Метрологические исследования точных приборов, измеряющих взаимное положение 2-х электрических напряжений в широком диапазоне частот, страница 6

Возможно искажение сигналов из-за связи каналов ИФ. Эта связь, например, осуществляется через источник питания или путем наведения сигналов из канала в канал. Пусть на фазоизмеритель ИФ с выходов каналов фазовращателя поступают сигналы

U₁=AUи U2 = U,

где A = U₂/U₁ j₁ — фаза сигнала U₁. Так как имеется влияние одного канала фазоизмерения на другой, то в каждый канал поступает сигнал помехи из другого канала. Связи можно представить двумя четырехполюсниками, каждый из которых соединяет выход канала одного фазоизмерителя со входом другого. Связь может быть емкостной, резисторной и т. д. Сигнал помехи из первого канала на вход второго и из второго на вход первого запишем в виде

; 

где x₁ и x₂ — собственные фазы четырехполюсников; G₁, G₂— коэффициент связи каналов, дБ. Тогда погрешность ИФ, вызванная связью в фазоизмерителе

Поскольку всегда G₁<A, G₂<A и выражения под знаком суммы имеют второй порядок малости то

Анализ этого выражения показывает, что максимум  ∆j_св будет при  j₁=x₂®π/2 и  А®А_min

Имеем ∆j_{св max}= 0,19° при G₂ = 0,001, А = 0,3.

В ИФ без фазоизмерителей погрешность∆j_св меньше в связи с низкими выходными сопротивлениями и выражается как

при R_вых=50 Ом, С_св=20 пФ, А=0,9, f=10 МГц,погрешность ∆j_{св max}=0,02°.

Для снижения этой погрешности необходимо созданий прецизионных стабилизированных источников питания с внутренним сопротивлением меньше 0,01 Ом (желательно Применять для каждого канала ИФ отдельный источник питания). ИФ должен имен, тщательное экранирование каналов, иногда двойное (медь и пермаллой), чтобы снизить G₁ и G₂ до –(6080) дБ, надежное заземление всех кабелей и корусов.

Погрешность фазометра от шума носит случайный характер и определяется как 67,3° U_m/U_e. Шум ограничивает большие (до 80 дБ) ослабления сигнала в каналах ИФ.

Погрешность измерителей фазы от изменения уровней сигналов.

Под амплитудно-фазовой погрешностью (ЛФП) ИФ понимается приращение фазового сдвига, вызванное изменением соотношения уровнен сигналов на выходах ИФ от значения 1 : 1 до другого значения, равного перепадам уровней сигналов поверяемого фазометра, например 1 : 100 пли 1 : 1000.

Структурные схемы ИФ различны. АФП в ИФ с измерением фазы возникает во входных каналах фазоизмернтеля, причем особенно в предварительных усилителях-ограничителях из-за смещения нулевой    линии в усиленном сигнале . Определим это смещение, вызывающее ЛФП, исходя из площадей тока за полупериод:

                        (5)

  где U_см,U_01,U₀₂ -напряжения  смещения усилителя-ограничителя фазоизмерителя КФ (уровни ограничения положительной и отрицательной полуволн сигнала).  рис. 1 Эпюра напряжения в канале ИФ, иллюстрирующая появление АФП

Определим интегралы, учитывая, что уровень ограничения всегда меньше амплитуды сигнала примерно на порядок, что синус малого угла равен самому углу и что  + .Тогда получим выражение

(6)

Умножим обе части равенства (5)   на и после подстановки пределов получим

                                                     (7)

После приведения подобных членов получим, учитывая,  что  уровни  ограничения  не  равны,  т.е. U₀₁=yU₀₂(0,5<y£1):

                      (8)

Выразив уровень ограничения через входное напряжение U₀₂ =

(0£x£0,5) и разделив обе части уравнения на U_Bx получим

Погрешность от U_см определится как

.

Заменив w = 2π/Т, получим с учетом (7) выражение для АФП от несимметрии уровней ограничения:

       (9)                                              

На рис. 12 показана функциональная плоскость погрешности УФС, рассчитанная по уравнению (9). Как видно, погрешность будет минимальна от 0,005 до 0,1° при у = 0,81 и при x = 0,0010,01. Эта погрешность максимальна у однополупериодного триггерного фазометра

рис.2 Кривые погрешности фазоизмерителя ФК2-35