|
|
Измерение периода электрических сигналов.
Маркировка приборов для измерения периода начинается с символов Ч3-. Наиболее эффективен при построении периодомеров метод дискретного счета (рис. 2.25). Принцип действия электронно-счетного периодомера во многом аналогичен рассмотренному принципу действия электронно-счетного частотомера. Отличие лишь в том, что здесь логический ключ Кл замыкается не на фиксированную длительность эталонного промежутка времени, а на длительность измеряемого периода Тх. Пока ключ Кл замкнут, через него на счетчик Сч поступают тактовые импульсы из цепи Г-ДЧ. Чем больше Тх, тем до большего числа досчитает счетчик Сч, и, следовательно, код на его выходе является цифровым эквивалентом измеряемой величины. В остальном к периодомеру применимы все пояснения, изложенные выше в отношении цифрового частотомера.
Рис. 2.25. Электронно-счетный периодомер: а) функциональная схема; б) эпюры напряжений.
Число импульсов, подсчитанное счетчиком Сч, n = Tx / T0 = f0 Tx, где f0 – частота импульсов на выходе делителя частоты ДЧ. Значение f0 обычно выбирают из ряда: f0=10m Гц, где m – целое положительное число. В этом случае число n совпадает со значением Тх, выраженным в секундах или ее дольных единицах. Погрешности цифрового периодомера определяются нестабильностью частоты f0 импульсов на выходе делителя частоты ДЧ и дискретностью квантования Тх. Как указывалось выше, при кварцевой стабилизации частоты γf0≤10–9. Максимальное же значение относительной погрешности дискретности, равное также ±1/n, для периодомера падает при снижении частоты fх (что эквивалентно увеличению периода Тх). Чем меньше Тх, тем выше надо брать значение частоты f0, чтобы уменьшить погрешность дискретности. Цифровой периодомер достаточно легко может быть трансформирован в измеритель временных интервалов ∆tx, задаваемых короткими импульсами Старт и Стоп. Для этого из его функциональной схемы (см. рис.2.25) следует изъять формирователь Ф1 и триггер со счетным входом Т и ввести триггер с устанавливающим и сбрасывающим входами (RS-триггер), выход которого подключить к управляющему входу ключа Кл и ко входу формирователя Ф2, а на входы S и R подавать импульсы Старт и Стоп соответственно. Аналогично с помощью этой же схемы можно измерять длительность прямоугольных импульсов, совместимых по низкому и высокому уровням с принятым в устройстве, если подавать их непосредственно на управляющий вход ключа Кл и на вход формирователя Ф2. Если совместимости по уровням не наблюдается, то в схему включается дополнительный входной формирователь (преобразователь уровней). Поскольку в цифровых частотомере и периодомере используются одни и те же функциональные узлы, лишь скоммутированные по-разному, то на практике выпускаются универсальные цифровые измерительные приборы, позволяющие измерять частоту fх, период Тх, интервалы времени ∆tх, отношение частот f1/f2 и подсчитывать количество импульсов. К этому же ряду приборов относятся цифровые хронометры (часы) и таймеры. Цифровой хронометр (часы) (рис. 2.26) предназначен для измерения времени. Его принцип действия сходен с принципами действия периодомера и измерителя временных интервалов. Цепь Г-ДЧ формирует последовательность импульсов частотой 1Гц (этой частоте соответствует период следования ровно 1с). Счетчик Сч1 с коэффициентом пересчета 60 осуществляет подсчет числа секунд, счетчик Сч2 с тем же коэффициентом пересчета – числа минут, счетчик Сч3 с коэффициентом пересчета 24 – числа часов. Текущее состояние всех трех счетчиков отображается на цифровых индикаторах ЦИ1, ЦИ2, ЦИ3.
Рис. 2.26. Функциональная схема цифрового хронометра.
Любые часы должны давать пользователю возможность оперативной корректировки их показаний с целью приведения в соответствие с текущим точным временем. Для этого в схеме присутствует узел коррекции УК. Смысл его функционирования сводится к тому, что последовательная цепочка из счётчиков механическими переключателями разрывается, и на входы сначала одного, затем другого и, наконец, третьего счётчика подаются импульсы из цепи Г-ДЧ. Как только текущее состояние корректируемого счётчика достигает потребного значения (контролируется по соответствующему индикатору), то подача импульсов на его вход прекращается. После этого счётчики со скорректированными таким образом состояниями вновь объединяются в последовательную цепочку, но вот подключение ко входу счётчика Сч-1 выхода ДЧ производится не сразу, а синхронно, к примеру, с сигналами точного времени. Цифровой таймер (рис. 2.27) также предназначен для измерения времени, но не непрерывного, а в виде наперед заданных отрезков. Вначале пользователь внешними механическими переключателями задатчика кода ЗК устанавливает потребную длительность временного промежутка. С подачей управляющего импульса Старт осуществляется запись кода ЗК во входной регистр реверсивного счетчика РС (это второй равноценный способ предварительной установки состояния счетчика импульсов, первый был описан выше при анализе функционирования цифрового хронометра) и взводится триггер Т. Логическая “1” с выхода последнего поступает на управляющий вход генератора Г, разрешая генерацию тактовых импульсов. Последовательность импульсов пониженной частоты с выхода делителя частоты ДЧ поступает на вычитающий вход счетчика РС, код на выходе которого, контролируемый по индикатору ЦИ, начинает монотонно уменьшаться.
Рис.2.27. Функциональная схема цифрового таймера.
Как только счетчик РС досчитывает до нуля, на его выходе переполнения по минимуму появляется одиночный импульс, который сигнализирует об окончании заданного промежутка времени (Стоп) и сбрасывает триггер Т, прекращая тем самым дальнейшую генерацию импульсов. Если частота импульсов с выхода делителя ДЧ равна 1Гц, то время выдержки, задаваемое задатчиком ЗК, измеряется в секундах, если 1кГц, то в миллисекундах и т.д.
Измерение сдвига фаз
Измерение сдвига фаз осуществляется приборами – фазометрами, маркировка которых начинается с символов Ф2. Фазометры бывают аналоговые и цифровые. К аналоговым относятся электромеханические (например, логометры) и электронные фазометры. Электронный фазометр измеряет угол сдвига фаз между двумя периодическими напряжениями одной частоты в диапазоне частот до 1МГц (рис. 2.28).
Рис. 2.28. Электронный фазометр: а) функциональная схема; б) эпюры напряжений. Напряжения U1 и U1* подаются на два входа прибора. Одно из них (например, U1) является опорным. Усилители-формирователи УФ1 и УФ2 преобразуют входные сигналы по переходам из отрицательной полуплоскости в положительную и обратно в двуполярные импульсные напряжения прямоугольной формы с крутыми фонтами. Очевидно, что при этом исходный сдвиг фаз сохраняется неизменным. Дифференцирующие цепи ДЦ1 и ДЦ2 формируют по обоим перепадам короткие импульсы, полярность которых соответствует знаку производной от того или иного перепада во времени. Диодные цепи Д1 и Д2 отсекают импульсы ненужной полярности. Каждым первым импульсом триггер Т взводится, а вторым сбрасывается (обнуляется).Очевидно, что чем больше измеряемый сдвиг фаз ∆φх, тем больше длительность tφ прямоугольных импульсов на выходе триггера Т, к выходу которого через ограничивающий резистор подключен магнитоэлектрический микроамперметр.
Длительность каждого импульса на выходе триггера где Т – период входных сигналов.
Тогда среднее значение тока через микроамперметр где Imax - амплитуда импульсов тока через микроамперметр. Поскольку ток Iср прямо пропорционален измеряемому сдвигу фаз ∆φх, то шкала прибора линейна и не зависит от частоты (в выражение для градуировки шкалы не входят ни частота, ни период). Приведенная погрешность γпр таких фазометров составляет около 1%. Сдвиг фаз ∆φх можно также измерять электронно-лучевым осциллографом в режимах линейной или синусоидальной разверток (как и при измерении частоты). При линейной развертке применяется двухлучевой осциллограф или однолучевой с электронным коммутатором. На экране наблюдают изображение двух напряжений, сдвиг фаз между которыми надо измерить (рис. 2.29). По измеренным отрезкам ab и ac вычисляется ∆φх=(ab/ac)3600. Погрешности в этом случае в основном возникают за счет неточности измерения длин отрезков, в том числе по причине ненулевой толщины луча, и составляют от 5 до 10%. При синусоидальной развертке (метод эллипса) сигналы U1 и U1* подаются соответственно на входы каналов Y и X осциллографа (естественно, внутренний генератор пилообразного напряжения развертки предварительно отключается). На экране электронно-лучевой трубки получаютизображение эллипса (рис. 6.3), также относящееся к семейству фигур Лиссажу. Если u1 = uY = UY m sin wt, u1* = uX = UX m sin (wt +Dj), то в момент времени t=0 светящееся пятно будет находится в точках a или b (поскольку при этом UY=0), следовательно, ab = 2UX m sin Djx.
В свою очередь cd = 2UX m. Тогда ab/cd = sin Djx. Окончательно Djx = arcsin (ab/cd). Метод эллипса позволяет измерять сдвиг фаз ∆φх в пределах от 00 до 900 без определения знака угла. Его погрешности, вызванные неточностью измерения отрезков и недостаточным совпадением чувствительностей осциллографа по каналам Y и Х, составляют от 5 до 10%.
Подобные фазометры обладают максимальной точностью, которая ограничена сверху разрешающей способность фазовращателя ФВ.
В цифровых фазометрах прямого преобразования (рис. 2.32) измеряемый сдвиг фаз ∆φх предварительно преобразуется в интервал времени tφ, который уже классическим методом дискретного счета переводится в эквивалентный код. Формирователи Ф1и Ф2 формируют одиночные импульсы при каждой смене полярности своих входных сигналов с отрицательной на положительную. В результате на выходе триггера Т получаются прямоугольные импульсы длительностью
Рассмотренная часть схемы цифрового фазометра прямого преобразования полностью эквивалентна электронному фазометру, тогда как дальше, естественно, возникают отличия. В соответствии с методом дискретного счета число импульсов, подсчитанных счетчиком Сч, где Т0 и f0 – период и частота следования тактовых импульсов с генератора Г.
Рис. 2.32. Цифровой фазометр прямого преобразования: а) функциональная схема; б) эпюры напряжений.
Поскольку величины N и ∆φх связаны между собой прямо пропорциональной зависимостью, шкала фазометра оказывается линейной, что всегда предпочтительно с точки зрения повышения точности измерений. Недостаток – связь между N и ∆φх – зависит от частоты входных сигналов f.
Следовательно, измерение фазового сдвига ∆φх должно сопровождаться измерением частоты f или периода T=1/f. При этом обычно используют тот же генератор Г. Пусть измеряют период Т. Тогда где Nt4 и Nt – числа импульсов, полученные при измерении соответствующих временных величин методом дискретного счета. Вычисления по этой формуле производит временный вычислитель.
  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...  Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...  Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...  Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
Цифровые фазометры бывают компенсационные и прямого преобразования. В компенсационном фазометре (рис. 2.31) одно из гармоничемких напряжений поступает на фазовращатель ФЗ, управляемый кодом. Фазовый сдвиг напряжения U2 относительно напряжения U1* меняется, пока напряжения U1 и U2 не станут синфазны (совпадут по фазе). Знак сдвига фаз между сигналами U1 и U2 определяется фазочувствительным детектором ФЧД, выходной сигнал которого поступает на устройство управления УУ. По окончании уравновешивания код на управляющем входе ФВ эквивалентен фазовому сдвигу напряжения U2 относительно напряжения U1*, а, следовательно, и равному ему измеряемому сдвигу ∆φх. Этот код поступает на цифровой индикатор ЦИ и отображается на нем в цифровой форме.
