Цифровые фазометры

Цифровые фазометры В цифровой фазометрии наибольшее развитие и применение нашли цифровые время обеззараживания фазометры, цифровые фазометры с промежуточным преобразованием фазового сдвига в постоянное напряжение и компенсационные фазометры. Цифровые время обеззараживания фазометры Цифровые время обеззараживания фазометры разделяют на фазометры мгновенных значений и фазометры средних значений фазового сдвига. Структурная схема и диаграммы работы фазометра мгновенных значений фазового сдвига показаны на рис. 1. Входными сигналами фазометра есть синусоидальные напряжения и с периодом Т и частотой, между которыми измеряется фазовый сдвиг.
читать далее

Принцип действия фазометра сводится к выделению интервала времени между переходами напряжений и через одинаковые мгновенные значения (как правило, через одноименные нуля) и к превращению интервала в числовой эквивалент методом дискретной счета. Для выполнения этих операций сигналы и через входные устройства 1,2 и переключатель S подаются на формирователь интервалов времени, имеет два режима работы: формирование управляющего сигнала длительностью и формирования управляющего сигнала длительностью Т. Эти режимы могут устанавливаться вручную переключателем S режим измерения или автоматически, если процесс измерения автоматизирован. В первом режиме — режиме фаза (переключатель S в положении I) — керуючим сигналом формирователя открывается временной селектор на время и с генератора опорной частоты в блок индикации поступает число импульсов , (7.12 ) откуда есть количество импульсов пропорциональна фазовом смещения. Однако результат измерения в единицах фазового сдвига можно получить только для одного значения частоты f. Зависимость результата измерения фазового сдвига от частоты f входных сигналов является одним из основных недостатков рассматриваемого варианта фазометра, поскольку не дает возможности проградуировать его отсчетное устройство в единицах фазового сдвига в частотном диапазоне входных сигналов. Рис. 1. Цифровой фазометр мгновенных значений фазовых сдвигов а — структурная схема; б, в — временные диаграммы Фазометр по схеме может быть использован для измерения фазовых сдвигов в определенном диапазоне частот, если, кроме интервала времени, измерять еще и период Т. В режиме ПЕРИОД (переключатель S в положении II) формирователь интервалов времени производит управляющий сигнал длительностью Т, во время действия которого в блок индикации поступает импульсов опорного генератора. Тогда выражение для фазового сдвига принимает вид или. Процедура вычисления по этой формуле может быть автоматизирована, если фазометр между селектором и блоком индикации ввести микропроцессор, который выполнял бы не только операции деления и умножения, но и операцию управления работой прибора. Погрешность измерения фазовых сдвигов Фазометр мгновенных значений состоит из двух основных составляющих: погрешности измерения временного интервала и погрешности измерения периода Т входных сигналов. Каждой из этих погрешностей свойственны те же составляющие, которые имеют место при час-импульсном измерении временных интервалов: погрешность квантования, погрешность запуска, обусловлена порогом срабатывания формирователя импульсов, и погрешность, которая обусловлена помехами. Предельная относительная погрешность квантования временного интервала tj с учетом . Из этого выражения видно, что погрешность квантования увеличивается с ростом частоты f входных сигналов при одинаковом значении измеряемого фазового сдвига и фиксированном значении опорной частоты. Максимальное значение частоты входных сигналов определяется предельной (допустимой) погрешностью квантования где — предельное (допустимое) значение абсолютной погрешности квантования временного интервала. При уменьшении частоты входных сигналов погрешность квантования уменьшается при прочих равных условиях, поэтому нижняя частотная граница для таких фазометров практически неограниченна, то есть эти фазометры является низкочастотными. Оценки погрешности запуска и погрешности, обусловленной помехами, аналогичные цифровым низкочастотным частотомера. Специфической для цифровых время-импульсных фазометров является методическая погрешность, вызываемая высшими гармониками входных сигналов. Физическая суть этой ошибки такова. При исследовании несинусоидальных сигналов обычно интересуются фазовым сдвигом между первыми гармониками. Высшие гармоники вызывают смещение переходов несинусоидальных кривых через ноль относительно переходов через ноль первых гармоник этих кривых, причем такое смещение зависит от амплитуд и фаз высших гармоник. Поскольку несинусоидальный сигналы, как правило, неидентичными, то есть отличаются как составом, так и параметрами отдельных гармоник (их амплитудами и фазами), то временные смещения переходов через ноль каждого из входных сигналов тоже неодинаковы. Этим и объясняется появление методической составляющей погрешности фазометра, которая является случайной по ансамблю его входных сигналов. Парные и непарные гармоники несинусоидальный сигнала по-разному сдвигают моменты переходов через ноль этого сигнала по его основной гармоники. Парными гармониками сдвигаются разноименные переходы несинусоидальный сигнала через ноль в противоположные стороны. Поэтому для уменьшения погрешности, вносимой парными гармониками, в том числе постоянной составляющей, используют метод двух измерений, который сводится к измерению среднего значения фазового сдвига как полусуммы двух значений — между переходами через ноль растущих и убывающих ветвей входных напряжений. Эти фазометры называют Фазометр двухполупериодном действия. Нечетные высшие гармоники, в отличие от парных, сдвигают переходы через ноль несинусоидальном кривой в одну сторону относительно соответствующих переходов через ноль ее основной гармоники. Итак, влияние нечетных высших гармоник не может быть скомпенсирован при использовании метода двух измерений. Известны различные оценки и формулы нормирования погрешности, вносимой высшими гармониками входных сигналов. Одна из них имеет вид где n — число гармоник, учитывается при оценке погрешности; — коэффициент гармоник сигнала,%. Эта формула действительна при малых значениях коэффициента гармоник .