Цифровой фазометр лазерного интерферометра
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
Курсовая работа
"Цифровой фазометр лазерного интерферометра"
Техническое задание
Провести компьютерное моделирование методов измерения фазового сдвига двух синусоидальных сигналов с заданными характеристиками.
№6 f (Гц) 600U вх (мВ) 300
Работа включает следующие методы измерения фазы:
.Измерение по осциллограммам исследуемых напряжений;
2.Измерение методом эллипса (фигуры Лиссажу);
.Преобразование фазового сдвига во временной интервал;
.Разработка функциональной и электрической схемы цифрового фазометра.
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 (?t+?0) 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 (?t+?1), a U2 (t) =U2msin (?t+?2), то по определению угол сдвига фаз ?? равен ??=|?1 - ?2|.
Рис 1. Гармонические колебания со сдвигом по фазе
Если ?1 и ?2 постоянные, то ?? от времени не зависит. При ?? = 0 гармонические напряжения называются синфазными, при ?? = ? - 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.
цифровой фазометр лазерный интерферометр
1. Исследование фазового сдвига по осциллограммам исследуемых напряжений
Собрать схему из двух генераторов синусоидального напряжения частотой 600 Гц. У одного из генераторов устанавливаем фазовый сдвиг (например, 120 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 ?t=T2-T1=0.5 мс.
Период колебания Т0=1/600 Гц=0.0016с=1.6 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 ? (град) +45+90+135-45-90-135?t (мс) 0.20.40.651.41.251Т0 (мс) 1.61.61.61.61.61.6? измеренное (град) 4590146-45-81-135
Точность этого способа не высока. Погрешность зависит от:
неточности измерения временных интервалов,
нелинейности развертки.
Погрешность измерений составляет обычно 10 %.
2. Исследование фазового сдвига методом эллипса
Исследуемые напряжения, как и в предыдущем случае, подаются на входы осциллографа. Но вместо временной развертки сигналов (режим Y/T) активизируется режим B/A или A/B (рис 2.1).
Рис 2.1 Схема включения и осциллограмма
При одинаковой амплитуде сигналов на экране отображается эллипс с осями А - малая и В - большая ось. Фазовый сдвиг связан с размерами эллипса соотношением
?/2=A/B или ?=2arctg (A/B)
Для разных фазовых сдвигов сохранить в отчете осциллограммы, а результаты измерений записать в таблицу.
Фазовый сдвиг генераторов ? (град) +45+90+135-45-90-135А (мм) 326076326076В (мм) 786032786032? измеренное (град) 42901304290130
Метод эллипса не позволяет однозначно определить фазовый сдвиг в диапазоне (0…360) 0. Это видно из осциллограмм на рис 2.2.
Рис 2.2 Осциллограммы для разных фазовых сдвигов.
Неоднозначность измерения имеет место для фазовых сдвигов:
<?<900 и 270<?<3600;
<?<1800 и 180<?<2700;
?=900 и ?=2700
Погрешность измерения фазового сдвига методом эллипса зависит от точности измерения длин осей, размера осциллограммы, точности фокусировки луча на экране и обычно составляет (2…5) 0.
:
:
:
3. Цифровой фазометр
Цифровой способ измерения фазового сдвига включает две основные операции:
Преобразование фазового сдвига в интервал времени;
Измерение интервала времени методом дискретного счета.
3.1 Преобразование фазового сдвига в интервал времени
Выполняется компаратором с гистерезисом - триггером Шмита U1 и U2. Этот элемент находится в корзине EWB Logic Gates под названием Schmitt Triggered Invertor.
Статья Help приведена ниже.Triggercomponent is basically a comparator with hysteresis. The internal comparator voltages are changed each time the output changes state (high to low or low to high).also:Block (Controls parts bin)Schmitt trigger outputs:
if the voltage is rising and Vin > Vtg+
if the voltage is falling and Vin < Vtg-+= 1.6 V (Vih)= 0.9 V (Vil)may be found in pulse and digital communications systems where noisy digital signals are frequently encountered and are required to be "cleaned up" into reliable digital signals without ambiguity.the example shown below, the Schmitt trigger is processing a noisy triangle waveform into a clean logic level pulse. The "noisy" waveform is produced by a 1.4v peak to peak sine wave superimposed on a clean triangular waveform representing the original signal before noise degradation.the input rises with less than 1,6V, the output is high. After the input crosse