Лекция № 14.

Осциллографические методы измерения фазы.

1. Способ линейной развертки.

Данный способ реализуется двухлучевым или двухканальным осциллографом. В каналы вертикального отклонения подают напряжения U₁ и U₂. Генератор развертки включен. После выравнивания обоих напряжений по амплитуде, осциллограмма будет иметь вид:

Фазовый сдвиг вычисляется по формуле:

.

2. Способ синусоидальной развертки.

Данный способ реализуется однолучевым осциллографом. Один сигнал подается в канал вертикального отклонения, другой – в канал горизонтального отклонения. Генератор развертки выключен. На экране осциллографа появляется осциллограмма в виде эллипса. Фазовый сдвиг вычисляется по параметрам данного эллипса.

Фазовый сдвиг вычисляется по формуле:

.

Погрешности осциллографического метода.

Погрешность имеет две составляющие: случайную и систематическую.

Случайные составляющие погрешности:

1. Погрешность измерения длин отрезков;

2. Погрешность совмещения следа луча.

Систематические составляющие погрешности:

1. Инструментальная погрешность, определяемая наличием собственных фазовых сдвигов в каналах осциллографа;

2. Методическая погрешность, определяемая наличием гармоник в исследуемых сигналах.

Компенсационный метод измерения фазы.

Структурная схема.

Работа схемы.

Измерение производят в два этапа:

1. Устранение собственного фазового сдвига.

Исходное состояние: ключ переключают в положение 1 и входное напряжение U₁ подают сразу на оба входа осциллографа X и Y. Указатель шкалы образцового фазовращателя (Обр. φ) устанавливают на 0. На экране осциллографа имеем изображение эллипса. Регулируя вспомогательный фазовращатель (Вс. φ), добиваются слияние эллипса в одну прямую линию. Этим компенсируется собственный фазовый сдвиг нашей измерительной установки.

2. Измерение фазового сдвига.

Исходное состояние: ключ переключают в положение 2 и подают напряжение U₁ в канал Y, а напряжение U₂ – в канал Х. На экране осциллографа появляется изображение эллипса. Регулируя образцовый фазовращатель, добиваются слияние эллипса в одну прямую линию. Значение фазового сдвига определяют по шкале образцового фазовращателя.

Погрешность измерения определяется погрешностью градуировки шкалы образцового фазовращателя.

Способы расширения частотного диапазона при измерении разности фаз.

1 способ.

Он используется при малых фазовых сдвигах. Исходную частоту умножают в n-раз. Это приводит к увеличению фазового сдвига также в n-раз. При измерении фазометром мы измеряем фазовый сдвиг больше исходного в n-раз при неизменной погрешности его измерения. Исходный фазовый сдвиг получим делением полученного результата в n-раз. Погрешность определения фазового сдвига при этом также уменьшится в n-раз.

2 способ.

Он используется на высоких и сверхвысоких частотах. Частоты измеряемых сигналов понижают на основе гетеродинного преобразования. Гетеродинное преобразование частоты позволяет понижать частоту исследуемого напряжения с сохранением прежнего фазового сдвига. Это позволяет использовать более точные низкочастотные фазометры, чем и повышается точность измерения. При таком преобразование точность измерения равна 1 ÷ 2 %.