Метрология стандартизация и управление качеством   

Тема 7. Измерение фазового сдвига сигналов и группового времени запаздывания

назад | оглавление | вперёд

 

7.1. Аналоговые методы измерения

7.1.1.
Произведены измерения фазового сдвига усилителя с помощью двухканального осциллографа методом линейной развертки, при этом, длительность периода синусоидального сигнала на экране осциллографа составила 8 делений, а время, соответствующее фазовому сдвигу - 2 деления. Погрешность измерения линейных размеров 0,1 дел. Определить фазовый сдвиг (в градусах), оценить абсолютную и относительную погрешности измерения, записать результат измерения в соответствии с МИ 1317-86.

7.1.2. Методом линейной развертки получено изображение на экране двухканального электронного осциллографа. Определить фазовый сдвиг между двумя гармоническими колебаниями, если период колебаний равен 5 делениям, а 1,3 деления соответствует фазовому сдвигу. Оценить погрешность измерения, если погрешность измерения линейных размеров равна 0,05 деления. Записать результат измерения в соответствии с МИ 1317-86.

7.1.3. Определить фазовый сдвиг по осциллограмме (см. рис.). Записать результат измерения в соответствии с МИ 1317 86, если предел допускаемой абсолютной погрешности измерения линейных размеров осциллограммы принять равным 0,5 мм.


7.1.4. Определить фазовый сдвиг четырехполюсника, если при измерении с помощью осциллографа способом линейной развертки получен размер, соответствующий прериоду исследуемого колебания, равный пяти делениям, а размер, соответствующий фазовому сдвигу, равен одному делению. Изобразить структурную схему измерения.

7.1.5. Определить фазовый сдвиг корректора, если на экране двухканального осциллографа получена осциллограмма, по которой линейный размер, соответствующий периоду гармонического сигнала, равен 5,0 дел., интервал времени, соответствующий фазовому сдвигу равен, равен 5 мкс, коэффициент развертки равен 10 мкс/дел. Изобразить структурную схему измерения.

7.1.6. Для исследования фазовой характеристики четырехполюсника от генератора подают гармонический сигнал с частотой, равной 10 кГц. С помощью двухлучевого осциллографа при линейной развертке получен отсчет линейного размера, соответствующий фазовому сдвигу 20мм. Определить фазовый сдвиг, если коэффициент развертки равен 20 мкс/см.

7.1.7. Изобразить структурную схему осциллографического измерения фазового сдвига четырехполюсника при синусоидальной развертке. Привести аналитические выражения вычисления фазового сдвига по этой осциллограмме и вычислить фазовый сдвиг.


7.1.8. Определить групповое время запаздывания четырехполюсника, если фазочастотная характеристика расположена под углом 45 градусов к осям с масштабами радиан/дел, килогерц/дел.

7.1.9. Определить групповое время запаздывания четырехполюсника, если фазовая характеристика расположена под углом 45 градусов к осям с масштабами градус/дел., герц/дел.

7.1.10. Необходимо измерить фазовый сдвиг, вносимый четырехполюсником. В Вашем распоряжении имеется измерительный генератор с внутренним сопротивлением 600 Ом, магазин сопротивлений, одноканальный осциллограф, имеющий режим внешней развертки. Разработайте структурную схему и методику измерения, если четырехполюсник должен быть нагружен на 600 Ом со стороны входа и выхода.

7.1.11. Групповое время запаздывания исследуемого четырехполюсника на частоте 1 кГц равно 0,5 мс. На сколько изменится фазовый сдвиг сигнала на выходе исследуемого четырехполюсника при изменении частоты сигнала на 100 Гц в области частоты 1 кГц?

7.1.12. Вычислить фазовый сдвиг исследуемого четырехполюсника, используя выражение, содержащее arcsin и arctg , если на экране осциллографа наблюдают изображение эллипса, у которого большая ось равна 32 мм, малая ось 12 мм, проекция эллипса на вертикальную ось равна 15 мм, проекция на горизонтальную ось равна 28 мм, расстояние между точками пересечения вертикальной оси, проходящей через центр эллипса, с кривой эллипса равна 13 мм. Пояснить разницу в результатах.

7.1.13. Восстановить осциллограмму, соответствующую измерению фазового сдвига исследуемого четырехполюсника с помощью осциллографа методом линейной развертки, если фазовый сдвиг равен 45 градусам, линейный размер периода гармонического сигнала на экране осциллографа составляет 60 мм.. Линейный размер экрана осциллографа равен 100мм..

7.1.14. При измерении фазового сдвига четырехполюсника с помощью осциллографа методом линейной развертки получена осциллограмма:


Найти интервал времени, соответствующий фазовому сдвигу, если измерение выполнено на частоте 10 кГц.

7.1.15. При измерении фазового сдвига исследуемого четырехполюсника получен результат 60 градусов. Определить частоту, на которой проведено измерение и восстановить осциллограмму, если использован метод линейной развертки, интервал времени, соответствующий фазовому сдвигу равен 2 мс, а коэффициент развертки составляет 2 мс/дел.

7.1.16. Фазовый сдвиг исследуемого четырехполюсника измеряли осциллографом методом линейной развертки. Напряжение на входе (U1) и выходе(U2) представлены выражениями:
1.U1=4 cos40t; U2=3 sin40t;
2.U1=5sin40t; U2=3 sin(40t+3,14/4);
3.U1=2cos(40t+3,14/2); U2=2 cos(40t-3,14/2);
4.U1=6 cos (40t+3,14/2); U2=6 sin40t.
Для каждого случая изобразить ожидаемую осциллограмму на экране электронно-лучевой трубки.

7.1.17. Изобразить структурную схему для измерения фазового сдвига четырехполюсника согласно выражению j =2arctg(a/b), если измерение фазового сдвига выполнено с помощью осциллографа. Указать требования к осциллограмме.

7.1.18. Изобразить структурную схему для измерения группового времени запаздывания исследуемого четырехполюсника с помощью электронного осциллографа способом линейной развертки. Предложить методику оценки погрешности измерений.

7.1.19. Определить групповое время запаздывания исследуемого четырехполюсника, если при измерение его фазового сдвига способом синусоидальной развертки на частотах 5 кГц и 6 кГц получены соответственно осциллограммы:


7.1.20. Изобразить структурную схему измерения фазового сдвига исследуемого четырехполюсника с помощью осциллографа при синусоидальной развертке. Провести методику оценки погрешности измерений.

7.1.21. Изобразить структурную схему измерения фазового сдвига исследуемого четырехполюсника с помощью осциллографа методом линейной развертки. Привести методику оценки погрешности измерений.

7.1.22. При измерении фазового сдвига исследуемого четырехполюсника осциллографом методом синусоидальной развертки на входы осциллографа поданы напряжения: Ux=UmxSinw t, Uy=UmySin(w t+3,14/2). Определить минимальный радиус-вектор эллипса, вписанного квадрат, если максимальный радиус-вектор равен 46 мм.

7.1.23. При измерении фазового сдвига усилителя осциллографом методом синусоидальной развертки была получена осциллограмма в виде эллипса. На вход канала вертикального отклонения подан сигнал 25Sin(628t+63p /180). Записать аналитическое выражение сигнала, подаваемого на вход канала горизонтального отклонения, если известно, что начальная фаза этого сигнала равна нулю; центр эллипса совпадает с центром координатной сетки осциллографа; точки пересечения эллипса и оси абсцисс имеют координаты (3,0) и (-3,0); коэффициенты отклонения каналов вертикального и горизонтального отклонений одинаковы.

7.1.24. Определить фазовый сдвиг усилителя, если измерение проводилось с помощью осциллографа при синусоидальной развертке. Отношение осей эллипса, вписанного в квадрат, составило 4:1.

7.1.25. Изобразить осциллограммы, которые можно наблюдать на экране двухлучевого осциллографа при фазовом сдвиге между исследуемыми синусоидальными сигналами, равном 30 градусам. Осциллограф работает в режиме линейной развертки.

7.1.26. Определить фазовый сдвиг, если на экране двухканального осциллографа получена осциллограмма, по которой определены: линейный размер, соответствующий периоду, равен 50 мм; интервал времени, соответствующий фазовому сдвигу, равен 5мкс; коэффициент развертки равен 10 мкс/дел. (1 дел. = 10мм). Привести методику оценки погрешности измерения фазового сдвига.

7.1.27. Для исследования фазовой характеристики четырехполюсника на его вход подан синусоидальный сигнал с частотой 10 кГц, а с помощью двухлучевого осциллографа в режиме линейной развертки получены осциллограммы, соответствующие напряжениям на входе и на выходе исследуемого четырехполюсника. Определить фазовый сдвиг, вносимый четырехполюсником, если линейный размер, соответствующий измеряемому фазовому сдвигу, равен 20 мм, а коэффициент развертки равен 20 мкс/дел. (1 дел. = 10 мм).

7.2. Цифровые фазометры

7.2.1.
Показания цифрового фазометра, используемого принцип измерения в течение постоянного времени, равно 095,16 градусов. Определите абсолютную погрешность дискретности и коэффициент деления делителя частоты, формирующего интервал времени измерения.

7.2.2. Изобразить структурную схему цифрового фазометра и пояснить принцип его работы с помощью временных диаграмм.

7.2.3. Изобразить структурную схему и поясняющие диаграммы работы цифрового фазометра, использующего принцип преобразования фазового сдвига в постоянное напряжение.

7.2.4. Изобразить структурную схему и поясняющие временные диаграммы измерения фазового сдвига исследуемого четырехполюсника цифровым фазометром, использующим преобразование фазового сдвига во временной интервал между импульсами.

7.2.5. Изобразить осциллограмму в квадрате 4 на 4 делений, которая получилась бы при измерении фазового сдвига осциллографом методом синусоидальной развертки. Известно, что при измерении того же фазового сдвига цифровым фазометром с времяимпульсным преобразованием, использующим принцип измерения в течение постоянного времени, получены следующие данные: коэффициент деления частоты генератора импульсов равен 360, а число импульсов, попавших на счетчик за все время измерения равно 150. Измерение фазового сдвига выполнено на частоте, равной 1 кГц.

7.2.6. Фазовый сдвиг четырехполюсника измеряли цифровым фазометром с времяимпульсным преобразованием за несколько (100) периодов. Оценить максимальную погрешность дискретности, если в счетчике в процессе измерения накоплено 860 импульсов, частота генератора счетных импульсов равна 1 МГц, а измерение фазового сдвига проведено на частоте, равной 50 кГц.

7.2.7. Определить необходимое время измерения фазового сдвига цифровым фазометром с времяимпульсным преобразованием, используя принцип измерения в течение постоянного времени, если фазовый сдвиг составил 45,00+ 0,02 градусов на частоте равной 60кГц. Погрешность дискретности, обусловленная некратностью интервала времени, соответствующего фазовому сдвигу и периода импульсов генератора, составила половину всей погрешности.

7.2.8. Цифровой фазометр на частоте 110 кГц показал , а на частоте 120 кГц - . Определить групповое время запаздывания четырехполюсника в этом диапазоне частот и записать в общем виде выражение для оценки погрешности измерения группового времени запаздывания.

7.2.9. Изобразить структурную схему фазометра с преобразованием фазовый сдвиг - временной интервал - постоянное напряжение - код и временную диаграмму напряжения на выходе фильтра нижних частот.

7.2.10. Изобразить структурную схему цифрового фазометра (задача 7.2.9.) и временные диаграммы сигналов на входе фазометра, на входе и выходе триггера в одном временном масштабе,

7.2.11. Определить фазовый сдвиг четырехполюсника, если при измерении цифровым фазометром с времяимпульсным преобразованием за один период было получено: число импульсов, соответствующее фазовому сдвигу, равно 120; частота генератора импульсов равна 1 МГц. Измерение фазового сдвига проводилось на частоте 1 кГц.

7.2.12. Оценить погрешность дискретности в задаче 7.2.11.

7.2.13. Определить время измерения фазового сдвига четырехполюсника с помощью цифрового фазометра с времяимпульсным преобразованием с использованием принципа измерения в течение постоянного времени, если измерение выполнено на частоте равной 15 кГц, частота генератора счетных импульсов равна 10 МГц, коэффициент деления этой частоты 36000, а значение фазового сдвига составило 36 градусов.

7.2.14. Показание цифрового фазометра с времяимпульсным преобразованием с использованием принципа измерения в течение постоянного времени составило 58 градусов. Оценить максимальную погрешность дискретности, обусловленную не кратностью интервала времени, соответствующему фазовому сдвигу и периода импульсного генератора, если измерение проводилось на частоте, равной 20 кГц, коэффициент деления частоты генератора равен 3600, а его частота равна 5 МГц.

7.2.15. Известно, что в цифровых фазометрах с времяимпульсным преобразованием за один период, одним из основных недостатков является большая погрешность измерения при наличии случайных помех в измеряемых сигналах. Предложите способы уменьшения влияния этих помех. Изобразите структурную схему такого цифрового фазометра.

7.2.16. При измерении фазового сдвига четырехполюсника цифровым фазометром с преобразованием "фазовый сдвиг - постоянное напряжение", цифровой вольтметр показал 0,72В. Какому фазовому сдвигу соответствует это напряжение, если известно, что измерение фазового сдвига четырехполюсника проводилось на частоте 140 кГц, а пиковое значение напряжения на входе фильтра нижних частот составило 3,6 В.

7.2.17. Изобразить структурную схему цифрового фазометра НФ-3 и пояснить принцип его работы. Из литературы известно, что фазометр НФ-3 работает по принципу "времяимпульсного преобразования" за один период.

7.2.18. Доказать, что погрешность дискретности при измерении фазового сдвига четырехполюсника цифровым фазометром с времяимпульсным преобразованием за один период может быть больше, чем при измерении фазового сдвига тем же способом за несколько периодов.

7.2.19. Измерение фазового сдвига четырехполюсника выполнено цифровым фазометром с времяимпульсным преобразованием в течение постоянного времени. Определить число импульсов, попавших на счетчик от генератора тактовых импульсов частотой 1МГц в течение одного периода гармонического сигнала, с помощью которого проводилось измерение фазового сдвига, если измерение выполнено на частоте 1592 Гц, показание фазометра составило 1,04667 рад.

7.2.20. Измерения фазового сдвига четырехполюсника выполнено цифровым фазометром с время - импульсным преобразованием в течение постоянного времени. Определить частоту генератора счетных импульсов, если: измерение выполнено на частоте 1 кГц; за время измерения на счетчик поступило 360 пачек импульсов; фазометр показал 60,000 градусов.


назад | оглавление | вперёд