Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Стробоскопический преобразователь

I ~

Импульсный генератор

Генератор, управляемый напряжением

Усилитель-ограничитель

Стробоскопический преобразователь

Полосовой фильтр

Фазовый детектор

Индикатор уровня

и разности фаз -1

Опорный генератор

Рис. 8.31. Измеритель фазы со стробоскопическим преобразователем частоты

модуляцией, с передачей двух немодулиро-ванных синусоидальных сигналов, одного модулированного по амплитуде сигнала, а также с самовозбуждением схемы по цепи модулирующего сигнала. На рис. 8.32 изображена схема с использованием одного сигнала, модулированного по амплитуде напряжением низкой частоты Q «со. Это напряжение может быть представлено в следующем виде:

V = f7max(l + rasinnt)sincot =

= t/ [sin cot -Ь (т/2) cos (со - fi) t -

-(m/2)cos(co-bfi)t],

где га - коэффициент модуляции. Приращение фазового сдвига высокочастотного сигнала определяется изменением фазового сдвига низкочастотного сигнала ср при условии, что период последнего превыщает ГВЗ (trp<2n/fi).

На выходе исследуемого четырехполюсника каждая из трех частотных составляю-1ЦИХ сигнала: со, ю -П, со-Ь П - отличается по амплитуде и фазе. Однако ввиду малости Q по сравнению с ю различием затуханий можно пренебречь. Напряжение на выходе исследуемого четырехполюсника

f/2 = f™x"°{sin(tot-(pi)-b

-Ь (m/2) cos [(to - fi) t - фг]-

- (m/2)cos [(to + Q)t- срз]},

где (pi, ф2, Фз - фазовые сдвиги в исслецуе-мом четьфехполюснике при частотах to, со - - Q, со -Ь П соответственно.

При отсутствии фазовых искажений можно записать:

Ui = иГ"{siniwt - (р,)+

+ т sin [cot - (ф2 -Ь Фз)/2] sin [fit -Ь + (Ф2 - Фз)/2]}. Так как фг = Ф1 - (Рп, фз = ф; -ь ср, то ф1 = == (Ф2 + Фз)/2 и (ф2 - Фз)/2 = -срп. После замены получим:

f2 = f™x"° sin (cot - Ф1) [l-b m sin (fi - cpj].

Таким образом, изменение фазы огибающей низкой частоты ср соответствует изменению сдвига фаз при частотах со-1-Q и со - Q, т. е.

trp = Аср/Лсо = (фг - Фз) /(со - - со - fi) = = (p/fi = (Pn/360°F.

Структурная схема прибора для измерения ГВЗ с непосредственным отсчетом приведена на рис. 8.33. При работе схемы на выходе балансного модулятора содержатся

Генератор 1

Гвнератор 2

Модулятор

Исследуемый, элемент

Двухлучевой осциллограф

Детектор


Рис. 8.32. Измерение группового времени запаздывания с использованием одного сигнала,

модулированного по амплитуде



Генератор несущей

Исследуемое устройство 4

Детектор

Балансный модулятор

Модулирующий генератор

Компаратор фазы и индикатор

Детектор Калиброванный фазовращатель (мкс)

Рис. 8.33. Структурная схема измерения ГВЗ с непосредственным отсчетом

только две боковые частоты, а несущая подавлена, что повышает точность измерения. Выходной сигнал устройства, в котором измеряется ГВЗ, детектируется для получения огибающей. Напряжение огибающей сравнивается с опорным сигналом, поступающим через калиброванный фазовращатель. Сдвиг фазы, необходимый дая получения нуля на выходе компаратора фазы, определяет задержку огибающей.-Фазовращатель при постоянной частоте градуируется в единицах времени. Для измерения ГВЗ в каналах связи, вход и выход которых Территориально разделен, используется дополнительное преобразование частоты, необходимое для передачи сигнала с частотой со + П по вспомогательному каналу (рис. 8.34). В пункте А сигнал с частотой П вновь восстанавливается в детекторе 3. Предполагая, что для некоторой исходной частоты frp = 0, можно измерить ГВЗ с помощью регулируемого фазовращателя и магазина затуханий. Применение детектора 2 и контрольного канала с фазовращателем в пункте А позволяет исключить из рассмотрения фазовые искажения в элементах, относящихся к преобразователю частоты. Используя разделительные фильтры при передаче по измеряемому каналу сигнала, частота которого С1 много меньше нижней частоты рабочего диапазона частот, можно измерить сдвиг фазы при частоте £1 непосредственно в приемном пункте Б.

Генератор несушей

Модулятор

При измерении frp групповых трактов одного направления обычно применяют умножение частоты модулирующего сигнала до значения нижней частоты рабочего диапазона в измеряемом тракте. Сигнал этой частоты передается по измеряемому каналу, выделяется с помощью разделительных фильтров и после деления частоты используется в качестве опорного сигнала низкой частоты, относительно которого измеряется задержка.

Погрешность измерения методом Найк-виста тем меньше, чем меньше частота модулирующего сигнала и положе склоны частотных характфистик затухания и группового времени запаздывания измеряемого тракта. Кроме того, погрешность измерения может быть уменьшена при использовании двухчастотного измерительного сигнала.

Рассмотренные выше методы измерения фазы и ГВЗ в заданном диапазоне частот можно использовать для измерения фазовых искажений изменением trp в диапазоне частот или по значению отклонения частотно-фазовой характеристики от линейной. Панорамные приборы, которые используются для непосредственного наблюдения на экране осциллографа частотно-фазовых характеристик и ГВЗ, содержат генератор качающейся частоты, с помощью которого обеспечивается автоматизация измерений. Погрешность измерения фазовых характеристик в подобных устройствах составляет +3%, а диапазон

Измеряемый канал

Детектор 2

Модулирующий генератор

Магазин затуханий

Вспомога-: тельный канал

Фазовращатель

Компаратор фазы

Детектор 3

(мкс)

и индикатор

Детектор 1

Модулятор

Модулятор

Рис. 8.34. Схема измерения ГВЗ в территориально разделенных каналах связи



свипирования частоты может достигать десятков мегагерц.

8.3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗЫ

Как и в других видах измерений, возрастающие требования к быстродействию, повышению точности, эргономике, возможности работать в жестких условиях эксплуатации вызывают необходимость автоматизации методов измерения фазовых сдвигов. Наибольший эффект при автоматизации измерений фазы дают цифровые методы. Среди значительного количества различных приборов с цифровым огсчетом (частотомеров, вольтметров, ваттметров и др.) имеются и цифровые фазометры.

В настоящее время известно много схемных вариантов построения цифровых фазометров, использующих различные методы преобразования измеряемой величины в дискретную форму. Все разнообразие известных методов можно разделить на две основные группы:

цифровые фазометры, основанные на использовании метода компенсации, в которых осуществляется непрерывное уравновешивание измеряемого фазового сдвига до некоторого заранее определенного значения с отсчетом измеренного фазового сдвига с цифрового устройства фазовращателя;

цифровые фазометры с прямым преобразованием измеряемого фазового сдвига в величину, удобную для преобразования в код. Эти приборы построены по методу циклического действия, так как они работают по жесткой программе, выдавая значения измеряемой величины не непрерывно, как при компенсационном методе, а через определенные интервалы.

Фазометры с прямым преобразованием делятся в свою очередь на несколько групп в зависимости от метода преобразования, числа периодов измеряемого напряжения, используемых для измерения, и т. п.

Компенсационные цифровые фазометры. Упрощенная схема на рис. 8.35 поясняет принцип действия компенсационного метода. Сигналы, подлежащие измерению (и и l/,), поступают непосредственно или после предварительного усиления на входы фазочув-ствительного детектора, при этом фаза сигналов сдвигается с помощью калиброванного фазовращателя. Напряжение с выхода фазочувствительного детектора через фильтр, сглаживающий пульсации и возможные флюктуации (когда измеряемые сигналы сопровождаются помехами), поступает

Фазочувствитепьный

U2 О-

детектор

Фазовращатель

Фильтр

Устройство привода

Цифровой индикатор

Рис. 8.35. Структурная схема компенсационного метода

на устройство привода, изменяющего угол поворота фазовращателя таким образом, чтобы разность сигналов на входе детектора свести к 90° (или 0°). В момент достижения баланса постоянная составляющая на выходе детектора становится равной нулю, отработка прекращается и значение измеренного фазового сдвига отображается на цифровом индикаторе, связанном с фазовращателем.

Достоинством цифровых следящих фазометров является их высокая помехоустойчивость. Погрешность измерения прибора зависит в основном от погрешности фазовращателя и чувствительности детектора. Фазовый угол, на который фазовращатель сдвигает измеряемый сигнал, не зависит от того, сопровождается этот сигнал помехами или нет.

Наличие некоррелированных помех в обоих каналах компенсационного фазометра приводит к снижению чувствительности детектора, которое может быть скомпенсировано повышением коэффициента усиления устройства привода. При значительных помехах приходится увеличивать постоянную времени фильтра и соответственно время измерения.

Автокомпенсационный цифровой фазометр, в котором механический фазовращатель заменен цифровым пересчетным устройством, изображен на рис. 8.36.

Измеряемые сигналы поступают на входы двух идентичных каналов, состоящих каждый из- смесителя, фильтра промежуточной частоты и ограничителя, формирующего прямоугольное напряжение. В качестве гетеродинов используются два триггерных счетчика с коэффициентом деления частоты N, на входы которых поступают импульсы с частотой следования F.

Таким образом, на входы смесителей поступают два прямоугольных напряжения с частотой F/N и произвольным сдвигом фаз между ними. Разность фаз между напряжениями, поступающими на фазовый детектор, равна сумме фазовых сдвигов между входными сигналами и выходными напряже-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 [104] 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0136