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.