Погрешности измерений. Измерение токов и напряжений. Приборы анализа электрических сигналов. Измерение напряженности поля и помех, страница 15

Приборы для измерения сдвига фаз (фазометры)

Любое гармоническое колебание или их сумма (Фурье-преобразование сложного сигнала) при распространениям по линиям связи, прохождении через радиотехнические устройства претерпевает некоторую задержку по времени Δt, которая на известной частоте аналогична свигу фазы колебания на . В технике связи широко используется фазовая модуляция, фазовые преобразования вызывают искажения формы сигнала и т.п. Все это требует создания специальных измерительных средств -  фазометров.

Простейшим измерителем фазы может быть двухлучевой осциллограф, на экране которого одновременно наблюдаются два процесса, сдвиг фаз между которыми подлежит оценке. Такими процессами, в общем случае, может быть u₁(t) на входе некоторого радиотехнического блока и u₂(t) – напряжение на выходе.

Электронные осциллографы могут быть использованы как фазометры на основе изучения фигур Лиссажу, когда на вертикальные пластины подается u₁(t), а u₂(t) поступает на горизонтальные. Но в качестве прямопоказывающих приборов используются аналоговые приборы на основе преобразования синусоидальных сигналов в меандровые с помощью усилителей-ограничителей (УО). Если u₁(t) и u₂(t) пропустить через два УО , затем полученные меандровые напряжения подать на два входа операционного усилителя, то результирующий ток на выходе будет меняться от 0 до максимального значения при измерении  от 0 до 180⁰ (рисунок 4.7).

Рисунок 4.7

С помощью таких прямопоказывающих фазометров удается измерять   с точностью до ±0.5⁰ в частотном диапазоне до 200 кГц. Частотный диапазон ограничивается быстродействием применяемых ИМС. Действительно, погрешность в 1⁰ соответствует 1/360 части периода высокочастотных колебаний, что соответствует  на частоте всего лишь в 200 кГц! Для измерения на более высоких частотах прибегают к одноременному сдвигу u₁(t) и u₂(t) по частоте с помощью гетеродинирования, настриваясь на разностную часттоту .

С целью автоматизации измерений создают схемы цифровых фазометров (рисунок 4.8), в которых разность фаз (разность времени прохода через нулевые значения u₁(t) и u₂(t)) оценивается числом счетных импульсов, полученных в результате умножения u₁(t) в n раз.

                                          Рисунок 4.8

Если умножить частоту колебаний «n» в 360⁰ раз, то получим синхронные метки счета через 1⁰, что обычно достаточно для большинства случае измерения .

Повышение частотного диапазона также может быть произведено путем смещения основной частоты   частотой гетеродина  и получения разностной частоты. Как видим измерение  технически может быть выполнено таким же способом, что и измерение частот, а переброс входов счетчика цифрового частотомера 1 и 2 (рисунок 4.6)  приведет к созданию измерителей временных интервалов (периода) с абсолютной погрешностью

                                                      (4.4)

где  - неизвестная частота,

- время счета.

Из выражения (4.4) видно, что величина цифрового измерителя интервалов времени, естественно, прямо зависит от длительности счетного импульса (), чтобы уменьшить эту величину чаще всего прибегают к созданию второго источника , в 100 меньшего, путем еще одного делителя (рис. 4.6) и подсчета этих малых интервалов  дополнительным счетчиком Сч₂ от момента окончания работы Сч₁ до момента стоп-счета (нониусная схема измерения).

            5 ПРИБОРЫ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Для исследоания электрических сигналов в технике связи широко используются:

1.  Приборы анализа формы сигналов (электронные осциллографы).

2.  Измерители спектра (спектроанализаторы).

3.  Измерители нелинейных искажений.

Электронные осциллографы – наиболее распространенный тип прибора для наблюдения и оценки формы и амплитуды электрических сигналов в диапазоне до 80 МГц (реже до 200 МГц) и динамическим диапазоном амплитуд 10^-4 до 10² В. Электронные осциллографы хорошо описаны  [2] и их работа достаточно проста и может быть изучена самостоятельно.