Цифровые методы измерения фазы

Наибольшее распространение получили цифровые фазометры.Это объясняется как общим прогрессом цифровой техники, так и тем, что цифровые приборы проще включать в различные автоматические измерительные системы.

Цифровые фазометры измеряют либо мгновенную, либо среднюю фазу. Мгновенную фазу измеряют за один период, среднюю - за время измерения большее чем период.

Структура фазометра для измерения мгновенной фазы.

Рис.7.9

Основные эпюры, поясняющие работу показаны на рис.7.10.

Рис.7.10

На рисунке 7.9 и 7.10. обозначено:

Fсч – генератор импульсов (счетных) частота которых Fсч;

Вх 1 и Вх2 – входные устройства, на вход которых подаются синусоидальные сигналы, сдвиг фаз между которыми нужно измерить;

Ф1 и Ф2 – формирователи, которые формируют короткие импульсы в момент перехода через нулевой уровень синусоидального сигнала;

Тр1 и Тр2 – времязадающие триггеры. На выходе Тр1 формируется строб, длительности Δ t, а на Тр2 длительностью Т.

ВС – временной селектор, на выход которого будут проходить счетные импульсы, пока на его втором входе присутствует строб;

Сч1 и Сч2 – двоичные счетчики, подсчитывающие (в двоичном коде) поступившие на вход счетные импульсы. Счетчик Сч2 подсчитывает импульсы только за время разрешающего строба с Тр2, длительность которого равна периоду измеряемого напряжения.

Дел – делитель, на выходе которого образуется частное от деления числа, полученного на первом счетчике (n), на число второго счетчика (N). Здесь же осуществляется умножение частного от деления на 360 (или 2π);

ПК – преобразователь двоичного кода в десятичный, который отображается на цифровом индикаторе (ЦИ).

На выходе первого счетчика будет число ; на выходе второго . На входе преобразователя кода будет число^

. (7.1)

Структура фазометра для измерения средней фазы

Рис.7.11

Основные эпюры, поясняющие работу, показаны на рисунке 7.12.

Рис.7.12.

Обозначения и функции блоков аналогичны предыдущей схеме (рис.7.9), за исключением делителя, который уменьшает частоту счетных импульсов в Q раз.

На выходе счетчика будет число N=nk, где - число периодов сигнала за время измерения Ти; как и в предыдущем случае, т.е.

(7.2)

Если установить (а это возможно, т.к. и Ти и Тсч не измеряются, а устанавливаются оператором), то результат будет прямым отсчетом измеряемой фазы:

(7.3)

Рассмотрим важнейшую метрологическую характеристику цифрового фазометра – разрешающую способность, т.е. возможность измерить минимальный сдвиг фазы .

Так как 360, то будет определяться , которое может «заметить» счетчик. Вспомнив как измеряется период в цифровом частотомере, ясно что = , а значит

= 360. (7.4)

Таким образом, увеличивая частоту счетных импульсов, можно повысить разрешающую способность цифрового фазометра. Но из выражения (7.9) видно, что разрешающая способность зависит и от частоты сигнала, на которой измеряется фазовый сдвиг.

Поясним это рисунком 7.12.

		t

Рис.7.13

Из рис. 7.13 видно, что при большем периоде Т1 фазе в 360 градусов соответствует больший интервал времени (т.е. при более низкой частоте), т.о. в больший интервал «поместится» больше счетных импульсов, а значит цена одного импульса будет меньше, следовательно, выше разрешающая способность. Чем меньше цена одного импульса, а фазометр измеряет с точностью до одного импульса, тем, следовательно, выше будет разрешающая способность.