- •«Цифровой фазометр лазерного интерферометра»
- •Техническое задание
- •Введение
- •Исследование фазового сдвига по осциллограммам исследуемых напряжений
- •Исследование фазового сдвига методом эллипса
- •Цифровой фазометр
- •3.2. Исследование допустимого соотношения сигнал/шум на входе устройства.
- •3.3. Формирователь фазового сдвига с индикатором знака фазы
- •3.4. Цифровой фазометр
- •Заключение Литература
Курсовая работа
«Цифровой фазометр лазерного интерферометра»
Руководитель ктн, доц. Бабенко Валерий Павлович, кафедра ТООЭ
babenko@mirea.ru
Техническое задание
Провести компьютерное моделирование методов измерения фазового сдвига двух синусоидальных сигналов с заданными характеристиками.
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
f (Гц) |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
1100 |
1200 |
U вх (мВ) |
50 |
100 |
150 |
200 |
250 |
300 |
350 |
400 |
450 |
500 |
550 |
600 |
Диапазон измеряемых углов сдвига фаз, эл. град . . .± ( 0...180);
Диапазон рабочих частот, кГц . 100. . в соответствии с заданием;
Диапазон входных напряжений, мВ . 50. . . в соответствии с заданием;
Работа включает следующие методы измерения фазы:
Измерение по осциллограммам исследуемых напряжений;
Измерение методом эллипса (фигуры Лиссажу);
Преобразование фазового сдвига во временной интервал;
Разработка функциональной и электрической схемы цифрового фазометра.
Провести моделирование на основе программы Electronuics Work Bench (EWB).
Введение
Задача измерения сдвига фаз сигналов часто используется в электро и радио измерениях. Измерительные приборы, специально предназначенные для измерения угла сдвига фаз, называются фазометрами. Фазометр является основным узлом электронного обрамления современных оптических интерферометров.
Фазой гармонического напряжения U(t)=Umsin(ωt+φ0) называется аргумент функции U(t), описывающей колебательный процесс. Фаза гармонического напряжения является линейной функцией времени. Угол сдвига фаз представляет собой модуль разности фаз двух гармонических сигналов U1(t) и U2(t) одинаковой частоты. Таким образом, если U1(t)=U1msin(ωt+φ1), a U2(t)=U2msin(ωt+φ2), то по определению угол сдвига фаз Δφ равен Δφ=|φ1 - φ2|.
Рис 1. Гармонические колебания со сдвигом по фазе
Если φ1 и φ2 постоянные, то Δφ от времени не зависит. При Δφ = 0 гармонические напряжения называются синфазными, при Δφ = ±π - противофазными. Выбор метода измерения угла сдвига фаз зависит от диапазона частот, амплитуды сигнала и от требуемой точности измерения. Результат измерения выражается либо в градусах, либо в радианах.
Ниже рассматриваются часто используемые решения подобной задачи.
Исследование фазового сдвига по осциллограммам исследуемых напряжений
Собрать схему из двух генераторов синусоидального напряжения частотой f0 по заданию (на примере 100 Гц). У одного из генераторов устанавливаем фазовый сдвиг (например, 45 град). Контроль ведется с помощью двухлучевого осциллографа.
Рис 1.1. Схема измерений и результирующие осциллограммы
Реперы осциллографа устанавливаем на максимальные значения сигналов. И в правом нижнем углу берется отсчет Δt=T2-T1=3.6 мс.
Период колебания Т0=1/f0=1/100 Гц=0.0 1с=10 мс.
Фазовый сдвиг в градусах рассчитывается по формуле
Для разных фазовых сдвигов результаты измерений записать в таблицу. Положительный фазовый сдвиг условно считается при установке фазы генератора V1, а отрицательный – при установке фазы генератора V2.
Фазовый сдвиг генераторов φ (град) |
+45 |
+90 |
+135 |
-45 |
-90 |
-135 |
Δt (мс) |
1.3 |
2.5 |
3.6 |
8.8 |
7..5 |
6.3 |
Т0(мс) |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
φ измеренное (град) |
46.8 |
91 |
132 |
315 |
270 |
226 |
Точность этого способа не высока. Погрешность зависит от:
неточности измерения временных интервалов,
нелинейности развертки.
Погрешность измерений составляет обычно ±10 %.