Техника физического эксперемента (конспект) (стр. 6 из 14)
∆φ – залежить лінійно від часу.
φ1 - φ2 - початкова різниця фаз.
Частоти повинні бути однаковими: ω1 = ω2, тоді різниця фаз рівна різниці початкових фаз.
В фазі закладено багато інформації (вимірювання відстані за допомогою лазерних пристроїв, мікрометри (не механічні)).
Приклад(використання фазометрів):
На рухомому механізмі знаходиться лазер. Промінь падає на напівпрозорий матеріал => датчик опорного сигналу = > дзеркало : відбитий сигнал падає на датчик відбитого сигналу => ці сигнали відрізняються за фазою. Цей метод найбільш ефективний для визначення малих відстаней.
Мал. 25. Структурна схема вимірювача відстані на основі фазометра і лазерного проміня.
26. Осцилографічні методи вимірювання різниці фаз.
При лінійній розгортці (похибка 10%).
ac/ab = ∆φ/360° = > ∆φ = 360° ac/ab
Мал. 26.1. Осцилографічний метод вимірювання(при лінійній розгортці) .
Вимірювання методом еліпса (кругова розгортка).
На канал X,Y – подаємо 2 сигнали (розгортка нелінійна по X – синусоїдальна).Формуємо зображення: інтерференція двох синусоїд – еліпс.
X = hx ·Uxmax·sin(ωt).
Y = hy ·Uymax·sin(ωt+φ).
(hx, hy – чутливість каналів).
Якщо hx ·Uxmax = hy ·Uymax, то на екрані осцилографа сформується еліпс.
∆φ=2·arctg(B/A).
Якщо ∆φ=0° - пряма, ∆φ=90° - коло.
Мал. 26.2. Осцилографічний метод вимірювання(методом еліпса) .
Метод півкола.
Мал. 26.3. Структурна схема вимірювання методом півкола.
Однопівперіодний випрямляч слугує для формування півкола.
27. Компенсаційний метод вимірювання різниці фаз. Типи фазообертачів та їх параметри.
Компенсаційний метод.
Мал. 27.1. Структурна схема вимірювання компенсаційним методом.
1. Спочатку виставляємо фазообертач на 0.
2. Подаючи одну й ту саму напругу U1=U2 , добиваємося ∆φ=0° на індикаторі (калібруємо).
3. Не змінюючи U1, подаємо U2 – маємо шукану ∆φ.
Відлік проводимо по шкалі каліброваного фазообертача.
Типи фазообертачів.
1. Т – подібний (НЧ фазообертач).
∆φ=arctg(1/ω·С·R).
C1=C2=C.
Мал. 27.2. Схема Т подібного фазообертача.
2. (НЧ фазообертач).
С1=С2=С
R1=R2=R
∆φ=2·arctg(ω·С·R).
Мал. 27.3. Схема НЧ фазообертача.
Є залежність від частоти.
3. (НЧ фазообертач).
Діапазон близький до 180°.Більше не можна, бо С має кінцевий номінал.
10° ≤ ∆φ ≤ 160°.
R1=R2=R3
∆φ=2·arctg(ω·С·R).
Мал. 27.4. Схема НЧ фазообертача.
4. НВЧ фазообертач.
Використовують фазообертачі
- тромбонного типу.
- діелектричні ФО.
- полярізіційні ФО.
28. Фазометри з перетворенням різниці фаз в напругу.
а) Фазометр з фазовим детектором.
R1=R2
R3=R4
Ubc = U2 (генератор на варикапі)
U2 = R3-R4
Мал. 28.1. Схема фазообертача с фазовим детектором.
Мал. 28.2. Характеристика фазообертача с фазовим детектором.
Є діапазон в якому характеристика лінійна.,
b) Фазометр з перетвореннм фазового зсуву в часовий інтервал.
Uвх = ∆t/T·Umax.
∆t/T = ∆φ /360°.
∆φ = Ucep/Umax = ∆t/T.
∆φ = U/Umax·360°. (Umax = const, можна прокалібрувати і поставити вольти у відповідність з градусами).
∆φ – міряємо вольтметром.
Тобто у такому вимірюванні ми перетворюємо різницю фаз в напругу.
Мал. 28.3. Вихідні характеристики фазометра з перетвореннм фазового зсуву в часовий інтервал.
29. Цифровий фазометр миттєвого значення. Параметри, переваги та недоліки.
Цифрові фазометри.
Використовують:
- перетворення ∆φ в ∆t, а потім точно вимірюють ∆t (як в цифрових електронних частотомірах). Похибка при вимірюванні, визначається похибкою вимірювання інтервалу часу.,
- цифрові фазометри миттєвого відліку - більш оперативні, але мають більшу похибку вимірювання.
- цифровий фазометр з усередненням (середнього значення) – менша оперативність, але менша похибка (нема додаткових вимірювань).
Мал. 29.1. Вихідні характеристики фазометра миттєвого відліку.
Nx = ∆t/To.
∆φ = ∆t/T ·360° = Nx · To·360° /T;
T/To = 36·10 ±k k = 0,1,2,3,…
Недолік: для кожного Т шкала буде інша.
Складові похибки:
- за рахунок дискретності δд = 1/Nx.
- нестабільність кварцового генератора δо
- δш.
Мал. 29.2.Структурна схема цифрового фазометра миттєвого відліку.
30. Цифровий фазометр з усередненням.
Не потрібно вимірювати додатково Т або f. Вимірювання проводиться.
Вимірювання проводиться по М пачках імпульсів Nx. Чим більше М тим точніше вимірювання, але менша оперативність.
М – не довільна. Вибирається виходячи із тривалості циклу вимірювання.
Мал. 30.1 Структурна схема фазометра середнього значення.
tц = kд · То.
tц – час циклу.
kд – коефіцієнт ділення.
M = tц /T; M = kд·То/T.
Nx·M = ∆t/To · kд·То/T.
M·Nx = ∆φ· kд /360°
∆φ = Nэ·360°/ kд, kд = 36·10 ±k k = 0,1,2,3,…
В результаті будемо мати безперервний відлік різниці фаз в кількості імпульсів. Результат вимірювання не залежить від частоти вхідного сигналу.
δш – менша за рахунок усереднення.
Лена Рябцева
31.Розширення частотного діапазону фазометрів.
Розширення частотного діапазону використовують для зменшення похибки при вимірюванні малих фазових зсувів, тому що воно приводить до збільшення фазового зсуву.
Для вимірювання НВЧ ГГц - діапазону використовуються фазометри з перенесенням спектру частот супергетеродинним методом.
· НВЧ – фазометри з перенесенням спектру частот.
· Якщо частоти дуже низькі і дуже малий зсув фаз, можна помножити вхідні частоти, а потім вимірювати різницю фаз між помноженими частотами. ∆φ'=∆φ*n
Де n – коефіцієнт помноження.
Можна використовувати менш точні фазометри.
32. Вимірювання різниці фаз методом суми та різниці векторів.
В цих приладах ∆φ перетворення в напругу, які вимірюються цифровим або аналоговим методом.
