- •Способы решения поставленной задачи.
- •Способ синусоидальной развертки:
- •Компенсационный метод:
- •М етод преобразования фазового сдвига в импульсы тока:
- •Метод дискретного счета
- •Преобразование частоты при измерении фазового сдвига:
- •Измерение фазового сдвига фазовыми детекторами:
- •Структурная схема.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Рязанский государственный радиотехнический университет
Кафедра информационно-измерительной и биомедицинской техники
Курсовой проект
по дисциплине:
«Основы проектирования приборов и систем»
на тему:
«Система измерения фазовых сдвигов»
Выполнил:
Студент группы 934
Любанов Д.О.
Проверил: Заведующий по учебной части Жулёв В.И.
Рязань 2012
Введение
учебной части
Жулев И.В.
Значительное расширение функциональных возможностей, повышение надежности и некоторых других характеристик фазометров обеспечиваются при их построении на основе микропроцессора, работающего совместно с измерительными преобразователями. Такие фазометры позволяют измерять фазовый сдвиг между двумя периодическими сигналами за любой выбранный период, наблюдать флюктуации подобных сдвигов и оценивать их статистические характеристики: математическое ожидание, дисперсию, среднее квадратическое отклонение. Возможно также, как и в рассмотренных выше цифровых фазометрах, выполненных по схемам с жесткой логикой работы, измерение среднего значения фазового сдвига.
Понятие фазы связано с гармоническими (синусоидальными) колебаниями. Для напряжения полной фазой является весь аргумент гармонической функции; величину называют начальной фазой. Для двух гармонических колебаний с равными частотами
;
вводят понятие разности фаз . Модуль этой величины называют фазовым сдвигом.
Обычно принимают за начало отсчета момент времени, при котором начальная фаза первого (опорного) колебания равна 0. Тогда
;
где – фазовый сдвиг между этими напряжениями.
Для негармонических, в частности импульсных, колебаний понятие фазового сдвига заменяют понятием сдвига во времени. В этом случае измеряют время задержки. Для гармонических колебаний времени задержки соответствует фазовый сдвиг .
Способы решения поставленной задачи.
О сциллографический метод:
Измерение фазового сдвига осциллографическим методом можно реализовать способами линейной, синусоидальной и круговой разверток. Ограничимся рассмотрением первых двух способов, как наиболее распространенных.
Способ линейной развертки. В каналы вертикального отклонения двухлучевого или двухканального осциллографа подают напряжения и ; генератор развертки осциллографа включен. Уравнивают амплитуды обоих напряжений. Осциллограмма будет иметь вид.
Фазовый сдвиг вычисляют по формуле:
=360∆T/T,
подставляя измеренные длины отрезков l и ∆l, соответствующие Т и ∆T.
Способ синусоидальной развертки:
О существляется с помощью однолучевого осциллографа. В канал вертикального отклонения подается напряжение , а в канал горизонтального ; генератор развертки выключен. На экране осциллографа появляется осциллограмма в виде эллипса, уравнение которого имеет вид
где В и А — максимальные отклонения по вертикали и горизонтали соответственно.
Положив х = 0, получим вертикальный отрезок у0=В sin; положив у=0, получим горизонтальный отрезок х0 = A sin φ. Отсюда: sin φ = ± у0/В = ± х0/А.
Перед измерением удобно уравнять максимальные отклонения по вертикали и по горизонтали (А = В); тогда у0 = х0.
Для вычисления фазового сдвига измеряют по осциллограмме отсекаемые на координатных осях отрезки 2х0 или 2у0 и сторону прямоугольника 2А или 2В, в который вписан эллипс:
Способ синусоидальной развертки не позволяет определить фазовый сдвиг однозначно. Когда оси эллипса совпадают с осями координат, фазовый сдвиг φ равен 90о или 270°. Если большая ось эллипса располагается в первом и третьем квадрантах, то фазовый сдвиг 0 < φ < 90° или 270° < φ < 360°; если во втором и четвертом, то 90°<φ<180° или 180°< φ < 270°. Для устранения неоднозначности нужно ввести дополнительный сдвиг 90°, и по изменению вида осциллограммы легко определить действительный фазовый сдвиг. Например, получили φ, равный 30о или 330°. Ввели дополнительно +90°. Если осциллограмма осталась в прежних квадрантах, то φ = 330°; если переместилась во второй и четвертый, то φ=30°. Осциллографический метод не требует никаких дополнительных приборов и прост по идее. Однако он является косвенным, требует линейных измерений и вычислений, что приводит к значительным погрешностям. Общая погрешность складывается из случайных погрешностей — измерения длин отрезков, совмещения следа луча с линиями масштабной сетки и конечного значения диаметра светового пятна на экране осциллографа, и систематических—инструментальной и методической. Инструментальная погрешность возникает за счет наличия собственных фазовых сдвигов в каналах осциллографа. Методическая погрешность связана с наличием гармоник в исследуемых напряжениях.
Погрешность измерения отрезков l можно уменьшить тщательной фокусировкой луча при малой яркости и применением осциллографа с электронно-лучевой трубкой, в которой масштабная сетка нанесена на внутреннюю поверхность экрана.
Фазовый сдвиг в каналах осциллографа легко обнаружить, подав одно и то же напряжение на оба входа осциллографа. При отсутствии фазового сдвига на экране появится прямая линия.
Если появляется эллипс, то нужно измерить значение фазового сдвига по формуле (4) и внести в результат измерения соответствующую поправку. Если поправку точно определить не удается, то погрешность можно исключить методом компенсации. Для этого нужно выполнить два измерения: первое — как обычно, а второе — подав исследуемые напряжения на противоположные входы осциллографа. В результате первого измерения получим φ1 = φ +∆φ, где ∆φ — неизвестный фазовый сдвиг в каналах осциллографа. В результате второго получим φ2 = (360° — φ) + ∆φ. Из разности φ2- φ1 = 360°- 2φ находим искомый фазовый сдвиг φ = 180° — [(φ2 — φ1)/2].