- •6. Измерение фазового сдвига
- •6.1. Общие сведения и классификация приборов для измерения фазового сдвига
- •6.2. Измерение фазового сдвига методом суммы и разности напряжений
- •Преобразование частоты в фазометрах
- •6.3. Нулевой метод
- •Измерительные фазовращатели
- •6.4. Метод преобразования фазового сдвига в интервал времени
- •Неинтегрирующие цф
- •Интегрирующие цф
- •6.5. Коммутационно-модуляционный метод
- •7. Исследование формы, спектра и нелинейных искажений сигналов
- •7.1. Классификация приборов для исследования формы, спектра и нелинейных искажений сигналов
- •7.2. Обобщенная структурная схема и основные параметры электронно-лучевого осциллографа
- •Основные параметры канала y
- •7.3. Универсальные осциллографы
- •7.3.1.Одноканальные осциллографы
- •Канал вертикального отклонения
- •Канал горизонтального отклонения
- •Канал управления яркостью
- •Калибраторы амплитуды и длительности
- •7.3.2. Многоканальные осциллографы
- •7.3.3. Многофункциональные осциллографы
- •7.3.4. Цифровые осциллографы
- •7.4. Скоростные и стробоскопические осциллографы
- •7.4.1. Скоростные осциллографы
- •7.4.2. Стробоскопические осциллографы
- •7.5. Запоминающие осциллографы
- •7.6. Осциллографические измерения
- •7.6.1. Визуальное наблюдение осциллограмм
- •7.6.2. Измерение напряжений
- •Измерение напряжений методом прямого преобразования
- •Измерение напряжений методом сравнения
- •7.6.3. Измерение интервалов времени
- •Измерение методом прямого преобразования
- •Измерение методом сравнения
- •7.6.4. Измерение частоты
- •Метод интерференционных фигур
- •Метод круговой развертки
- •7.6.5. Измерение фазового сдвига
- •7.6.6. Автоматизация осциллографических измерений
- •Автоматизация управления осциллографом
- •Автоматизация считывания осциллограмм
- •7.7. Измерение обобщенных параметров импульсов
- •7.7.1. Система обобщенных параметров импульсов
- •7.7.2. Интегральные измерители параметров импульсов
- •7.8. Анализ спектра сигналов
- •7.8.1. Общие сведения и классификация анализаторов спектра
- •7.8.2. Фильтровые анализаторы спектра
- •Анализаторы спектра параллельного действия
- •Анализаторы спектра последовательного действия
- •Комбинированные анализаторы спектра
- •Основные параметры анализаторов спектра
- •7.8.3. Дисперсионные анализаторы спектра
- •7.8.4. Рециркуляционные анализаторы спектра
- •7.8.5. Цифровые анализаторы спектра
- •7.9. Измерение параметров модуляции
- •7.9.1. Измерение коэффициента амплитудной модуляции
- •Измерение среднего значения кам
- •Измерение пиковых значений кам
- •7.9.2. Измерение девиации частоты
- •Измерение методом частотного детектирования
- •Измерение по «нулям» функции Бесселя
- •7.10. Измерение нелинейных искажений
- •Измерение кг спектральным методом
- •Измерение кг интегральным методом
- •8. Измерение характеристик случайных сигналов
- •8.1. Общие сведения
- •8.2. Измерение среднего значения, средней мощности и дисперсии
- •8.3. Анализ распределения вероятностей
- •Метод измерения по относительному времени пребывания
- •8.4. Измерение корреляционных функций
- •8.5. Спектральный анализ
- •9. Измерительные генераторы
- •9.1. Классификация измерительных генераторов
- •9.2. Обобщенная структурная схема и основные параметры измерительных генераторов
- •9.3. Генераторы гармонических сигналов
- •9.3.1. Низкочастотные генераторы
- •9.3.2. Высокочастотные генераторы
- •Иг радиовещательного диапазона
- •Иг метрового диапазона
- •9.3.3. Сверхвысокочастотные генераторы
- •9.3.4. Синтезаторы частоты
- •9.3.5. Генераторы качающейся частоты
- •9.4. Генераторы импульсов
- •9.4.1. Генераторы одинарных и парных импульсов
- •9.4.2. Генераторы кодовых комбинаций импульсов
- •9.5. Генераторы сигналов специальной формы
- •9.6. Генераторы шумовых сигналов
- •Аналоговые генераторы шума
- •Цифровые генераторы шума
6.3. Нулевой метод
Нулевой
метод как основная модификация метода
сравнения распространен при измерении
не только амплитудных и частотно-временных
параметров сигналов, но также и фазовых
параметров их. Поясним сущность и
особенности нулевого метода измерения
с помощью рис. 6.4, где ИФВ — измерительный
фазовращатель вида ФЗ, используемый в
качестве образцовой меры
,
ФВ необходим для предварительной
калибровки фазометра, а в качестве ИУ
могут быть использованы индикаторы
равенства фаз
и
,
противофазности
или квадратурности их.
С
помощью ИФВ начальная фаза сигнала
,
принимаемого
за опорный, может изменяться (запаздывать)
на величину
.
Тогда с помощью ИУ можно зафиксировать
величину
.
Если
,
то
,
т. е. измеряемое значение
прямо отсчитывается по шкале ИФВ. При
,
а при
.
Можно в принципе измерять любое
промежуточное значение
,
но тогда будет реализован уже не нулевой,
а дифференцированный метод
измерения
.
Он не применяется в практике фазовых
измерений, так как для измерения
необходим
дополнительный фазометр, который не
только усложняет прибор, но и увеличивает
погрешность измерения
.
В
то же время индикаторы значений
,
равных
0,
90
или
180°,
реализуются
достаточно просто и погрешности в
результат измерения
практически
не вносят.
Рис. 6.5. Структурная
схема цифрового фазометра, реализующего
нулевой метод.
Рис. 6.4. Структурная
схема аналогового фазометра,
реализующего нулевой метод.
В
качестве индикатора значений
,
равных
и
,
чаще
всего применяется осциллограф. При
подаче
и
на
входы
и
осциллографа
наблюдаемая интерференционная фигура
будет иметь вид эллипса, параметры
которого определяются значением
.
Если
,
то
эллипс «стягивается» в линию, которая
наклонена вправо. При
линия
будет наклонена влево. Момент «стягивания»
эллипса в линию может быть зафиксирован
очень точно.
Индикатор значения аналогичен измерителю в схемах рис. 6.1, б и 6.3. Как видно из рис. 6.2, в момент выходное напряжение ФД равно нулю, что также точно фиксируется магнитоэлектрическим прибором.
В
заключение подчеркнем роль установочного
ФВ, позволяющего скомпенсировать
неидентичность фазовых характеристик
каналов фазометра в процессе его
предварительной калибровки. При
калибровке на оба входа фазометра
подается сигнал
,
а
ИФВ устанавливается в начальное положение
.
Изменяя
фазовый сдвиг, вносимый ФВ, фиксируют
значение
,
и
на этом калибровка фазометра заканчивается.
Процесс
измерения
в
фазометрах, реализующих нулевой метод,
достаточно легко автоматизируется.
Такие фазометры, аналогичные
автокомпенсационным вольтметрам (см.
§ 3.5.2),
реализуются
как цифровые приборы. Типовая структурная
схема автокомпенсационного цифрового
фазометра (ЦФ) приведена на рис. 6.5.
Видно,
что ЦФ включает узлы схемы рис. 6.4,
а
конкретным объектом автоматизации
является ИФВ, управляемый через УУ
выходным напряжением ФД. В момент
компенсации (при
)
код
на входе ИФВ отражает измеряемое значение
и
фиксируется с помощью цифрового ОУ. Сам
ИФВ может быть аналоговым или дискретным.
В первом случае в код должен быть
преобразован угол поворота ИФВ, и
уравновешивание фаз
и
является
равномерным. Во втором случае появляется
возможность реализовать поразрядное
уравновешивание фаз по аналогии с ЦВ
(см. § 3.6.2).
Для
этого ИФВ должен представлять собой
цепочку последовательно включенных
ФВ
(старший разряд),
(следующий разряд) и далее с дискретом
.
Нулевой метод относится к числу самых точных и широкодиапазонных методов измерения . Погрешность измерения , как видно из рис. 6.4 и 6.5, в основном определяется параметрами ИФВ, а известные типы ИФВ позволяют создавать гомодинные фазометры в диапазонах ВЧ и СВЧ. Поэтому на базе нулевого метода разработаны государственные специальные эталоны единицы фазового сдвига в диапазонах ВЧ (ГОСТ 8.139—75) и СВЧ (ГОСТ 8.194— 76 и ГОСТ 8.416—81). Они обеспечивают воспроизведение единицы Ф при СКО не более 0,01° на ВЧ и не более 0,1° на СВЧ. Этот же порядок имеет неисключенная систематическая погрешность, определяемая параметрами ИФВ.
