23 Измерительные преобразователи фазового сдвига в цифровой код на основе метода преобразования фазового сдвига во временной интервал.

Преобразователи фазовых сдвигов в цифровой код

Наряду с амплитудными и частотными (временными) параметрами важную роль играют фазовые параметры электрических сигналов. Фазовые параметры имеют чёткий физический смысл для гармонических сигналов, поскольку фаза определяет состояние колебательного процесса в любой момент времени. Это в определённой степени сужает область применения фазовых параметров по сравнению с частотными (временными), которые характеризуют периодические сигналы безотносительно к их форме. Но в то же время с помощью фазовых параметров очень часто оценивают качество самых различных радиотехнических устройств. Поэтому фазовые измерения относятся, с одной стороны, к измерениям параметров электрических сигналов, а с другой – к измерениям параметров радиотехнических цепей.

Преобразование фазового сдвига в интервал времени

Преобразование измеряемой величины в интервал времени t_Х очень эффективно при построении средств измерений, предназначенных для измерения фазовых сдвигов. Суть метода поясняется рисунком 4.3.

а - входные сигналы U₁ и U₂; б - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U₁ через нуль в положительном направлении; в - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U₂ через нуль в положительном направлении; г - импульсы на выходе триггера однополупериодного фазометра; д - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U₁ через нуль в отрицательном направлении; е - короткие импульсы, соответствующие моментам перехода U₂ через нуль в отрицательном направлении; ж - импульсы на выходе второго триггера двухполупериодного преобразователя

Рисунок 4.3 - Временные диаграммы, поясняющие метод преобразования

_Х  t_Х

Если с помощью формирующих устройств (ФУ), аналогичных рисунку 4.1, преобразовать гармонические сигналы U_m1 и U_m2 (рисунок 4.3,а) в короткие импульсы напряжения U₁ и U₂ (рисунок 4.3,б,в), соответствующие моментам перехода U₁ и U₂ через нуль в положительном направлении, то интервал времени t_Х между ближайшими импульсами (рисунок 4.3,г) будет пропорционален преобразуемому фазовому сдвигу _Х. Действительно, по определениям

и , (4.8)

. (4.9)

Как видно из (4.3), при измерении рассматриваемым методом необходимо определять отношение . Наиболее просто это можно осуществить, если значение t_Х (называемое еще фазовым интервалом) будет задано не опорным и интервальным импульсами U₁ и U₂ (как в измерителях t_Х), а с помощью прямоугольного импульса длительностью t_Х. Действительно, из рисунка 4.3,г следует, что в этом случае значение может быть определено как постоянная составляющая периодической последовательности прямоугольных импульсов и легко измерено аналоговым или цифровым вольтметром. Если же t_Х нужно преобразовать в цифровой код, то это также легко может быть сделано с помощью селектора, управляемого импульсами t_Х как стробирующими (по аналогии с цифровыми преобразователями частоты). В связи с этим во всех фазометрах, реализующих метод преобразования _Х  t_Х, предусматривается образование из U₁ и U₂ периодической последовательности прямоугольных импульсов. Наиболее часто это осуществляется с помощью триггеров, и поэтому такие преобразователи называют триггерными. Таким образом, напряжение U_T на рисунке 4.3,г - это выходное напряжение преобразователя, структурная схема которого показана на рисунке 4.4,а.

а

б

а – однополупериодного, б – двухполупериодного

Рисунок 4.4 - Структурная схема преобразователей фазовых сдвигов во временной интервал

В практических схемах фазометров могут фиксироваться моменты перехода U₁ и U₂ через нуль не только в положительном, но и в отрицательном направлениях. Такие фазометры называются двухполупериодными и имеют преобразователь _Х  t_Х, структурная схема которого показана на рисунке 4.4,б, а дополнительные временные диаграммы  на рисунках 4.3,д,ж.