Фазометр с преобразованием фазового сдвига в интервале времени (двухканальный фазометр).

На рис. 6.6 представлена структурная схема фазометра.

Рис. 6.6 Структурная схема

На рис.6.6 представлена общая часть структурной схемы фазометров с аналоговым и цифровым отсчетом. На рис. 6.6 указаны:

ВУ – входное устройство;

ДЦ - дифференцирующая цепь;

Т – триггер.

Фазовый сдвиг равен:

, где Т_П – период синусоидальных сигналов.

На выходе триггера формируются прямоугольные импульсы, длительностью равных интервалу времени между переходами через нуль напряжений в каналах 1,2 фазометра.

При аналоговом отсчете импульсы, длительности Δt подаются на усредняющее устройство и регистрируются аналоговым прибором.

Цифровой фазометр.

На рис. 6.7 представлена схема цифрового фазометра. До триггера Т схема совпадает со схемой, представленной на рис.6.6.

Рис. 6.7 Структурная схема цифрового фазометра

На рис. 6.7 указаны:

ВС₁ , ВС₂ – временные селекторы;

ГСИ – генератор счетных импульсов;

Г. строб. импульсов – генератор стробирующих импульсов, формирующий калиброванные временные интервалы (например 0,1 с, 1 с, 10 с)

Время измерения ( ) включает h периодов T (h>>1).

За время подсчитывается общее число импульсов (А).

Определим связь между результатом измерения А и разностью фаз .

Пусть n- количество импульсов, попавших в ;

- частота следования счетных импульсов; ;

тогда А=( /T)n= /T ;

Т.к. , то

k – постоянный для прибора коэффициент, выбирается равным

Тогда : и фазометр прямо показывающий.

6.2 Измерение частоты.

Измерение звуковых частот.

Сравнение при помощи биений (рис.6.8).

Рис. 6.8

Осциллографический.

Рис. 6.9 Осциллограмма при измерении частоты

Конденсаторный

Рис. 6.10

Мостовой.

Рис. 6.11 Мостовая схема

При резонансе :

В СВЧ диапазоне измеряют (длину волны) и определяют по результатам измерения fx = c/ (с=300·10⁶м/с).

Частотомеры с распределенными параметрами (рис. 6.12)

Рис. 6.12 Полуволновой коаксиальный частотомер

На рис. 6.11 указаны: 1,2-внутренний и внешний цилиндры отрезки коаксиальной линии (колебательный контур); 3-торцевая стенка; 4-подвижный поршень; 8-петля связи с источником колебаний; 6-петля связи частотомера с индикатором (7)

Цифровой частотомер (Счетчик).

- например, синусоидальное колебание преобразовывают в последовательность стандартных по амплитуде и длительности коротких импульсов с частотой следования равной f_x (например, за один период синусоидальный сигнал в момент перехода через 0 формируется один импульс). Если сосчитать число импульсов N за фиксированный интервал времени , то f_x =N/ При Т_о =1с N=f_x.

Структурная схема при измерении высокочастотного сигнала представлена на рис. 6.13

Рис. 6.13 Структурная схема измерителя частоты.

На рис. 6.13 указаны: ВУ – входное устройство, включающее делитель напряжения и широкополосный усилитель.

ФУ - формирующее устройство; ВС – временной селектор.

Обычно интервал времени измерения То=10с, 1с, 0.1с. Он формируется с помощью таймера.

Г(кв)-частота генератора (1,5 10) МГц. (Гкв - кварцевый генератор)

Нестабильность частоты : ~

Во входных цепях цифрового частотомера (счетчика) производится ослабление сигнала, усиление, изменение крутизны фронта сигнала, сжимание сигнала. В устройстве формирования с помощью триггера Шмитта получают стандартные счетные импульсы.

При измерении низкочастотного сигнала обычно измеряется период сигнала.

На рис 6.14 представлена универсальная схема счетчика, позволяющего измерить частоту, период и соотношение частот.

Рис. 6.14 Структурная схема счетчика.

На рис.6.14 представлены:

ВУ1, ВУ2 - входные устройства,

БОЧ – блок образцовой частоты (на основе кварцевого генератора), ФУ1, ФУ2 – формирующие устройства,

ВС – временной селектор,

УУ – устройство управления,

Ст – счетчик,

ЦОУ – цифровое отсчетное устройство.

1. Режим измерения частоты f_x. Uf_x(t) подается на вход 1, БОЧ подключается к ФУ2. На выходе УУ калиброванный временной интервал Δt, в течении которого измеряется частота.

Режим 1 применяют также при оценке долговременной нестабильности частоты.

2. Режим измерения периода Тх. (Tx) подается на вход 2, БОЧ подключается к ФУ1.

Обычный метод измерения f позволяет измерить частоту 0.1 Гц за 10с с разрешением 1Гц. Измерение f=100Гц за 1 с. разрешением 0.01 Гц.

3. Режим измерения отношения частот. Сигнал большой частоты fl- на вход 1. Сигнал меньшей частоты f2-на вход 2.

Временной интервал формируется из сигнала с частотой f2; а считаются импульсы сформированные из сигнала с частотой f1. Очевидно: N=fl/f2.