Фаза-Мощность стр207-251 (1066265), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Измерение фазового сдвига между сигналами и и₂ вы­полняют как это показано на рис. 7.4, б. При измерении фазового сдвига данным способом удобно использовать прозрачный транспортир, который помещен перед экраном осциллографа; центр транспортира совмещают с центром окружности. Измеряе­мый фазовый угол отсчитывают по делениям транспортира. Дан­ный метод измерения основан на следующем, Полную окруж­ность, которой соответствует угол 360°, луч описывает за время, равное периоду Т сигналов или и₂, а дугу между точками 1 и 2, которой соответствует некоторый угол — за время задержки этих сигналов .

При измерениях фазового угла способом полуокружности (он не рассматривается, так как применяется редко) можно дос­тичь более высокой точности (погрешность измерения 1...3⁰). Этот метод также позволяет получить прямой отсчет фазового угла с указанием знака. На погрешность измерения фазового угла влия­ют точности формирования окружности и определения ее центра, а также степень идентичности порога срабатывания формировате­лей и точность измерения угла с помощью транспортира.

Компенсационный метод

Рассмотрим один из способов, реализующих компенсацион­ный (нулевой) метод измерений, который является разновидно­стью метода сравнения. Его сущность состоит в сравнении изме­ряемого фазового сдвига с известным фазовым сдвигом, созда­ваемым мерой — образцовым фазовращателем. Структурная схема измерительной установки показана на рис. 7.5.

В нее входит измерительный фа­зовращатель ФВ и индикатор равенства фаз, в качестве кото­рого использован ос­циллограф с отключенным генератором развертки. Сигнал и₁ подают на вход Y ос­циллографа через фазовращатель, а сигнал u₂ непосредственно на вход X.

Фазовый сдвиг между двумя исследуемыми напряжения­ми и и₂ определяют путем изменения фазы дополнительного сигнала u₃ с помощью образцового фазовращателя до момента появления на экране наклонной прямой линии (см. рис. 7.5), т.е. до момента равенства фаз сигналов u₂ и u₃. При этом искомый фазовый сдвиг считывают по шкале образцового фазовраща­теля. Для более точных измерений следует проверить и скомпен­сировать возможное неравенство фазовых сдвигов, вырабатывае­мых усилителями вертикального и горизонтального отклонения луча осциллографа. Это выполняют в порядке, изложенном при рассмотрении метода эллипса.

Компенсационный метод используют и в СВЧ-диапазоне для измерения фазового сдвига, создаваемого отрезком волновода, полосковой линии и т.п. Процесс измерений поясняет структур­ная схема, показанная на рис. 7.6. Измерение выполняют в два этапа. Вначале собирают установку, представленную на рис. 7.6, а. При включении генератора Г в тракте устанавливается стоячая волна. В произвольное сечение ФВ вводится зонд, соединенный с диодом и индикатором. Перестраивая фазовращатель, добиваются совмещения узла напряжения стоячей волны с плоскостью сечения, в которую введен зонд. Момент совмещения устанавливают по нулевому показанию индикатора. Со шкалы ФВ считывают показа­ние фазового угла cp_t. Затем собирают установку, показанную на рис.7.6, б, в которой между ФВ и короткозамыкающей заглушкой вводится испытуемое устройство Z. В тракте распространения СВЧ-колебаний происходит смещение узла напряжения. Пере­страивая ФВ, снова добиваются (по нулевому показанию индика­тора) совмещения узла с плоскостью установки зонда. Со шкалы ФВ считывают новое показание . Фазовый сдвиг, вносимый уст­ройством Z, определяют по формуле .

Процесс измерения фазового сдвига компенсационным мето­дом легко автоматизировать, считая объектом автоматизации из­мерительный фазовращатель. Соответствующие фазометры назы­вают автокомпенсациоппыми.

Точность измерения компенсационным методом высокая. Погрешность измерения определяется в основном качеством гра­дуировки шкалы фазовращателя и достигает 0,1...0,2°.

7.3. Метод преобразования фазового сдвига во временной интервал

Структурная схема устройства, преобразующего фазовый сдвиг во временной интервал и эпюры, поясняющие его работу, показаны на рис. 7.7. Устройство включает преобразователь ис­комого фазового сдвига в интервал времени и измерительный прибор. Преобразователь имеет одинаковые формирователи Ф1 и Ф2 и триггер Т. Принцип действия формирователей был пояснен в разделе 6.3. Синусоидальные сигналы и_} и и₂, имеющие некоторый фазовый сдвиг , подают на идентичные формирователи Ф1 и Ф2, преобразующие их в последовательности коротких импуль­сов и₃ и и₄ (рис. 7.7, 6). Импульсы и₃ запускают, а импульсы и₄ сбра­сывают триггер Т в исходное состояние. В результате на выходе триггера формируют периодическую последовательность импульсов напряжения, период повторения и длительность которых равны пе­риоду Т и сдвигу во времени исследуемых сигналов и₁ и и₂.

Импульсы, поступая на резистор R, соединенный с измеритель­ным прибором — микроамперметром , преобразуют в последова­тельность импульсов тока i с аналогичными периодом и длитель­ностью и амплитудой (см. рис. 7.7. б). В качестве измерительного прибора применяют микроамперметр магнитоэлектрической сис­темы, реагирующий на среднее значение тока i за период Т. Пусть — среднее значение протекающего через прибор тока i. Тогда

его показание с учетом формулы (7.3), определится как:

(7.7)

где — измеряемый фазовый сдвиг.

Шкалу микроамперметра градуируют непосредственно в гра­дусах. Измеренное значение фазового сдвига является средним за время измерения. Рассмотренное устройство — прямо показываю­щий фазометр. Диапазон его рабочих частот ограничен снизу инерционностью магнитоэлектрического микроамперметра, а сверху — конечностью длительностей фронтов импульсов фор­мирователей, влияющих на работу триггера Т. Аналоговые фазо­метры измеряют фазовый сдвиг сигналов в диапазоне частот 20,..10⁶ Гц с погрешностью + 1...2⁰.

7.4. Цифровые методы измерения фазового сдвига

Большинство цифровых фазометров близки по принципу действия к цифровым измерителям интервалов времени и рабо­тают по методу дискретного счета. Метод дискретного счета (бо­лее точно — цифровой метод измерения фазового сдвига), ис­пользуемый в цифровых фазометрах, включает две операции: преобразование фазового сдвига в интервал времени и измерение интервала времени методом дискретного счета.

Цифровые фазометры

Структурная схема цифрового фазометра, реализующая ме­тод дискретного счета, содержит преобразователь искомого фа­зового сдвига в интервал времени , временной се­лектор ВС, формирователь счетных импульсов f/nf, счетчик СЧ и цифровое отсчетное устройство ЦОУ (рис. 7.8, а). Схема и прин­цип действия преобразователя полностью совпадает со схемой и принципом действия преобразователя, описанного в разд. 7.3. Временной селектор представляет собой ключевую логическую схему. Формирователь счетных импульсов построен на базе умножителя частоты входного сигнала и схемы формиро­вания выходных импульсов.

Цифровой фазометр работает следующим образом. Преобра­зователь из подаваемых на его входы синусоидальных сигналов и₁ и и₂ с фазовым сдвигом формирует после­довательность прямоугольных импульсов и₃ (рис. 7.8, б), имею­щих длительность и период повторения Т, равные соот­ветственно сдвигу во времени и периоду сигналов и₁ и и₂. Им­пульсы и₃, а также счетные импульсы и₄, вырабатываемые формирователем счетных импульсов, подают на входы временного селектора. Селектор открывают на время, равное длительности импульсов и₃, и в течение этого интервала пропускает на вход счет­чика импульсы и_4. На выходе селектора формируют пакеты им­пульсов и₅, следующие с периодом Т.

Измерение проводится за один период Т следования сиг­налов и₁ и и₂ (схема управления, обеспечивающая такой режим измерения, на рис. 7.8, а для упрощения не приведена). При этом на счетчик с выхода селектора поступает количество импульсов, содержащееся в одном пакете:

(7.8)

В цифровых фазометрах период следования счетных им­пульсов формирователя для удобства схемной реализации при­нимают , m = (1, 2, 3...).

Характеристики

Список файлов учебной работы