33) Цифровой электронно-счетный частотомер

Принцип действия цифрового (электронно-счетного) частотомера основан на измерении частоты в соответствии с ее определением, т.е. на счете числа импульсов за интервал времени. Переменное напряжение, частоту f_x которого необходимо измерить, преобразуется в последовательность коротких импульсов с частотой следования равной f_x. Если сосчитать число импульсов N за интервал времени Т_сч, то частота .

Структурная схема электронно-счетного частотомера изображена на рис. 2.39.

Рис. 2.39. Структурная схема электронно-счетного частотомера

Исследуемый подается на входное устройство (ВУ), усиливающее или ослабляющее его до необходимого уровня. Далее сигнал поступает на формирователь импульсов (ФИ), где он преобразуется в последовательность коротких однополярных импульсов, называемых счетными (U_сч). Счетные импульсы поступают на вход ключа (Кл). На второй вход ключа приходят строб-импульсы строго определенной длительности Т_о от устройства управлениея (УУ). Интервал времени Т_о называется временем счета, длительность этого интервала задается генератором образцовой частоты (ГОЧ) с кварцевой стабилизацией и делителем частоты (ДЧ) с коэффициентом деления 10^п. Ключ открывается строб-импульсом и в течение времени Т_о пропускает пакет из N_x счетных импульсов (рис. 2.40), причем N_x = Т_о f_x.

Счетчик импульсов СИ выдает в цифровое отсчетное устройство код, соответствующий N_x. Погрешность измерения частоты имеет систематическую и случайную составляющие. Систематическая составляющая погрешности определяется неточностью установки и нестабильностью частоты кварцевого генератора, она достаточно мала.

Рис. 2.40 Временные диаграммы работы электронно-счетного частотомера

Случайная составляющая погрешности определяется погрешностью дискретизации и может составлять  1 младшего разряда. Погрешность возрастает со снижением измеряемой частоты, поэтому для низкочастотных сигналов целесообразно измерять период, а частоту определять вычислением.

34) . Изменение фазового сдвига при помощи осциллографа. Способ линейной развертки заключается в том, что напряжения u₁(t) и u₂(t) подаются на входы вертикального отклонения двухлучевого или двухканального осциллографа. При этом осциллограмма будет иметь вид, представленный на рис. 2.42. Фазовый сдвиг вычисляется по формуле , где l и L – измерены на осциллограмме длины отрезков, соответствующие t и Т.

П

Y_m

ри синусоидальной развертке напряжение u₁(t) подается в канал вертикального отклонения, а напряжение u₂(t) – в канал горизонтального отклонения однолучевого осциллографа; внутренний генератор развертки осциллографа при этом выключен. На экране осциллографа появится фигура Лиссажу в форме эллипса (рис. 2.43). Сдвиг фаз по фигуре Лиссажу может быть определен двумя способами. Первый способ заключается в измерении отклонения луча по одной из осей координат при условии, что отклонение по другой оси равно нулю. При х = 0 вертикальное отклонение луча равно Y_{x = 0}; при y = 0 получим отклонение луча по горизонтали X_{y = 0}. Измерив отрезки Y_{x = 0} и Y_m или X_{y = 0} и X_m вычисляют сдвиг фаз Этот способ не позволяет определить фазовый сдвиг однозначно. Когда оси эллипса совпадают с осями координат, фазовый сдвиг равен 90 или 270. Если большая ось эллипса располагается в первом и третьем квадрантах, то фазовый сдвиг от 0 до 90 или от 270 до 360, если во втором и четвертом, то 90 <  < 180 или 180 <  < 270.

Второй способ измерения фазового сдвига по фигуре Лиссажу заключается в измерении большой b и малой а осей эллипса и расчете фазового сдвига по формуле  = 2arctg . Условием правильного определения  в этом случае является равенство размахов луча по оси Х и по оси Y, т.е. предварительно необходимо, регулируя усилие каналов, «вписать эллипс в квадрат». Метод круговой развертки обеспечивает измерение фазового сдвига практически в пределах от 0 до 360. Сущность метода поясняется схемами и временными диаграммами, приведенными на рис. 2.44. Генератор развертки осциллографа отключен, а на входы Y и Х подаются сигнал u₁ и сигнал u₃, задержанный относительно u₁ по фазе на 90 при помощи фазовращателя (ФВ). При одинаковом отклонении луча по горизонтали и вертикали на экране осциллографа будет наблюдаться окружность (рис. 2.44,б).

Рис. 2.44. Метод круговой развертки: а – схема измерения; б – осциллограмма;в – временные диаграммы.

Анализируемые сигналы и₁ и и₂ также поступают на входы идентичных формирователей (Ф₁ и Ф₂), преобразующих синусоидальные колебания в последовательность коротких однополярных импульсов и₄ и и₅ (рис. 2,44,в). Передние фронты этих импульсов практически совпадают с моментами перехода синусоид через нулевое значение при их возрастании.

а

Импульсные сигналы и₄ и и₅ объединяются с помощью логической схемы ИЛИ. Ее выходной сигнал и₆ подается на вход Z управления яркостью луча осциллографа.

В результате на окружности (рис. 2.44,б) в точках 1 и 2 появляются отметки повышенной яркости.

б в

Угол  измеряется при помощи прозрачного транспортира.

Компенсационный метод заключается в компенсации измеряемого фазового сдвига с помощью градуированного фазовращателя. Фазовращателем называется средство измерения, предназначенного для воспроизведения сигналов с заданными значениями фазового сдвига.

Структурная схема измерительной установки приведена на рис. 2.45. Она содержит измерительный фазовращатель (ФВ) и осциллограф с отключенным генератором развертки в качестве индикатора равенства фаз. Сигнал и₁ подается на вход Y осциллографа через фазовращатель, а сигнал и₂ непосредственно на вход Х. При включении установки на экране осциллографа появится изображение эллипса. При помощи фазовращателя изменяют фазу напряжения и₁ до тех пор, пока эллипс не превратится в прямую линию. Если прямая наклонена вправо, то фазовый сдвиг между напряжениями, подаваемыми на входы осциллографа, равен нулю. По шкале фазовращателя отсчитывают внесенный им сдвиг ₀. Измеряемый сдвиг  = ₀. Если прямая наклонена влево, то общий фазовый сдвиг равен 180 и, следовательно,  = 180 – ₀. Компенсационный метод отличается высокой точностью. Погрешность измерения определяется в основном неточностью градуировки фазовращателя и может составлять 0,1 …0,2 градуса.