6.3 Цифровые методы измерения фазы

Наибольшее распространение получили цифровые фазометры.Это объясняется как общим прогрессом цифровой техники, так и тем, что цифровые приборы проще включать в различные автоматические измерительные системы.

Цифровые фазометры измеряют либо мгновенную, либо среднюю фазу. Мгновенную фазу измеряют за один период, среднюю - за время измерения большее чем период.

6.3.1. Структура фазометра для измерения мгновенной фазы.

Рис.6.9

Основные эпюры, поясняющие работу показаны на рис.6.10.

Рис.6.10

На рисунке 6.9 и 6.10. обозначено:

Fсч – генератор импульсов (счетных) частота которыхFсч;

Вх 1 и Вх2– входные устройства, на вход которых подаются синусоидальные сигналы, сдвиг фаз между которыми нужно измерить;

Ф1иФ2– формирователи, которые формируют короткие импульсы в момент перехода через нулевой уровень синусоидального сигнала;

Тр1иТр2– времязадающие триггеры. На выходе Тр1 формируется строб, длительности Δt, а на Тр2 длительностью Т.

ВС– временной селектор, на выход которого будут проходить счетные импульсы, пока на его втором входе присутствует строб;

Сч1иСч2– двоичные счетчики, подсчитывающие (в двоичном коде) поступившие на вход счетные импульсы. Счетчик Сч2 подсчитывает импульсы только за время разрешающего строба с Тр2, длительность которого равна периоду измеряемого напряжения.

Дел– делитель, на выходе которого образуется частное от деления числа, полученного на первом счетчике (n), на число второго счетчика (N). Здесь же осуществляется умножение частного от деления на 360 (или 2π);

ПК– преобразователь двоичного кода в десятичный, который отображается на цифровом индикаторе (ЦИ).

На выходе первого счетчика будет число ; на выходе второго. На входе преобразователя кода будет число:. (6.1)

6.3.2. Структура фазометра для измерения средней фазы

Рис.6.11

Основные эпюры, поясняющие работу, показаны на рисунке 6.12.

Рис.6.12

Обозначения и функции блоков аналогичны предыдущей схеме (рис.6.9), за исключением делителя, который уменьшает частоту счетных импульсов в Qраз.

На выходе счетчика будет число N=nk, где- число периодов сигнала за время измерения Ти;как и в предыдущем случае, т.е.

(6.2)

Если установить (а это возможно, т.к. и Ти и Тсчне измеряются, а устанавливаются оператором), то результат будет прямым отсчетом измеряемой фазы:

(6.3)

Рассмотрим важнейшую метрологическую характеристику цифрового фазометра – разрешающую способность, т.е. возможность измерить минимальный сдвиг фазы .

Так как360, тобудет определяться, которое может «заметить» счетчик. Вспомнив как измеряется период в цифровом частотомере, ясно что=, а значит

=360. (6.4)

Таким образом, увеличивая частоту счетных импульсов, можно повысить разрешающую способность цифрового фазометра. Но из выражения (7.9) видно, что разрешающая способность зависит и от частоты сигнала, на которой измеряется фазовый сдвиг.

Поясним это рисунком 6.13.

Рис.6.13

t

Из рис. 6.13 видно, что при большем периоде Т1(т.е. при более низкой частоте), фазе в 360 градусов соответствует больший интервал времени, т.о. в больший интервал «поместится» больше счетных импульсов, а значит цена одного импульса будет меньше. Чем меньше цена одного импульса, а фазометр измеряет с точностью до одного импульса, тем, следовательно, выше будет разрешающая способность.