Измерение частоты, временных интервалов и фазы. Основные сведения об измерении частоты, страница 7

Методика, используемая в электронно-счетных частотомерах для измерения периода синусоидального или импульсного сигнала, позволяет существенно расширить возможности этих приборов и использовать их, в частности, для измерения других временных интервалов. В качестве таких интервалов могут рассматриваться длительности импульсов, интервалы между двумя импульсами одного источника и между двумя импульсами, поступающими от двух источников. Для осуществления этих измерений узлы частотомера переключаются таким образом, чтобы обеспечить формирование соответствующей временной базы.

Электронно-счетные частотомеры позволяют измерять также отношения двух частот. Для этого переключатель "Режим работы" соединяет входы "А" и "Б" соответственно с верхним и нижним каналами схемы ЭСЧ. Более низкая частота f₂ подается на вход Б и ее период образует временную базу. Более высокая частота f₁ подается на вход А и является источником счетных импульсов. Показания частотомера в этом случае непосредственно соответствуют отношению f₁ / f₂ .

Наличие в приборе высокостабильного кварцевого генератора позволяет использовать его в качестве источника стабильных частот и, кроме того, осуществлять эффективный самоконтроль. В режиме самоконтроля частотомер измеряет частоту собственного кварцевого генератора. Таким образом обеспечиваются контроль правильности функционирования всех узлов частотомера и высокая метрологическая надежность сравнительно сложного прибора.

Расширение рабочего диапазона частот электронно-счетных частотомеров достигается путем использования делителей, преобразователей и переносчиков частоты.

5.  Измерение разности фаз

Фаза характеризует состояние гармонического колебания в конкретный момент времени. Математически фаза может быть определена как аргумент синусоидальной функции. В выражении гармонического колебания  u(t) = Usin(ωt + φ)  весь аргумент синусоидальной функции (ωt + φ) является фазой.

Наибольший практический интерес представляет исследование и измерение разности фаз двух колебаний. Под разностью фаз обычно понимают отставание по времени фазы одного гармонического колебания от фазы другого, выраженное в радианах или угловых градусах.

В радиоизмерительной технике используют понятие фазовый сдвиг, под которым понимают модуль разности фаз.

Математически разность фаз определяют следующим образом:

Разностью фазназывают разность начальных фаз φ₁ и φ₂ двух гармонических колебаний одинаковой частоты

u₁(t) = U₁ sin(ωt + φ₁),

u₂(t) = U₂ sin(ωt + φ₂).

Таким образом, разность фаз равна

Δφ = φ₂  - φ₁ = 2π ΔT/T = 360 ΔT /Т ,

где T - период колебания, ΔT - временной интервал, на который один из сигналов отстает от другого а ΔT/T - доля периода, на которую один из сигналов отстает от другого. Разность фаз измеряется в градусах или радианах.

Разность фаз является параметром взаимодействия сигналов. Если φ₁ и φ₂ постоянны во времени, то Δφ также не зависит от времени. При Δφ =0 сигналы назвают синфазными, при Δφ = π - противофазными, а при Δφ = π/2; 3π/2 - квадратурными. Определение разности фаз через разность моментов времени, в которые колебания имеют одинаковые фазы, распространяется также на два периодических несинусоидальных сигнала.

Разность фаз в радиотехнике измеряют при исследовании фазовых характеристик электрорадиоцепей, усилителей, трансформаторов, антенных решёток. Измерение разности фаз приобрело большое значение в связи с развитием фазовых систем радиолокации, навигации и фазометрических систем.

Приборы для измерения разности фаз называют фазометрами. Такие приборы относятся к виду Ф2-. Мерами разности фаз служат фазовращатели - четырёхполюсники с известной разностью фаз между входным и выходным сигналами. Единица сдвига фаз - градус, воспроизводится с помощью государственных эталонов в диапазонах частот 10^-3÷2•10⁵ Гц и 8,2÷12 ГГц с абсолютными погрешностями  Δφ ≤0,01^o и Δφ ≤0,1^o.