29. Аналоговый и цифровой фазометр

П ринцип действия аналогового фазометра основан на преобразовании фазового сдвига в импульсы тока.

Синусоидальные сигналы и1 и и2, отличающиеся фазовым сдвигом , подаются на формирователи Ф1 и Ф2, преобразующие их в последовательности коротких импульсов и3 и и4. Импульсы и3 устанавливают, а импульсы и4 сбрасывают триггер (Т). В результате на выходе триггера формируется периодическая последовательность импульсов напряжения длительностью t, равной сдвигу сигналов и1 и и2 во времени. Данные импульсы преобразуются в импульсы тока, протекающего через резистор R и измерительный прибор. В качестве измерительного прибора используется магнитоэлектрический микроамперметр, реагирующий на среднее значение тока.

Если SI – чувствительность прибора, а Iср – среднее значение протекающего через него тока, тогда угол отклонения стрелки определяется по формуле

или ,

где  – искомый фазовый сдвиг. Поскольку чувствительность SI и амплитуда тока Im постоянны, то шкалу микроамперметра можно проградуировать непосредственно в градусах.

ЦИФРОВОЙ ФАЗОМЕТР

В цифровых фазометрах фазовый сдвиг преобразуется в интервал времени, который измеряется методом дискретного счета. Структурная схема и временные диаграммы цифрового фазометра приведены на рис. 2.47.

В состав фазометра входят преобразователь фазового сдвига  в интервал времени t, ключ (Кл), генератор счетных импульсов (ГИ), счетчик импульсов (СИ) и цифровое отсчетное устройство (ЦОУ).

Цифровой фазометр работает следующим образом. Преобразователь t из подаваемых на его входы синусоидальных сигналов и₁ и и₂, имеющих фазовый сдвиг , формирует последовательность прямоугольных импульсов и₃ (рис. 2.47,б), имеющих длительность t, равный сдвигу сигналов во времени. Ключ открывается на время t, пропуская импульсы и₄ от ГИ. На счетчик поступает число импульсов

,где Т₀ – период следования счетных импульсов.

К одовый сигнал со счетчика пропорциональный фазовому сдвигу  = N 360 Т₀ / Т, подается на ЦОУ, отображающее  в градусах. Погрешность цифрового фазометра определяется погрешностью дискретности и нестабильностью преобразователя t.

а

30.Анализ спектра сигнала

Bспользуется для количественной оценки формы сигналов, нелинейных искажений и параметров модулированных сигналов. Периодический сигнал любой формы можно представить в виде суммы гармонических составляющих, амплитуды и частоты которых определяются прямым преобразованием Фурье.

Исследуемый сигнал

Его спектр

Для определения спектра сигнала используются специальные приборы – анализаторы спектра.

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР

Исследуемый сигнал одновременно подается на группу полосовых фильтров (Ф1 … Фп), настроенных на разные частоты. Напряжения на выходах фильтров определяются составляющими спектра анализируемого сигнала.

Выходные напряжения фильтров детектируются детекторами (Д1 … Дп) и поступают на электронный коммутатор (К). Устройство управления (УУ) вырабатывает напряжение развертки ЭЛТ и синхронно управляет переключением коммутатора. В результате на экране элт отображается спектр исследуемого сигнала. Для создания параллельного анализатора требуется большое число фильтров, поэтому такие анализаторы не получили широкого распространения.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР

Он состоит из входного устройства (ВУ), перестраиваемого генератора (гетеродина) (Г), смесителя (С), усилителя промежуточной частоты (УПЧ), детектора (Д) и измерителя (И).

Исследуемый сигнал u(t), содержащий ряд гармонических составляющих, через ВУ подается на смеситель, где он смешивается с сигналом гетеродина, имеющим частоту f_г. На выходе смесителя образуется колебания с частотами равными сумме и разности частот сигнала f_с и гетеродина f_г: f₁ = f_г + f_с и f₂ = f_г – f_с. Усилитель промежуточной частоты имеет узкую полосу пропускания и настроен на разностную (промежуточную) частоту f_пч = f_г – f_с. Уровень сигнала промежуточной частоты определяется уровнем исследуемого сигнала (а точнее участка спектра сигнала со средней частотой f_с и шириной равной полосе пропускания УПЧ).

Изменяя частоту гетеродина можно настроить прибор таким образом, что в полосу пропускания УПЧ попадает сигнал одной из гармоник (поскольку f_г – f_с = f_пч = const, то при изменении f_г изменяется f_с части спектра, которая определяет величину сигнала на выходе УПЧ). Сигнал гармоники детектируется детектором Д и поступает на измеритель, показывающий амплитуду гармоники.

Таким образом, изменяя частоту гетеродина настраивают анализатор на частоты всех гармонических составляющих и получают спектр исследуемого сигнала (частоты считывают со шкалы гетеродина, а амплитуды – со шкалы измерителя).

Структурная схема автоматического последовательного анализатора изображена на рис., она содержит, помимо рассмотренных в предыдущей схеме узлов, калибратор (К), генератор качающейся частоты (ГКЧ), генератор линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН), усилитель вертикального отклонения (УВО) и электронно-лучевую трубку (ЭЛТ).

Г енератор качающейся частоты выполняет функции гетеродина. Частота ГКЧ изменяется под действием линейно изменяющегося напряжения ГЛИН, при этом на выходе УПЧ последовательно появляются сигналы с амплитудами гармонических составляющих. Эти сигналы управляют отклонением по вертикали луча ЭЛТ. Отклонения луча по горизонтали осуществляется глин синхронно с изменением частоты ГКЧ. В результате на экране ЭЛТ отображается спектр исследуемого сигнала.

Калибратор (К) предназначен для создания на экране ЭЛТ меток, позволяющих привязать осциллограмму спектра к оси частот. Возможны два варианта использования калибратора.

По первому варианту на дополнительной вход смесителя подается гармонический сигнал от перестраиваемого генератора (калибратора). На осциллограмме появляется метка (всплеск) от этого сигнала. Изменяя частоту калибратора, совмещают его метку с всплесками (линиями) спектра. Частота гармонических составляющих спектра определяется по шкале калибратора.

Во втором варианте на смеситель подается частотно-модулированный сигнал, спектр которого состоит из ряда гармоник, отстоящих одна от другой на частоту модулирующего сигнала. При этом на экране появляется ряд меток. Изменяя среднюю частоту сигнала калибратора и частоту модуляции, совмещают метки с всплесками осциллограммы спектра.