Измерение фазового сдвига

Компенсационный метод

Для осуществления измерений по этому методу необходимо иметь два фазовращателя, один из которых должен быть калиброван. Фазовращатель (группа Ф3) – это устройство, с помощью которого в схему вводятся известный и регулируемый фазовый сдвиг.

Измерения проводят по схеме (рис. 11.4 рис. 11.4). Сначала устраняют собственный фазовый сдвиг между каналами X и Y осциллографа. Для этого переключатель S переводят в положение 1, подавая тем самым на X и Y одно и то же напряжение U1(t).

Рис. 11.4.

Указатель шкалы калиброванного фазовращателя ФВ1 устанавливают на ноль, затем вращая ФВ2, добиваются прямой линии на экране ЭЛТ. При этом происходит компенсация собственного фазового сдвига осциллографа.

Затем переключатель S переводят в положение 2 и на вход Х подают напряжение U2(t). В результате на экране ЭЛТ появляется эллипс, который снова превращают в прямую линию, вращая на этот раз калиброванный ФВ1.

По шкале ФВ1 отсчитывают фазовый сдвиг между напряжениями U1(t) и U2(t). Если U1(t) опережает U2(t), то показания ФВ1 равны фазовому сдвигу , если наоборот, то сдвиг вычисляется по формуле .

Простейший низкочастотный фазовращатель представляет собой неуравновешенный четырехплечий мост, построенный на RC- элементах (рис. 11.5 рис. 11.5)

Рис. 11.5.

Фазовый сдвиг равен и регулируется в диапазоне 10^o-160^o Для исключения влияния сопротивления нагрузки в качестве часто включают эмиттерный повторитель, что позволяет получить погрешность фазовращателей не более 0,1^o

Метод дискретного счета

Как было показано выше, фазовый сдвиг легко преобразуется во временной интервал. Метод дискретного счета предполагает заполнение этого временного интервала счётными импульсами и подсчет их количества. Если частота следования счетных импульсов f₀, то в интервале их будет . Тогда фазовый сдвиг

( 11.14)

Измерив и T с помощью цифрового измерителя временных интервалов или цифровым частотомером можно косвенным методом по приведенной формуле рассчитать величину фазового сдвига.

Более удобным является использование цифрового фазометра. Чаще всего они строятся по схеме интегрирующего фазометра (рис. 11.6 рис. 11.6), когда результат измерений представляет собой среднее значение фазового сдвига за большое число периодов входного напряжения. Этим достигается повышение точности и помехозащищенности.

Рис. 11.6. Схема интегрирующего фазометра

Измеряемый фазовый сдвиг преобразуется во временной интервал , заполняемый счетными импульсами частотой f_о с генератора ГСИ. Число импульсов в одной пачке согласно (11.4)

( 11.15)

Эти пачки импульсов поступают на второй временной селектор ВС2, открываемый на время Т_уср, формируемое из импульсов ГСИ с помощью делителя частоты ДЧ. Число пачек, попавших в счетчик СТ , где k – коэффициент деления счетчика СТ.

Общее число импульсов, поступивших на счётчик . Откуда получим

( 11.16)

т.е. число импульсов не зависит от частоты входных сигналов и частоты ГСИ. Подобрав необходимое значение коэффициента пропорциональности (коэффициент деления k), можно получить отсчет

( 11.17)

в градусах и минутах фазового сдвига.

Погрешность цифровых фазометров определяется погрешностью формирования интервала и погрешностью дискретности при подсчете числа импульсов n и N. Поэтому фазометры используются для измерения относительно высокочастотных сигналов и обеспечивают погрешность порядка 0,1^о Эту погрешность можно уменьшить, увеличивая Т_уср.