 |
2. Моделирование цифрового фазометра времяимпульсного типа
|
|
|
|
2. Моделирование цифрового фазометра времяимпульсного типа
с использованием электронно-счетного частотомера
2. 1. Собрать схему измерения рис. 6. 2.
Рис. 7. 2. Схема измерения фазового сдвига с помощью цифрового частотомера
 |
Рис. 7. 3. Осциллограммы сигналов на входах А и Б
цифрового частотомера при измерении фазового сдвига
Указание. Работа цифрового фазометра времяимпульсного типа основана на методе дискретного счета. В основу положено уравнение (рис. 7. 3):
(7. 1)
где Dtj - интервал времени, соответствующий измеряемому фазовому сдвигу; Т - период исследуемого синусоидального сигнала; К - градуировочный коэффициент, задающий размерность результата измерения (если К = 360, то размерность - градусы, если К = 2π , то - радианы).
В соответствии с (7. 1) в цифровом фазометре величиныDtjи Т преобразуются в цифровой код, с помощью процессора определяется их отношение, результат умножается на К и выводится на отсчетное устройство. Работа такого цифрового фазометра может быть промоделирована с помощью электронно-счетного частотомера (ЭСЧ), так как этот прибор измеряет каквременной интервал Dtj, так и период сигнала Т. На основе этих измерений разность фаз двух синусоидальных сигналов можно рассчитать по (7. 1).
При измерении временной задержки Dtj может возникнуть систематическая погрешность Dс, связанная с неодинаковой установкой уровней запуска (порогов срабатывания) формирующих устройств каналов А и Б частотомера (уровни 1 и 2 на рис. 7. 3). Для обнаружения, уменьшения и исключения этой погрешности целесообразно перед началом измерения фазового сдвига подать на входы А и Б частотомера один и тот же синусоидальный сигнал (например, подключить вход Б частотомера к выходу четырехполюсника) и с помощью регуляторов уровня запуска формирователей каналов А и Б добиться минимального значения Dс по показаниям частотомера. В дальнейшем эту систематическую погрешность нужно исключить из результата измерения.
|
|
|
2. 2. Установить частотомер в режим измерения периода. Для уменьшения погрешности квантования (дискретности) выбрать период меток времени Т0 минимально возможным.
Установить частоту сигнала генератора 0, 5 кГц, измерить период Т и записать полученное значение во второй столбец табл. 7. 3.
Указание. Для устойчивой работы частотомера уровень сигнала на его входе должен быть не ниже 1 В.
2. 3. Переключить частотомер в режим измерения интервалов времени ( ТА-Б ). Установить тумблеры запуска каналов А и Б в одинаковые положения запуска (положительными или отрицательными фронтами входных сигналов), а регуляторы уровня запуска - в среднее положение.
Подключить вход Б частотомера к выходу четырехполюсника, т. е. подать на оба входа частотомера один и тот же сигнал. Регулировкой уровней запуска каналов А и Б установить минимальное значение Dс по показаниям частотомера. Значение Dс записать в табл. 7. 3.
Указание. Следует иметь в виду, что если в процессе уменьшения Dс уровень запуска канала Б станет ниже уровня запуска канала А, то показания частотомера изменятся скачком от величины Dс до (Т – Dс ). Поэтому не следует добиваться очень малого значения Dс. Кроме того, при измерении величины Dс может возникнуть случайная погрешность, обусловленная нестабильностью уровней запуска. В этом случае за оценку Dс следует принять среднее арифметическое значение из ряда нескольких (3 - 5) измерений.
2. 4. Подключить вход Б частотомера ко входу четырехполюсника. Показания частотомера при этом будут соответствовать временной задержке синусоидального сигнала в четырехполюснике на данной частоте. Эти показания могут иметь разброс, связанный с наличием случайной погрешности уровня запуска, поэтому в табл. 7. 3 нужно записать результаты 5 измерений 
, вычислить среднее арифметическое и вычесть Dс. В итоге временная задержка 
|
|
|
Указание. Обратите внимание, что изменение показаний в пределах ±1 (единицы) младшего разряда - это погрешность квантования (дискретности).
2. 5. Повторить измерения Т, Dс и Dtj на других частотах, указанных в табл. 7. 3, в соответствии с п. п. 2. 2 - 2. 4.
2. 6. Оценить для каждой частоты из табл. 7. 3 погрешность уровня запуска
,
где 
, 
и суммарную погрешность частотомера при измерении задержки Dtj:
Примечание. Следует обратить внимание, что погрешность опорного генератора частотомера принципиально не влияет на результат измерения фазового сдвига, поскольку эта величина определяется отношением величин Dtj и Т и значение периода меток времени T0 не входит в результат измерения. Именно поэтому в цифровых фазометрах времяимпульсного типа не используют высокостабильные опорные генераторы.
2. 7. Вычислить суммарную абсолютную погрешность измерения фазового сдвига j на каждой частоте по формуле (7. 1)
Значение фазового сдвига следует округлить с учетом полученного значения суммарной абсолютной погрешности Dj.
Указание. При расчете Dj, в общем случае, нужно было бы учесть и погрешность измерения периода Т, значение которого входит в формулу (7. 1). Поскольку Т, как правило, заметно больше Dtj, эту составляющую погрешности в данном эксперименте не учитывать.
Результаты измерения фазочастотной характеристики четырехполюсника, полученные с использованием частотомера, нанести на график, построенный при выполнении п. 1. 10.
Таблица 7. 3
Моделирование цифрового фазометра с помощью частотомера
Метка времени Т0 = мкс
|
f, кГц | Эксперимент | Расчет | ||||||||
| Т, мс | Dс, мс | Dtj, мс | Dtj, мс | Dзап, мс | Dt, мс | Dj, град | j, град | |||
| 0, 5 |
|
|
|
|
|
|
| |||
| 1, 0 |
|
|
|
|
|
|
| |||
| 2, 0
|
|
|
|
|
|
|
| |||
| 5, 0 |
|
|
|
|
|
|
| |||
Сделать вывод об изменении вклада погрешности уровня запуска и погрешности квантования (дискретности) в суммарную абсолютную погрешность измерения фазового сдвига Dj времяимпульсным методом с увеличением частоты сигнала. Каким образом можно уменьшить погрешность измерения фазового сдвига времяимпульсным методом и в результате расширить частотный диапазон таких фазометров? Какой диапазон частот имеет цифровой фазометр Ф2-34, использованный при выполнении п. 1 данной работы?
|
|
|
