Измерение фазового сдвига - презентация, доклад, проект скачать

Нажмите для полного просмотра!

Содержание ▲

Вы можете ознакомиться и скачать презентацию на тему Измерение фазового сдвига. Доклад-сообщение содержит 34 слайдов. Презентации для любого класса можно скачать бесплатно. Если материал и наш сайт презентаций Mypresentation Вам понравились – поделитесь им с друзьями с помощью социальных кнопок и добавьте в закладки в своем браузере.

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

План лекции 1 Введение 2 Аналоговые фазометры 3 Цифровые фазометры

Слайд 4

Описание слайда:

В соответствии с ГОСТ 15094-69 приборы для измерения фазового сдвига и группового В соответствии с ГОСТ 15094-69 приборы для измерения фазового сдвига и группового времени запаздывания относятся к подгруппе Ф включают: Ф1 – установки и приборы для поверки измерителей фазового сдвига и группового времени запаздывания; Ф2 – измерители фазового сдвига; Ф3 – фазовращатели измерительные; Ф4 – измерители группового времени запаздывания. Фазовым сдвигом (ФС) называется модуль разности аргументов двух гармонических сигналов с одинаковой частотой. где ω1=ω2. Фазовый сдвиг является постоянной величиной при ω1=ω2 и не зависит от момента измерения. Фазовый сдвиг сигналов U1(t) и U2(t) можно определить по формуле: где T  период гармонического сигнала; ΔT интервал времени между моментами, когда сигналы находятся в одинаковых фазах, например при переходах через нуль от отрицательного к положительному значению

Слайд 5

Описание слайда:

для выражения φ в градусах: По схеме построения различают аналоговые и цифровые измерители фазового сдвига. Для измерения в области низких частот используют фазометры без преобразования частоты. При измерениях в диапазоне высоких частот применяют гетеродинное или стробоскопическое преобразования частоты, позволяющие расширить частотный диапазон измеряемых сигналов. Для негармонических сигналов вместо ФС используют задержку по времени между сигналами и ее измерение.

Слайд 6

Описание слайда:

Среди аналоговых фазоизмерителей различают: Среди аналоговых фазоизмерителей различают: осциллографические методы измерения ФС компенсационные фазометры стрелочные фазометры Которые в свою очередь делят на: корреляционные фазометры триггерные фазометры Кроме того, разработаны оптимальные алгоритмы оценки ФС в условиях воздействия на измеряемый сигнал шумовых помех. В зависимости от вида развертки осциллографа различают три метода измерений ФС: метод линейной развертки метод синусоидальной развертки метод круговой развертки

Слайд 7

Описание слайда:

В каналы вертикального отклонения осциллографа подают напряжения и На экране будут наблюдаться два гармонических сигнала Значение фазового сдвига определяется путем измерения длины отрезков ab и ac: Погрешность измерения определяется неточностью измерения отрезков ab и ac, нелинейностью развертки, влиянием фазовых характеристик каналов и т. д. Суммарная относительная погрешность измерения обычно составляет .

Слайд 8

Описание слайда:

Пусть измеряется значение фазового сдвига между напряжениями и Мгновенные отклонения луча на экране осциллографа по осям X и Y и После подачи двух напряжений на пластины осциллографа на экране появится простейшая фигура Лиссажу – эллипс. Значения большой и малой полуосей эллипса А и B связаны со значением ФС уравнением: из которого можно определить значение фазового сдвига как:

Слайд 9

Описание слайда:

Позволяет выполнять измерения ФС в пределах с указанием знака. На На рис. 6.3 представлены схемы подачи напряжений на пластины осциллографа и изображения на экране электронно-лучевой трубки для различных случаев: a  при отсутствии напряжения ; б  при положительном значении ; в  при отрицательном значении ; г  при синфазных сигналах; д  при противофазных сигналах. Данный способ является более точным, чем метод синусоидальной развертки. Кроме того, получают прямой отсчет фазового угла с указанием знака.

Слайд 10

Описание слайда:

Компенсационные методы измерения состоят в компенсации имеющегося значения ФС между напряжениями. Для компенсации применяют градуированный фазовращатель и индикатор нуля фазового сдвига. Результат измерения ФС считывают со шкалы градуированного фазовращателя. В качестве индикатора нулевого фазового сдвига между напряжениями может быть применен, например, осциллограф в режиме синусоидальной развертки. При нулевом значении фазового сдвига между напряжениями на экране появится наклонная прямая линия, свидетельствующая о том, что имеющийся ФС между сигналами скомпенсирован образцовым фазовращателем. Значение фазового сдвига между напряжениями, подаваемыми на пластины осциллографа, считывается по шкале образцового фазовращателя.

Слайд 11

Описание слайда:

Значение фазового сдвига определяется по формуле U0  постоянная составляющая последовательности прямоугольных импульсов на выходе триггера (точка 4 на эпюрах), определяемая как q – скважность импульсной последовательности

Слайд 12

Описание слайда:

Измерительный прибор магнито- электрической системы, находящийся на выходе триггера, выделяет постоянную составляющую последовательности прямоугольных импульсов U0, пропорциональную значению фазового сдвига между напряжениями U1(t) и U2(t). Триггерным фазометрам присущи следующие недостатки: Фазометр имеет большую погрешность из-за ухода нулевой линии: Погрешность Δφ может достигать значений 1.5° – 3.0°

Слайд 13

Описание слайда:

Имеется мертвая зона , определяемая временем разрешения триггера: Величина мертвой зоны определяется выражением где τp  время разрешения триггера (минимальный интервал времени между импульсами на входах S и R, при котором они воспринимаются триггером как раздельные).

Слайд 14

Описание слайда:

Значение фазового сдвига определяется по формуле Для уменьшения погрешностей обычно берут среднее значение интервалов: тогда результат измерения ФС будет равен:

Слайд 15

Описание слайда:

Данный фазометр позволяет исключить влияние четных гармоник входного сигнала на результат измерения ФС, а также мертвую зону Δφмз, уход нулевой линии также не вносит погрешность в результат измерения. Триггерные фазометры позволяют производить измерения фазового сдвига сигналов с погрешностью 1.50 – 30 на частотах до 1 МГц.

Слайд 16

Описание слайда:

При измерении фазового сдвига между напряжениями и может быть использована их взаимокорреляционная функция (ВКФ). Значение ВКФ зависит от величины фазового сдвига между напряжениями и максимально при Значение φ можно определить как

Слайд 17

Описание слайда:

Корреляционным методам измерения Корреляционным методам измерения фазовых сдвигов присущи следующие недостатки: Необходимость выполнения арифметических операций, наличие нелинейных элементов (перемножитель); Зависимость показаний от амплитуд входных сигналов Um1 и Um2. Достоинством данного фазометра является высокая помехоустойчивость и возможность работы при малых отношениях сигнал/шум.

Слайд 18

Описание слайда:

Многомерная условная функция распределения смеси сигнала и помехи имеет вид где у(t) – конкретная реализация смеси полезного сигнала S(t,φc) и помехи ξ(t); y1,y2,…,yn  независимые отсчеты входного процесса за время измерения Tu; n – общее число отсчетов; N0, σ2  спектральная плотность мощности и дисперсия помехи ξ(t) соответственно. Полученное выражение содержит зависимость от φc и может рассматриваться как функция правдоподобия Чтобы найти оценку соответствующую максимуму правдоподобия проведем преобразование:

Слайд 19

Описание слайда:

Поскольку σ2, N0 и y(t) считаются известными, то: Поскольку σ2, N0 и y(t) считаются известными, то: где k1 – постоянный коэффициент; Ec − энергия сигнала, накопленная за время измерения Tu при гармоническом сигнале S(t,φ) оптимальную оценку ФС сигнала S(t) принятого на фоне шума ξ(t), можно найти как:

Слайд 20

Описание слайда:

На выходе фазометра формируется оценка ФС гармонического опорного сигнала по формуле: На выходе фазометра формируется оценка ФС гармонического опорного сигнала по формуле: и − синфазная и квадратурная составляющие входного сигнала. погрешность оценки ФС ортогональным фазоизмерителем определяется выражением

Слайд 21

Описание слайда:

Выражение для функции правдоподобия φc − случайная фаза сигнала Корреляционный интеграл имеет вид где Sk(t,φk) - копия сигнала с начальной фазой φk. значение φkm, при котором наблюдается максимум величины Zφ на выходе коррелятора, может быть принято за оптимальную оценку фазы

Слайд 22

Описание слайда:

Одноканальная схема оптимального измерителя фазы: Одноканальная схема оптимального измерителя фазы: Зависимость Zφ от φk Фаза сигнала φc – случайная величина, которая может принимать значения от 0 до 3600 или от 0 до ±1800, а Δφk при точном измерении может быть меньше 10.

Слайд 23

Описание слайда:

Основные недостатки рассмотренной схемы одноканального оптимального измерителя фазы состоят в следующем: Основные недостатки рассмотренной схемы одноканального оптимального измерителя фазы состоят в следующем: время наблюдения в каждой точке много меньше общего времени, которое нужно затратить для получения отсчета; точное определение слабо выраженного максимума сопряжено со многими техническими трудностями и может вызвать значительные инструментальные погрешности; при работе со схемой необходимо выполнить ряд сложных операций: изменять ; наблюдать и фиксировать ; анализировать результаты наблюдений, находя точку, при которой максимальна. Многоканальная схема оптимального измерителя фазы.

Слайд 24

Описание слайда:

Схема измерения фазы со следящей системой Схема измерения фазы со следящей системой сигнал рассогласования, снимаемый с выхода фазового детектора, определяется разностью фаз сигнала и копии (φc и φk) в соответствии с выражением Особенности, отличающие эту схему от оптимальной: время отсчета tотсч и время наблюдения Tu существенно отличаются друг от друга, причем tотсч >> Tu. используется неидеальное опорное напряжение

Слайд 25

Описание слайда:

Классификация цифровых фазометров (ЦФ) по принципу построения. Классификация цифровых фазометров (ЦФ) по принципу построения. ЦФ с преобразованием фазовый сдвиг – напряжение

Слайд 26

Описание слайда:

Схемы преобразователей фазовых сдвигов в интервалы времени (φ->τ). Схема однополупериодного преобразователя φ->τ без исключения мертвой зоны триггера. Двухполупериодная схема без исключения мертвой зоны . Результат измерения ФС: Двухполупериодная схема с исключением мертвой зоны Значение ФС находят как: F – частота входного измеряемого сигнала; fкв − частота квантующих импульсов.

Слайд 27

Описание слайда:

nφi, nTi − число импульсов, попавших в интервалы tφi и Ti и − суммарное число импульсов, зафиксированное в K периодах входного сигнала. С учетом усреднения K результатов измерений, значение ФС:

Слайд 28

Описание слайда:

ЦФ с временем измерения, кратным периоду ЦФ с временем измерения, кратным периоду МВБ осуществляет оценку ФС по формуле

Слайд 29

Описание слайда:

Данные ЦФ реализуются на жесткой логике и не требуют применения микропроцессорных БИС.

Слайд 30

Описание слайда:

Значение N0 выбирают таким, чтобы выполнялось условие z – целое число. Отсюда N0 должно удовлетворять условию Значение ФС для такого фазометра определяется по формуле

Слайд 31

Описание слайда:

Структурная схема ЦФ с постоянным временем измерения Структурная схема ЦФ с постоянным временем измерения Достоинства ЦФ с постоянным временем измерения: высокая точность измерения ФС широкий частотный диапазон измеряемых сигналов большой динамический диапазон по амплитуде входных сигналов без применения каких-либо регулировок высокая временная стабильность прибора К недостаткам следует отнести низкую помехоустойчивость, пониженное быстродействие и наличие низкочастотной погрешности.

Слайд 32

Описание слайда:

В настоящее время используют два метода, реализующие цифровое измерение ФС с ортогональной обработкой сигналов: с аналоговым перемножением. с дискретной обработкой. Помеха математически выражается следующим образом: ξ0(t) − белый или коррелированный шум; UmПi, ωПi, φПi − соответственно амплитуда, частота и фаза i-й гармоники, сосредоточенной по спектру помехи; n – общее число гармоник. Значения, зафиксированные счетчиками, составляют

Слайд 33

Описание слайда:

Фазоизмеритель с ограниченными сигналами Фазоизмеритель с ограниченными сигналами Достоинства фазоизмерителя с ограниченными сигналами: широкий динамический диапазон входных сигналов возможность работы в широком частотном диапазоне представление сигналов меньшим числом разрядов применение в весовых методов измерения ФС К недостаткам следует отнести увеличение погрешности измерения ФС при увеличении отношения сигнал/шум

Слайд 34

Описание слайда:

Систематическая погрешность измерения ФС ортогональным фазометром с ограниченными сигналами при различных значениях отношения сигнал/шум q Систематическая погрешность измерения ФС ортогональным фазометром с ограниченными сигналами при различных значениях отношения сигнал/шум q Для уменьшения систематической погрешности применяют различные методы, например: метод поправок, методы фильтрации, компенсации погрешностей и т. д.