4.7. Средства измерения фазового сдвига

Часто требуется измерять время запаздывания прохождения сигнала через цепи или среду ΔТ. Запаздывание приводит к сдвигу фазы выходного напряжения относительно фазы входного. Этот сдвиг фаз довольно часто требуется измерять с большой точностью как на малых, так и на очень высоких частотах. Наиболее удобные методы измерения фазовых сдвигов, обеспечивающие хорошую точ­ность измерений, разработаны для фазометров и дальномеров [16].

(21).

Измерение разности фаз осуществляется следующими основными методами:

— осциллографическим, основанном на преобразовании разности фаз в некоторую траекторию движения луча на экране осциллографа, по которой определяется разность фаз;

— с преобразованием разности фаз в ток или напряжение и последующим измерением этих величин;

---компенсационным, путем сдвига фаз в специальных фазовращателях

на величину, равную разности фаз исследуемых напряжений, и отсчета этой величины по шкале или цифровому устройству калиброванного фазовращателя , когда эти разности фаз будут равны,

— цифровым, путем преобразования разности фаз в цифру, которая считывается с цифрового отсчетного устройства.

Для фазометров характерна систематическая погрешность двухканальности. Входные сигналы опорный и измеряемый, проходя по различным каналам смещаются по фазе на различную величину, что вызывает дополнительную разность фаз. Эта погрешность аддитивна и может определятся при подключении в оба канала одного и того же сигнала, при этом входная разность фаз равна нулю. Второй метод позволяет исключить систематическую погрешность при измерении разности фаз дважды : если при первом измерении результат -- , а после смены опорного и измеряемого сигнала на входах прибора --, то погрешность будет исключена при вычислении среднеарифметического значения.

Компенсационный (нулевой) метод измерения разности фаз используется в широком диапазоне частот до СВЧ включительно. При этом в качестве калиброванных фазовращателей используются самые разнообразные устройства от линии задержки до ферритовых и диэлектрических СВЧ диапазона.

Рассмотрим преобразование в цифровом фазометре. Структурная схема цифрового фазометра средних значений приведена на рисунке 4.10 а.

В схеме имеются два формирующих устройства, управляющее устройство и первый селектор, которые выполняют функции, аналогичные рассмотренным выше в частотомере. Для того чтобы импульсы считались в течение нескольких периодов исследуемого напряжения, предусмотрен второй селектор, который открывается управляющим импульсом длительностью Т_у. Этот импульс вырабатывается делителем частоты ДЧ, включенным после генератора счетных импульсов. Таким образом, длительность импульса Т_упропорциональна периоду следования счетных импульсов:

Т_у = mТ_сч,

где m— коэффициент деления частоты.

После первого временного селектора величина группы импульсов зависит от интервала, определяющего смещение измеряемого напряжения относительно опорного по фазе. Каждая группа импульсов поступает в течение одного периода сигнала. Второй временной селектор позволяет просуммировать группы импульсов электронным счётчиком ЭС за время Т_у.

В течение времени усреднения на электронный счетчик пройдет несколько групп импульсов. Число групп определяется отношением времени усреднения к периоду измеряемого напряжения Т_у /Т_х, а число импульсов в группе – отношением длительности интервала Т к периоду счетных импульсов Т/ Т_сч. Общее число импульсов, прошедших на счетчик составит

Рис. 4.10. Фазометр средних значений