu đã được cài đặttrong EPIRB, MMSI ,công suất phát của hai tần số 406Mhz ,121.5Mhz…

c/Thiết bị GMDSS Test Box

- Thiết bị GMDSS test box được tích hợp bởi nhiều tính năng Nó được thiết

kế để phục vụ việc kiểm tra thông tin liên lạc hàng hải Thời gian kiểm tra đượcrút ngắn bằng những phương pháp đo tiêu chuẩn và có thể cung cấp những yêucầu về đo lường như những dụng cụ đo đơn lẻ khác Mỗi một quá trình đo, kếtquả đều được hiển thị trên màn hình của thiết bị dưới dạng số hoặc đồ thị

- Cấu tạo của thiết bị như sau :

+ Màn hình chỉ báo Screen : Dùng để biểu diễn cho ta kết quả của phép đotương ứng thông báo cho người dùng và hiển thị các Menu

+ Panel điều khiển :

Mặt trước Panel : Gồm các núm, nút điều khiển,các giắc cắm

Mặt sau Panel : Gồm các giắc cắm

- TEST BOX có các chức năng chính :

+ Thu và nhận trên kênh DISTRESS

+ Đo độ lệch trên kênh 6

+ Đo công suất VHF

+ Đo tần số từ 0,4 ÷ 475Mhz

+ Đo tần số, dữ liệu và mức tín hiệu của EPIRB

+ Phát bức điện của Navtex

- Đối tượng đo chính của thiết bị :

CHƯƠNG II : Cơ sở lý thuyết đo lường.

2.1.Cơ sở lý thuyết đo lường

2.1.1 Phương pháp đo công suất

A /Khái niện : Công suất là một đại lượng năng lượng điện tiêu thụ trên tảitrong một đơn vị thời gian Thiết bị để đo công suất gọi là wattmet

- Đối với dòng điện 1 chiều : P = U.I

+ U là điiện áp đặt trên tải

+ I là dòng điện chạyqua tải

- Đối với dòng điện xoay chiều công suất tức thời cũng được xác định bằngtích số : P=u.i

+ u : điện áp tức thời trên tải

+ i : dòng điện tức thời chảy qua tải

- Đối với dạng dòng điện điều hòa thì có:

+ Công suất tác dụng : P=1/T

0

t

u idt

 = U.I cosφ.

+ Công suất phản tác dụng Q = U.I sinφ

U, I là giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện

φ là góc lệch pha giữa điện và điện áp

+ Quan hệ cosφ = 2R 2

R X - R :thành phần thuần trở

- thành phần thuần kháng

- Đối với dạng xung ta có:

+ Công suất đỉnh xung : Px = 1/τx

0

T

u idt



τx : độ rộng xung

T: chu kỳ lặp lại của xung

+ Công suất trung bình : Px = 1/T

- Đơn vị : Đơn vị tính công suất được tính bằng

watt(W),milliwatt(mW),Kilowatt(Kw),hay microwatt.Giải công suất đo trong

kĩ thuật VTĐ khá rộng : từ công suất ra của máy phát đến công suất đầu vào của máy thu (từ 107w ÷10 -6w)

- Ngoài ra công suất có thể được tính bằng dẽiben watt(dBW) hay dẽiben

miliwatt (dBmW) với mối quan hệ như sau:

P(dBw) = 10lgP (P tính bằng W) , P(dBmw) =10lgP (P tính bằng mW)

- Độ chính xác của phép đo công suất thường thấp.Nếu Wattmet có độ

chính xác cao khi sai số ≤ 5% và trung bình khi sai số ≥ 25%

B/ Phương phát nhân điện tử

a) Nguyên lí chung :

- Dùng đặc tính phi tuyến ( bậc 2) của linh kiện bán dẫn để thực hiện phép nhân :

X1.x2 = ¼[(x1 + x2)2 _ (x1 - x)2]

b) : Sơ đồ khối của Sơ đồ khối phương pháp nhân điện tử

Sơ đồ khối của phương pháp nhân điện tử để đo công suất-Theo sơ đồ khối ta có :

Nếu ta cho x1 = Ucost và x2 = Icos(t + φ) thì: (x1+ x2)2 - (x1- x2)2 = 4

x1.x2 = 2.2UIcostcos(t + φ) = 2[UIcosφ + 2UIcos (2t + φ)]

cho nên ta có:4x1.x2 = 2[UIcosφ + UIcos(2t + φ)]

- Nhược điểm của phương pháp là độ chính xác phụ thuộc nhiều vào đặc tínhcủa linh kiện và điện áp nguồn cung cấp Để tăng độ chính xác có thể sử dụnghồi tiếp âm dòng điện.

- Sai số của phương pháp nhân điện tử thường vào khoảng 5  10%

C/Các phương pháp đo công suất

1 Đo công suất bằng hiệu ứng Hall

- Hiệu ứng Hall xuất hiện trên các chất bán dẫn đơn tinh thể Gồm một chất bán dẫn mỏng có hai cặp điện cực là DD và HH

Hiệu ứng Hall

- Cặp dòng điện (DD) được cung cấp 1 dòng điện iD (AC hoặc DC)

- Cặp điện áp Hall (HH) lấy điện áp hiệu ứng Hall eH

- Khi trên bản cực có tác dụng của từ trường (H) đồng thời với tác dụng củadòng điện chảy trong cặp cực DD là iD thì giữa cặp điện áp Hall xuất hiệnmột suất điện động cảm ứng Hall là : eH = k.B.iD trong đó

+ k : là hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào loại,kích thước và nhiệt độ của chất bán dẫn + B : Cảm ứng từ tác động lên bề mặt của phiến bán dẫn

+ iD : Dòng điện chảy trong cặp dòng DD

- Từ trường H có thể được tạo bởi một dòng điện chảy qua cuộn cảm L Cấutạo của cuộn dây L sao cho mối quan hệ giữa B và điện áp đặt lên nó uL làquan hệ bậc nhất: B = ku.uL do đó ta có:

eH = k ku.uL.iD = k’.uL.iD (k’ là hằng số)

2 Đo công suất bằng hiệu ứng Hall

Như vậy, nếu iD là dòng điện chảy qua tải và uL là điện áp trên tải thì bằngcách đo điện áp cảm ứng Hall có thể chuẩn trực tiếp để đo công suất Watmethiệu ứng Hall có thể đo được cả công suất dòng điện 1 chiều và xoay chiều

 Đối với đo công suất 1 chiều: dòng iD là dòng tải còn điện áp đặt trên cuộndây là điện áp tải hoặc ngược lại thì ta có số chỉ của cơ cấu từ điện sẽ đượcchuẩn đọc giá trị công suất: eH = k.U.I

 Đối với đo công suất xoay chiều điều hoà: nếu dòng điện và điện áp trên tải

là u và i thì u = uL = Um cost, i = iD = Im cos(t + ) lúc đó:

eH= kUm cost.Im cos(t + ) = k*τ/T.UI cos + k*τ/T.UI cos (2t + )Suất điện động eH được đo bằng cơ cấu từ điện nên thành phần trung bìnhcos(2t + ) = 0 và như vậy có thể chuẩn thang đo để trực tiếp đọc giá trịcông suất hiệu dụng P = UI cos

Nhược điểm: + Cuộn dây L nối tiếp với tải làm giảm công suất thực

+ Chỉ đo được công suất có tần số thấp

Để đo công suất có tần số cao hơn người ta sử dụng mạch bù tần số bao gồm:

R1, L2 và R2 như hình vẽ Mạch này cũng chỉ có thể đo được công suất âm tần

- Ở tần số cao có thể đo công suất bằng mạch đo có bù tần số

Mạch R1, C1, L1 là mạch chia điện áp tải, biến đổi Ut về UL có bù tần số cho nên từ cảm B ít phụ thuộc vào sự thay đổi của tần số: Khi tần số tăng thì XL1 tăng, tuy nhiên Xc1 lại giảm để bù lại sự hao hụt trên L1

Mạch R2, C2, L2 là mạch bù tần số ở phía chỉ báo : Khi tần số tăng thì XL2 tăng,đồng thời Xc2 giảm cho nên điện áp trên cơ cấu chỉ báo tăng lên bù lại sự suygiảm giá trị ở tần số cao

- Cấu tạo mạch đo.

- Sự biến đổi của nhiệt độ môi trường làm thay đổi hằng số k

- Tần số của nguồn tín hiệu đo

- Nếu đo ở tần số công nghiệp 50/60Hz ở nhiệt độ 10 - 500C thì sai số 0,5%

- Các Wattmet loại này ngày nay có thể đo được công suất lên tới 4Ghz

3 Đo công suất hấp thụ

a/ Phương pháp đo vonmet –ammet

Các vôn mét và ammet là cơ sở cấu tạo các watmet kiểu chỉnh lưu có thể trực tiếp đo công suất ở tần số lên tới 1 GHz

Khi có phối hợp trở kháng giữa mạch đo với đường dây thì giá trị điện trở hấpthụ Rt là trở kháng tải, đúng bằng trở kháng đặc tính của đường dây thì :

b/ Phương pháp biến đổi điện quang

- Còn được gọi là phương pháp quang kế

- Tải hấp thụ là đèn có độ sáng phụ thuộc vào công suất hấp thụ cần đo Trở tải của đèn bằng trở kháng sóng (W) của đường truyền Cường độ ánh sáng được đo bằng 1 tế bào quang điện và chỉ bảo bằng 1 cơ cấu từ điện (A)

- Thang đo được chuẩn bằng công suất một chiều cấp cho bóng đèn Phươngpháp này có thể đo được công suất từ mW đến vài chục W ở tần số siêu cao

và có sai số từ 10 - 12%

4 Đo công suất truyền dẫn.

- Trong thực tế cần phải đo những công suất của những nguồn đang ở chế độtải thực, có thể phối hợp trở kháng hoặc chưa hoàn toàn phối hợp trở kháng.Phép đo công suất này được thực hiện bởi việc ghép một phần nhỏ của côngsuất truyền từ nguồn đến tải và việc đo công suất được thực hiện bởi phươngpháp hấp thụ hoặc hiệu ứng Hall thông qua bộ ghép định hướng hoặc đo ápsuất sóng điện từ

- Phương pháp đo áp suất sóng điện từ : Khi sóng điện từ truyền lan trongđường truyền sẽ gây ra một áp suất cơ học

- Cường độ áp suất này tỷ lệ với công suất của sóng và có trị số rất nhỏ.Khoảng 10-9 đến 10-12N/cm2 , do vậy không thể đo trực tiếp được áp suất màphải thông qua các bộ biến đổi khác như hiệu ứng áp điện, tụ điện vi chỉnh,đồng hồ đo áp suất cơ học Với phương pháp đo này được sử dụng trên cácđoạn ống dẫn sóng Về nguyên lý tham khảo thêm kỹ thuật siêu cao tần

2.1.2 Đo độ lệch pha.

1 Khái niệm:

- Khái niệm góc pha được gắn liền với dao động điều hoà:

u(t) = Um sin(t + );

trong đó  là góc lệch pha ban đầu, t là góc pha tức thời

- Góc pha ban đầu  không có ý nghĩa thực tế khi chỉ có một tín hiệu Nó xácđịnh điểm khởi đầu ( t= 0) của dao động trên trục thời gian

- Với 2 dao động cùng tần số và khác góc pha ban đầu: u1 = U1m sin (t + 1 );

u2 = U2m sin (t + 2 ), thì trị số 1 - 2 được gọi là góc lệch pha giữa 2 tín hiệu

và là một hằng số không phụ thuộc thời gian, có ký hiệu là  Thông số này cómối quan hệ với độ lệch thời gian ΔT như sau: T như sau:  = 3600

T T



- Nếu với các dạng tín hiệu không sin thì độ lệch pha được xác định với thànhphần hài cơ bản (bậc nhất) của các tín hiệu đó.

- Nghiên cứu độ lệch pha là một khâu quan trọng trong việc nghiên cứu đặctính của mạch điện, thiết bị điện tử

+ Với chế độ quét tuyến tính

Sử dụng một dao động ký 2 tia sẽ quan sát được dạng đồng thời của cả 2 daođộng đồ

+ Tiến hành đo các khoảng cách L và ∆L

- L tương ứng với độ lệch thời gian T

Hình ảnh tín hiệu trên DĐK

- L tương ứng với chu kỳ của tín hiệu T

- Ưu điểm của chế độ quét tuyến tính là vừa đo được độ lệch pha vừa quan sát được cả dạng của tín hiệu, tuy nhiên nó có nhược điểm là đo gián tiếp nên

độ chính xác không cao

+ Với chế độ quét hình sin :

- Sử dụng một dao động ký 1 tia, đưa 2 điện áp hình sin cần đo vào 2 đầu vào

KĐ kênh x và y Điều chỉnh hệ số KĐ có độ lệch tia đều nhau, lúc đó trên mànhình sẽ xuất hiện 1 đường elíp

- Nhược điểm của phương pháp đo pha sử dụng chế độ quét hình sin là độ chính xác không cao, ở các góc  và - thì hình dạng xuất hiện là như nhau vàkhông phân biệt được Để phân biệt phải sử dụng một bộ quay pha mắc thêm vào một trong hai tín hiệu cần đo theo 2 cách sau :

Sử dụng bộ quay pha đo góc lệch pha

- Sử dụng 1 bộ quay pha 900: Nhược điểm của phương pháp đo pha sử dụngchế độ quét hình sin là độ chính xác không cao, ở các góc  và - thì hình dạngxuất hiện là như nhau và không phân biệt được Để phân biệt phải sử dụng một

bộ quay pha mắc thêm vào một trong hai tín hiệu cần đo theo 2 cách sau

Ví dụ góc lệch pha giữa 2 tín hiệu là ±900 thì hình ảnh sẽ là hình tròn: nếudịch pha u1 đi 900 mà hình ảnh là một vạch chéo ở góc phần tư 1&3 thì góc lệchpha là  = -900, có nghĩa là 1= 00 và 2= 900, còn hình ảnh là một vạch chéo

ở góc phần tư 2&4 thì góc lệch pha là  = +900, tức là 1 = 900 và 2 = 00

- Sử dụng 1 bộ quay pha chuẩn Khi đưa 1 bộ quay pha chuẩn vào để làmquay pha 1 trong 2 tín hiệu trước khi đưa vào KĐ kênh X hoặc Y như trên Điềuchỉnh bộ quay pha sao cho hình ảnh xuất hiện trên màn hình là 1 vạch chéo ởgóc phần tư 1&3, lúc đó A’= B và độ lệch pha giữa 2 tín hiệu được đọc trên bộquay pha chuẩn là 0:

- Nếu vạch chéo nằm ở góc phần tư I & III thì  = 0

- Nếu vạch chéo nằm ở góc phần tư II & IV thì  = 1800- 0

- Độ chính xác của phép đo phụ thuộc vào độ chính xác của bộ quay pha Giảitần số của phép đo lệch pha phụ thuộc vào giải tần của dao động kí và bộ quaypha

4 Phương pháp biến đổi

a/ Phương pháp biến đổi lệch pha – xung

- Độ lệch pha giữa 2 điện áp sẽ được biến đổi thành 1 dãy xung có độ rộng tương ứng với T và cùng chu kỳ T Nếu dùng một cơ cấu từ điện để đo thì sẽchỉ giá trị trung bình: Itb = Im

T

T I

Sơ đồ khối của phương phàp biến đổi độ lệch pha – xung

Trong đó : u1 là điện áp ở cửa vào 1; u2 là điện áp ở cửa vào 2

U’1, U’2 dạng điện áp sau các bộ định dạng xung

U1”, U2” dạng điện áp sau các bộ vi phânTrigiơ có thể là loại RS:

Đầu ra của kênh 1 sẽ đưa vào cửa S

Đầu ra của kênh 2 đưa vào cửa R

Đồ thị thời gian của phương pháp biến đổi độ lệch pha – xung

- Ta sẽ có dạng xung dòng chảy qua cơ cấu từ điện là i có biên độ là Im và độrộng là ΔT như sau: T; cơ cấu từ điện chỉ thị giá trị dòng trung bình:

Itb = Im T

T I

T

x

m x







Do đó có thể chuẩn trực tiếp đọc giá trị góc lệch pha

Phamet loại này đọc giá trị trực tiếp 00 - 3600 có thể đo lệch pha trong giải tần

từ 20Hz đến 1MHz với sai số trong khoảng 0,5  2,5%

Để tăng độ nhạy cho phamet loại này có thể thay Trigiơ bằng mạch dao động

đa hài chờ được đồng bộ bởi tín hiệu cần đo

b/ Phương pháp tổng - hiệu điện áp

- Nếu u1 = U1sin t và u2 = U2sin (t + ), ta có thể biểu diễn đồ thị véc tơcủa 2 điện áp cần so pha

Thì ta có: (u1+ u2)2 =

U sin ( t ) U 2 sin 2 ( t ) 2 U1U2sin( t ) sin( t )

2 2

2

Biến đổi lượng giác ta có:

2 1

2 2

2 1

2 Σ 2

1

2 2

2 1

2 Σ

U 2U

U U U arcos cos

U 2U U U

- Hoặc đơn giản hơn ta chọn U1 = U2 = U Lúc đó:

2 cos U 4 ) cos 1





- Hoặc nếu ta lấy hiệu 2 điện áp thì cũng tương tự như trên ta có:

(u1 - u2) 2 = (UΔT như sau: )2= U12 + U22 - 2 U1U2 cos, và nếu chọn U1 = U2 = U thì:

UΔT như sau: 2 = 2U2 - 2U2cos = 2U2(1 - cos) = 4U2sin2

2

 ,do đó ta có:  = 2 arcsin

Chọn R11=R12 để cho:

U’1= U”1=U1= U=U2 = U

- Theo mạch chỉnh lưu trên thì giữa 2 điểm 0 - 1 có điện áp đại diện cho U∑/2U và giữa hai điểm 0 - 2 có điện áp đại diện cho U∆/2U Đồng hồ từ điện chỉthị hiệu 2 điện áp này (U12) là loại đồng hồ có điểm “0” ở giữa

- Mối quan hệ của các điện áp với góc lệch pha giữa 2 điện áp U1 & U2 () được biểu diễn :

- Tần số là số chu kỳ dao động trong một đơn vị thời gian, có ký hiệu là f, đơn

vị là Hetz, KHz, MHz, GHz Mối quan hệ giữa chu kỳ và tần số: T = 1f

2 Các phương pháp đo tần số:

- Phương pháp tải hấp thụ hay còn gọi là phương pháp cộng hưởng

- Phương pháp so sánh

- Phương pháp phóng nạp tụ điện

2 Phương pháp hấp thụ.

- Phương pháp này được sử dụng để đo tần số trong giải HF, VHF và UHF

Nó dựa trên nguyên lý chọn lọc tần số của các mạch cộng hưởng

- Một tần số mét kiểu hấp thụ có sơ đồ khối

Sơ đồ khối của tần số met kiểu hấp thụ

- Phương pháp đơn giản, cho độ chính xác khá cao có thể đạt tới 0,01% phụthuộc vào: Độ chính xác của mạch điều hưởng (tức là hệ số phẩm chất Q củakhung LC); người đọc kết quả; giải tần số đo và phương pháp ghép giữa thiết

bị đo với nguồn tần số cần đo

Đặc tính cộng hưởng

- Nếu hệ số phẩm chất Q lớn thì dễ đọc kết quả song khó điều hưởng

- Nếu hệ số phẩm chất Q nhỏ thì sẽ tồn tại 2 giá trị tần số đọc được lànhư nhau và kết quả là giá trị trung bình

Các mạch điều hưởng trong các tần số mét hấp thụ có thể khác nhau về cấutrúc và phụ thuộc tần số:

- Ở giải tần thấp 50 - 20.000KHz sử dụng loại mạch thông số tập trung (L&C)

- Ở giải tần số cao hơn dùng mạch có thông số rải

b/ Tần số mét điều hưởng tập trung

- Cấu trúc mạch điện

Tần số mét điều hướng tập trung

- Mạch điều hưởng sử dụng các cuộn dây có khả năng chuyển đổi và một tụđiện biến đổi được khắc độ để đọc giá trị tần số

Với sự sắp xếp này, ứng với mỗi cuộn dây chỉ đo được một giải tần số hẹp (

c/ Tần số mét cộng hưởng tham số rải

- Ở giải số siêu cao thì mạch điều hưởng được thay bằng các đoạn dây cápđồng trục hoặc hộp cộng hưởng

- Đối với cáp đồng trục việc điều hưởng được thực hiện bằng cách thay chiềudài đoạn cáp ngắn mạch đầu cuối

- Đối với hộp cộng hưởng việc điều hưởng được thực hiện bằng cách thay đổithể tích của hộp.

- Mỗi tần số mét được kết hợp với các biểu đồ chuẩn mà từ đó có thể xác địnhđược tần số cần đo Một số tần số met loại này được chuẩn để trực tiếp đọc giátrị tần số

- Việc ghép giữa nguồn tần số cần đo với tần số met loại này có 3 phương pháp

- Ghép bởi anten

- Ghép bởi cáp đồng trục

- Ghép bởi ống dẫn sóng

+ Tần số mét cộng hưởng ½ bước sóng:

Tần số mét cộng hưởng ½ bước song

- Tải điều hướng là đoạn cáp đồng trục ngắn mạch 2 đầu cuối, có chiều dài l, cóthể điều chỉnh được bởi piston P

- Cộng hưởng xảy ra trong mạch khi chiều dài

+ Ít sử dụng vì khó điều chỉnh piston cho cáp đồng trục

+ Tần số mét cộng hưởng có tải diện dung

- Một nhược điểm của 2 loại tần số mét đã nêu là chỉ làm việc trong một giảitần công tác hẹp ( 1 , 5

f

fmax

 ) Để mở rộng giải tần, người ta hình thành thêm

một điện dung C giữa 2 đầu dây dẫn trong và ngoài kết hợp với điện cảm phân

bố của đoạn cáp có chiều dài ltđ hình thành một mạch cộng hưởng

Tần số mét cộng hưởng có tải điện dung

- Khi điều hưởng thì thay đổi cả chiều dài l và điện dung C Bằng cách đó cóthể mở rộng được giải tần công tác của tần số mét

số mét cộng hưởng với đặc tính tần số

Hai loại tần số mét hốc cộng hưởng và đặc trưng tần số

- Kết quả đo được đọc từ chiều dài dịch chuyển của piston (m) kết hợp với 1biểu đồ chuẩn ứng với loại sóng truyền lan trong ống

Đặc điểm:

- Có hệ số phẩm chất rất cao tới 30.000;

3 Phương pháp so sánh.

a/ Phương pháp so sánh dùng dao động kí

+ Với chế độ quét tuyến tính

- Sử dụng chế độ đồng bộ ngoài Tín hiệu nghiên cứu được đưa vào đầu vàokênh Y, tín hiệu có tần số chuẩn được đưa vào làm tín hiệu đồng bộ ngoài Điềuchỉnh tần số chuẩn (fch) sao cho thoả mãn điều kiện đồng bộ (Tq= nTth), tức làhình ảnh đứng yên Đếm số chu kỳ tín hiệu (n) ta sẽ xác định được tần số cần đo

fx = nfch

+ Với chế độ quét tròn

- Tín hiệu có tần số chuẩn (fch) được đưa vào các đầu vào khuếch đại kênh X

và Y thông qua 1 mạch di pha 900 Tín hiệu có tần số cần đo được đưa vào đầukênh điều chỉnh độ sáng (Z) Điều chỉnh hệ số khuếch đại kênh Y để hình ảnhxuất hiện trên màn ảnh là một vòng tròn

Điều chỉnh tần số chuẩn (fch) để hình ảnh rõ nét với các cạnh sáng, tối xen kẽnhau, tức là đã thoả mãn điều kiện đồng bộ Đếm số lượng vạch sáng (hoặc sốlượng vạch tối) là n Từ điều kiện đồng bộ ta cũng có được tần số cần đo: fx =

nfch

Trong trường hợp fch > fx thì ta đổi lại vị trí của 2 tín hiệu, lúc đó tín hiệu có fchđược đưa vào đầu vào kênh Z còn tín hiệu cần đo tần số được đưa vào đầu cònlại Việc điều chỉnh tần số chuẩn cũng nhằm đảm bảo điều kiện đồng bộ vàcũng bởi việc đếm số lượng vạch sáng/tối ta xác định được tần số cần đo: fx =

n

F ch

+ Với chế độ quét hình sin

- Điện áp hình sin có tần số chuẩn (fch) được đưa vào đầu vào KĐ kênh X, tínhiệu hình sin có tần số cần đo (fx) được đưa vào đầu kênh Y Điều chỉnh tần sốchuẩn để thoả mãn điều kiện đồng bộ cho hình ảnh Lissajour xuất hiện ổn định

Trong đó :- Cắt theo trục ngang tại vị trí có số điểm cắt lớn nhất là my

- Cắt theo trục dọc tại vị trí có số điểm cắt lớn nhất là mx

- Khi đó xác định được tần số cần đo:

y

x ch x

m

m f

F 

Khi chuyển mạch chuyên sang vị trí 2 thì tụ C phóng điện qua cơ cấu từ điện,tạo dòng điện i qua cơ cấu

Với tần số chuyển mạch là fx ta có: fx.q = fx.C.E

 f CE

T

q

x x

Theo định nghĩa dòng điện i là lượng điện tích q dịch chuyển trong một đơn

vị thời gian Tx, do đó ta có:

E C

i f CE f

i

T

q

x x

Mạch đo tần số bằng phương pháp tụ điện phóng nạp 2.1.4 Đo tín hiệu điều chế và phân tích phổ tín hiệu

1/ Khái niệm chung

a/ Khái niệm

- Điều chế là quá trình làm cho một tham số nào đó của sóng mang cao tầnthay đổi theo quy luật của tin tức Với sóng mang cao tần là dao động điềuhoà:

u(t) = Um sin(t + ) thì tin tức có thể làm thay đổi các tham số sau:+ Biên độ Um: điều chế biên độ AM

+ Tần số : điều chế tần số FM

+ Góc pha ban đầu  : điều chế pha

- Nếu tín hiệu đưa vào điều chế có dạng xung : điều chế xung

- Tín hiệu điều chế là tín hiệu cao tần đã mang tin tức chính là tín hiệu sau

- Tín hiệu điều chế tần số FM

- Tín hiệu điều chế góc pha

- Tín hiệu điều chế xung: điều chế các tham số sau của xung:

+ Độ rộng xung;

+ Tần số xung;

+ Độ rỗng xung

+ Các phương pháp đo.

- Dùng dao động kí

- Tách sóng

2/ Đo tín hiệu điều chế biên độ

a/ Tín hiệu điều chế biên độ (AM)

- Phương trình của tín hiệu điều biên với tin tức là một tín hiệu đơn tần :

UAM(t) = U0m( 1+msint)sint

Trong đó: + U0m là biên độ sóng mang cao tần

+ m là hệ số điều chế : hay còn gọi là độ sâu điều chế

+  là tần số của tín hiệu tin tức

+  là tần số sóng mang cao tần

- Dạng của tín hiệu điều biên với tải tin đơn tần 

Dạng tín hiệu điều biên

min max

U U

U U





Hệ số điều chế có thể được tách ra làm hai thành phần: