05.11.08 – радиоизмерительные приборы

Приказ Высшей аттестационной комиссии Республики Беларусь от 6 мая 2011 г. № 99
 
Цели и задачи программы-минимум

Цель изучения материалов, указанных в программе: формирование у соискателей ученой степени углубленных знаний в области разработки современных методов и средств измерений параметров и характеристик радиотехнических систем, в области метрологического обеспечения радиоизмерительных приборов, а также в области автоматизации процесса измерения и обработки результатов измерений.

Требования к знаниям, умениям и навыкам экзаменуемого

Экзаменуемый должен показать на экзамене профессиональные знания по соответствующим разделам науки, владение теоретическим аппаратом и современными методиками исследований и обработки полученных данных.

Экзаменуемый должен:

  • знать теоретические основы синтеза структурных и функциональных схем измерительных приборов; основы метрологического обеспечения средств измерений; методы определения оптимальных значений параметров средств измерения, измерительных установок и систем; тенденции развития радиоэлектронной промышленности; элементную базу и устройство современных приборов и систем для измерения параметров и характеристик электронных систем;
  • уметь разрабатывать методы, алгоритмы и устройства для измерения и контроля параметров и характеристик электронных систем, разрабатывать и автоматизировать методы обработки, хранения и воспроизведения результатов измерений и контроля вышеуказанных физических величин, производить расчеты погрешностей и надежности радиоизмерительных приборов, измерительных установок и систем.

Содержание программы

Тема 1. Метрология

Ключевые слова: метрология, измерения, погрешность измерения, оценка погрешностей, неопределенность измерений, обработка результатов измерений, поверка, аттестация, калибровка.

Физическая величина, ее качественная и количественная характеристики. Шкалы измерений. Единица физической величины. Принципы образования системы единиц физических величин. Международная система единиц СИ. Измерение физической величины. Основные виды измерений – прямые, косвенные, совокупные и совместные. Принципы измерений.

Метод измерения. Основные методы измерения – непосредственной оценки и сравнения. Модификации метода сравнения. Истинные и действительные значения физических величин. Погрешности измерений. Классификация погрешностей измерений в зависимости от характера их изменения. Классификация погрешностей в зависимости от причин их возникновения. Формы представления погрешностей измерения. Точность измерений.

Описание случайных погрешностей с помощью функций распределения. Моменты случайных величин. Равномерное и нормальное распределение случайных погрешностей. Точечные оценки истинного значения измеряемой величины и с.к.о. на основании ограниченного ряда наблюдений. Оценка случайных погрешностей с помощью интервалов.

Классификация систематических погрешностей. Способы обнаружения и оценке систематических погрешностей. Способы уменьшения систематических погрешностей. Проверка нормальности распределения результатов наблюдений. Обработка исправленных результатов прямых равнорассеянных наблюдений. Критерий наличия грубых погрешностей.

Совместная обработка неравнорассеянных рядов наблюдений. Обработка результатов косвенных измерений. Критерий ничтожных погрешностей. Обработка результатов совокупных и совместных измерений. Суммирование не исключенных остатков систематической погрешности. Суммирование не исключенной систематической и случайной погрешностей.

Оценка погрешностей измерений с однократными наблюдениями. Правила округлений и формы представления результатов измерений. Понятие о средстве измерений. Классификация средств измерений. Статические и динамические характеристики и параметры средств измерений. Выбор и нормирование метрологических характеристик средств измерений. Классы точности средств измерений.

Точность, экономичность, представительность и безопасность измерений. Выбор методик выполнения измерений по точностным характеристикам. Оценка требуемой точности измерений. Задачи измерений. Измерения для приемочного контроля. Измерения в ходе экспериментальных исследований. Выбор допустимых погрешностей измерений для разных вариантов экспериментальных исследований. Разработка и оформление методик выполнения измерений.

Калибровка средств измерений, назначение, область распространения. Основные нормативные документы по калибровке. Порядок проведения калибровки. Содержание свидетельства о калибровке. Оформление процедуры калибровки при отрицательных результатах.

Обеспечение единообразия средств измерений. Система воспроизведения единиц и передачи их размеров рабочим средствам измерений. Эталоны. Образцовые средства измерений и поверочные установки. Стандартные образцы. Поверочные схемы и их обоснование. Обоснование межповерочных интервалов. Виды поверки.

Тема 2. Методы и средства измерений радиотехнических величин

Ключевые слова: измерительный прибор, преобразователь, методика измерений, структурная схема средства измерения.

Общий принцип работы электромеханических приборов прямого преобразования. Магнитоэлектрический измерительный механизм. Конструкция, принцип работы и область применения. Магнитоэлектрические амперметры, вольтметры и омметры. Термоэлектрические амперметры и вольтметры. Выпрямительные амперметры и вольтметры.

Аналоговые вольтметры постоянного и переменного тока прямого преобразования, сравнения и селективные вольтметры. Неинтегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Цифровые вольтметры переменного тока.

Измерение поглощаемой мощности Измерение проходящей мощности методами поглощающей стенки и с использованием направленных ответвителей. Измерение проходящей мощности пондеромоторным методом и с использованием эффекта Холма.

Измерение частоты и интервалов времени. Резонансные и цифровые частотомеры. Работа цифрового частотомера в режимах измерения частоты, периода, длительности импульсов и отношения частот. Измерение нестабильности частоты.

Понятие фазового сдвига. Измерение фазового сдвига методам суммы и разности напряжений. Измерение фазового сдвига нулевым методом. Цифровые фазометры, реализующие метод преобразования фазового сдвига во временной интервал. Измерение группового времени запаздывания.

Структурная схема универсального осциллографа. Назначение и характеристика ее функциональных узлов. Виды разверток, применяемых в современных осциллографах, их назначение и реализация в рамках работы осциллографа. Скоростные и стробоскопические осциллографы. Цифровые осциллографы. Осциллографические измерения.

Анализаторы спектра. Общие сведения и классификация. Фильтровые анализаторы спектра. Широкодиапазонный гетеродинный анализатор спектра. Измерение коэффициента амплитудной модуляции. Измерение девиации частоты. Измерение нелинейных искажений.

Обобщенная структурная схема и основные параметры измерительных генераторов. Низкочастотные измерительные генераторы. Измерительные генераторы ВЧ и СВЧ диапазонов. Измерительные генераторы импульсов и шумовых сигналов. Измерительные генераторы на основе цифроаналоговых преобразователей. Синтезаторы частоты. Прямой и косвенный синтез частот.

Общие вопросы теории мостовых цепей. Измерительные мосты постоянного тока. Измерительные мосты переменного тока и универсальные. Трансформаторные измерительные мосты. Резонансные измерители параметров двухполюсников. Измерители амплитудно-частотных и амплитудных характеристик четырехполюсников.

Измерители коэффициента шума. Случайные сигналы, классификация и их вероятностные характеристики. Измерение среднего значения, средней мощности и дисперсии случайных сигналов. Анализ распределения вероятностей случайных сигналов. Цифровой коррелометр.

Измерение напряженности электромагнитного поля. Измерение радиопомех. Обобщенная структурно-функциональная схема измерителя (анализатора) параметров СВЧ и КВЧ цепей.

Виды, способы формирования и источники СВЧ и КВЧ измерительных сигналов. Структурная схема генератора качающейся частоты (ГКЧ) и особенности ее технической реализации в диапазонах СВЧ и КВЧ. Типы СВЧ и КВЧ измерительных трактов. Конструкция, принцип действия и параметры измерительных направленных ответвителей.

Обобщенная схема измерения S-параметров на основе рефлектометров и способы определения параметров СВЧ устройств. Гетеродинные преобразователи СВЧ и КВЧ измерительных сигналов и особенности их использования и технической реализации. Структурная схема двухканального гетеродинного преобразователя. Гомодинные преобразователи СВЧ и КВЧ измерительных сигналов (скалярные и векторные гомодинные детекторы) и особенности их использования и технической реализации. Измерительные линии. Конструкции, принцип действия, методики измерений, параметры. Панорамные измерители КСВ и ослабления (скалярные анализаторы цепей). Векторные анализаторы СВЧ и КВЧ цепей (измерители S-параметров).

Тема 3. Автоматизация электрорадиоизмерений

Ключевые слова: информационно-измерительные системы, измерительный комплекс, интерфейс, автоматизация поверки и калибровки.

Основные направления и принципы автоматизации электрорадиоизмерений. Применение микропроцессоров в электрорадиоизмерительных приборах. Измерительно-вычислительные комплексы. Информационно-измерительные системы. Примеры реализации.

Агрегатирование средств измерений. Общие принципы построения агрегатных комплексов средств измерений. Примеры реализации электрорадиоизмерительной технике. Интерфейсы агрегатных комплексов средств измерений: общие сведения и примеры реализации.

Автоматизация поверки и калибровки средств измерений. Метод дистанционных измерений. Теоретическая модель метода дистанционной калибровки радиоизмерительных приборов.

Тема 4. Основы моделирования при планировании измерительного эксперимента

Ключевые слова: планирование измерений, эксперимент, математическая модель.

Планирование измерений, как процедура выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для описания поведения исследуемого объекта с требуемой точностью. Задачи планирования измерений.

Структурная схема объекта измерения. Факторы, отклики, возмущающие воздействия. Уровень фактора, функция отклика, размах варьирования факторов, интервал варьирования факторов

Пассивный и активный эксперимент. Однофакторные и многофакторные эксперименты.

Понятие математической модели. Выражение математической модели величины в виде обобщенного ряда Фурье. Базисные функции и базисные коэффициенты. Ряд Тейлора, комплексный ряд Фурье, интегральное преобразование Фурье, преобразование Лапласа, ряд Котельникова.

Математическая модель детерминированной величины в форме последовательности.

Математическая модель скалярной случайной величины. Математическая модель случайного вектора. Математическая модель случайной функции.

Математическая модель случайной последовательности в форме случайного вектора, в форме случайной функции дискретного аргумента.

Математическая модель средства измерений в форме статической характеристики. Линейная модель и ее свойства. Статический режим измерения и условия его существования.

Динамический режим измерения и условия его обеспечения. Динамическая математическая модель аналогового средства измерения в форме линейного дифференциального уравнения как наиболее часто применяемая модель.

Динамическая математическая модель средства измерения в форме передаточной функции и частотной характеристики. Комплексная частотная характеристика средства измерения, амплитудно-частотная характеристика и фазо-частотная характеристика средства измерения и способы их определения.

Динамическая математическая модель средства измерения в форме весовой и переходной функции. Нормированная весовая функция. Нормированная переходная функция в динамическом и статическом режимах измерения.

Математическая модель цифрового средства измерения.

Статическая математическая модель с учетом аддитивного случайного возмущения, действующего на входе средства измерения, и эффекта квантования (округления). Структурная схема модели процесса измерения. Погрешность квантования. Квантованный результат измерения и форма его представления.

Математическая модель формирования результата измерения с использование динамической модели средства измерения. Структурная схема модели процесса измерения. Уравнение измерения.

Учет в математической модели формирования результата измерения влияния среды (условий измерения). Влияние рабочих условий измерения на средство измерения. Влияние среды на чувствительность средства измерения.

Учет в математической модели формирования результата измерения эффекта взаимодействия средства измерения с объектом измерения.

Структурная схема математической модели формирования результата измерения для аналогового средства измерения.

Структурная схема математической модели формирования результата измерения для цифрового средства измерения.

Методы обработки и оценки погрешностей при однофакторном эксперименте.

Методы обработки и оценки погрешностей при многофакторном эксперименте.

Литература

  1. Сергеев А.Г., Крохин В.В. Метрология: Учеб. пособие для вузов. – М.: Ло-гос, 2000г. – 408с.
  2. Крылова Г.Д. Основы стандартизации, сертификации и метрологии.- М.: Аудит, Юнити, 1998-479с.
  3. Кириллов В.И. Метрологическое обеспечение: Учеб. пособие в 4 ч. Ч. 1 – Мн.: БГУИР, 2003. – 85 с.
  4. Основы метрологии и электрические измерения: Учебник для вузов/Под ред. Е.М.Душина. - 6-е изд.; перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 480 с.: ил.
  5. Кострикин А.М. Теоретическая метрология: Учеб. пособие для студентов спец. Т. 13.01 «Метрология, стандартизация и сертификация». В 3 ч.. - Мн.: БГУИР, 1999.
  6. Бурдун Г.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии: Учеб. пособие для вузов -М.: Изд-во стандартов, 1975.-336с.
  7. Елизаров А.С. Электрорадиоизмерения: Учебник для вузов - Мн.: Выш. шк., 1986.- 320 с.
  8. Мирский Г.Я. Электронные измерения. Издание 4-е, переработанное и дополненное- М.:Радио и связь, 1986. - 440 с.
  9. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений. – М.: Мир, 1990.
  10. Измерения в миллиметровых и субмиллиметровых волнах: методы и техника/Р.А. Валитов и др.; Под ред. Р.А. Валитова, Б.И. Макаренко – М.: Радио и Связь, 1984.
  11. А.В.Гусинский. Векторные анализаторы цепей миллиметровых волн: В 3 ч. Ч.1. Основные понятия и представления теории преобразования сигналов и спектрального анализа. – Мн.: БГУИР,2004.
  12. А.В.Гусинский. Векторные анализаторы цепей миллиметровых волн: В 3 ч. Ч.2. Анализ СВЧ цепей. – Мн.: БГУИР,2005.
  13. Автоматизация метрологического обслуживания средств измерений промышленного предприятия/Под ред. В.У.Игнаткина.- М.: Изд-во стандартов, 1988-280c.
  14. Основы автоматизации измерений: Учебное пособие/В. Б. Коркин и др. – М.: Изд-во стандартов, 1991. – 256 с., ил.
  15. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. – М.: Машиностроение, 1991.
  16. Математическая теория планирования эксперимента/ под ред. С.М.Ермакова.-М.:Наука, 1983.
  17. Оценка погрешностей результатов измерений/ П.В. Новицкий,И.А. Зограф.-Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1985.
  18. М.Ю.Дерябина Планирование измерительного эксперимента и обработка результатов измерений. Минск БГУИР 2007.