|
Главная -> Понятия метрологии 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 [66] 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 Заметим, что путем двойного преобразования измеряемая разность фаз ф перенесена на сигнал с частотой Шг, обычно стабилизируемой кварцем. Этот перенос выполнен без перестройки частоты гетеродина. Настройку схемы на сигнал осуществляют перестройкой полосового фильтра ZI, часто в автоматическом режиме. Если же изменения частоты сигнала не превышают полосы пропускания фильтра, то его можно вообще не перестраивать. Стробоскопическое преобразование. Стробоскопическое преобразование как универсальный метод масштабно-временного преобразования широко используют при построении фазометров. Общая методика преобразования и основные соотношения были подробно рассмотрены в гл. 7 при изучении стробоскопического осциллографа. Однако стробоскопическое преобразование в фазометрах имеет некоторые особенности, обусловленные тем, что в данном случае исследуемые сигналы имеют вполне определенную форму гармонических колебаний с постоянной или медленно меняющейся частотой. Как известно, для получения постоянного шага считывания в осциллографе прибегают к сравнению напряжения ступенчатой развертки с быстрым пилообразным напряжением, что позволяет исследовать повторяющиеся и не обязательно периодические сигналы. В фазометре стробирующий генератор вырабатывает периодическую последовательность импульсов, а с помощью системы ФАПЧ поддерживают постоянную разность частот генератора и исследуемого сигнала. Упрощенная структурная схема фазометра со стробоскопическим преобразованием показана на рис. 10.3, а. Измерительный и опорный сигналы U\ и поступают на идентичные стробоскопические преобразователи UZ1 и (JZ3, к которым подведены стробирующие импульсы и„ с выхода генератора стробирующих импульсов G1. Временные диаграммы для измерительного канала показаны на рис. 10.3, б. Если шаг считывания Лс постоянен, то выходное напряжение преобразователя и„\ воспроизводит с некоторой погрешностью квантования входное гармоническое напряжение. После узкополосной фильтрации в полосовом фильтре Z1, выделяющего показанное на рисунке гармоническое напряжение иц , сигнал подводят к фазометру. Подобным же образом преобразуют и опорный сигнал. Таким образом, к фазометру подведены низкочастотные напряжения с разностью фаз г! = ф + Ф1 -Фг, где Ф1 и Ф2- фазовые сдвиги в каналах, включающих стробоскопические преобразователи и фильтры Z/, Z2. Измеряемая разность фаз ф = = ll5 -Ф1+Ф2. Рассмотрим работу системы ФАПЧ, обеспечивающую постоянство шага считывания. Пусть частота генератора 03 такова, что частота напряжения Uzi на выходе фильтра Z1 точно соответ- ствует промежуточной частоте соп. Напряжение Uzi вместе с напряжением опорного генератора G2 с частотой соо поступают на фазовый детектор UZ2. В режиме удержания со„ = соо и подводимые к детектору напряжения сдвинуты по фазе на определенный угол. Если, например, частота ы„ несколько увеличится, то это приведет к изменению разности фаз, и на выходе фазового детектора появится сигнал ошибки, который изменит частоту генератора G3 так, что снова будет выполняться равенство w„ = cl>o. Рассмотрим основные временные соотношения при стробоскопическом преобразовании. Как следует из рис. 10.3,6, период выходного напряжения перестраиваемого генератора G3, а следовательно, и период повторения стробирующих импульсов Тг = = пТх + Ate, где п - целое число периодов сигнала, попадающих в интервал Гг, Ас - шаг считывания. Изображенные на рис. 10.3,6 диаграммы соответствуют п = 3. Пусть были считаны т значений входного сигнала, необходимые для воспроизведения его значений в пределах периода Т. Тогда тМс=Тх. Период преобразованного сигнала То = тТг. Исключая из полученных равенств т и Ас, получаем Тг = = пТх+ТхТг/То, откуда о)о = сох -«Шг. Следовательно, стробоскопическое преобразование можно формально рассматривать как гетеродинное преобразование, осуществляемое на гармонике nfr частоты перестраиваемого генератора. Стробоскопическое преобразование положено в основу многих выпускаемых промышленностью широкополосных фазометров с диапазоном частот от единиц мегагерц до единиц гигагерц. При этом за счет стробоскопического преобразования перестройка генератора G3 ограничена небольшими пределами, например 1...2 МГц. Умножение частоты. К умножению частоты прибегают для увеличения разрешающей способности фазометров (рис. 10.4). Сигналы Ui и «2 подают на умножители частоты, п-ю гармонику выделяют с помощью полосовых фильтров. Выходные напряжения фильтров иф1 = UiCOs{nU)t-\- nц>-{-Фi), «ф2= 6ф2СОЗ(«0)/4"Ф2), где Ф1 и Фг - фазовые сдвиги в умножителях частоты и фильтрах. К фазометру подведены напряжения с разностью фаз ij5 = = иф + Ф1-Ф2. Измеряемая разность фаз ф = г5/«--(Ф2 -Ф/п. Следовательно, при разрешающей способности фазометра, например 1° и п=\0, разрешение по измеряемой разности фаз составит 0,1°. Умножение частоты приводит к увеличению частоты сигналов на входе фазометра, поэтому для уменьшения его погрешности частоту снижают посредством гетеродинного преобразования. Методу свойственна неоднозначность измерений разности фаз в пределах 360°. Действительно, если, например, и=10, а показания фазометра \1з = 10°, то измеряемая разность фаз может принимать значения ф, = (10 + 360г)/10, где 1 = 0, 1, п, т. е. 1; 37; 73° и т. д. Погрешности при преобразовании разности фаз. Во всех рассмотренных методах преобразования разности фаз ее измеренное значение отличается от измеряемой разности фаз ф. Отличие обусловлено разностью Ф1 - Фг фазовых сдвигов в измерительном
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 [66] 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 0.0118 |
|