Цифрові фазометри

У цифровій фазометрії найбільший розвиток і застосування знайшли цифрові час-імпульсні фазометри, цифрові фазометри з проміжним перетворенням фазового зсуву в постійну напругу та компенсаційні фазометри.

Цифрові час-імпульсні фазометри

Цифрові час-імпульсні фазометри поділяють на фазометри миттєвих значень і фазометри середніх значень фазового зсуву.

Структурна схема і діаграми роботи фазометра миттєвих значень фазового зсуву показані на рис. 1. Вхідними сигналами фазометра є синусоїдні напруги  і  з періодом Т і частотою , між якими вимірюється фазовий зсув  (рис. 1, б). Принцип дії фазометра зводиться до виділення інтервалу часу  між переходами напруг  і  через однакові миттєві значення (як правило, через однойменні нулі) та до перетворення інтервалу  у числовий еквівалент  методом дискретної лічби (рис. 1, в). Для виконання цих операцій сигнали  і  через вхідні пристрої 1,2 і перемикач S подаються на формувач інтервалів часу, який має два режими роботи: формування керуючого сигналу тривалістю  і формування керуючого сигналу тривалістю Т. Ці режими можуть установлюватися вручну перемикачем S режим вимірювання або автоматично, якщо процес вимірювання автоматизований.

У першому режимі - режимі фаза (перемикач S у положенні I) -керуючим сигналом формувача відкривається часовий селектор на час  і з генератора опорної частоти  у блок індикації надходить число імпульсів

, (7.12)

звідки

,

тобто кількість імпульсів  пропорційна фазовому зсуву . Проте результат вимірювання в одиницях фазового зсуву можна одержати тільки для одного значення частоти f. Залежність результату вимірювання фазового зсуву  від частоти f вхідних сигналів є одним з основних недоліків розглянутого варіанта фазометра, оскільки не дає можливості проградуювати його відліковий пристрій в одиницях фазового зсуву в частотному діапазоні вхідних сигналів.

Рис. 1. Цифровий фазометр миттєвих значень фазових зсувів:

а – структурна схема; б, в – часові діаграми

Фазометр за схемою (рис. 1, а) може бути використаний для вимірювання фазових зсувів у певному діапазоні частот, якщо, крім інтервалу часу , вимірювати ще й період Т. У режимі ПЕРІОД (перемикач S у положенні II) формувач інтервалів часу виробляє керуючий сигнал тривалістю Т, під час дії якого в блок індикації надходить  імпульсів опорного генератора. Тоді вираз для фазового зсуву набуває вигляду

,

або .

Процедура обчислення за цією формулою може бути автоматизована, якщо у фазометр між селектором і блоком індикації ввести мікропроцесор, який виконував би не тільки операції ділення і множення, але й операцію керування роботою приладу.

Похибка вимірювання фазових зсувів фазометрами миттєвих значень складається з двох основних складових: похибки вимірювання часового інтервалу  і похибки вимірювання періоду Т вхідних сигналів. Кожній з цих похибок властиві ті самі складові, які мають місце при час-імпульсному вимірюванні часових інтервалів: похибка квантування, похибка запуску, обумовлена порогом спрацювання формувача імпульсів, і похибка, яка зумовлюється завадами.

Гранична відносна похибка квантування часового інтервалу tj з урахуванням

.

З цього виразу видно, що похибка квантування збільшується зі зростанням частоти f вхідних сигналів при однаковому значенні вимірюваного фазового зсуву  і фіксованому значенні опорної частоти . ............