相位差測量課件.ppt

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1、第6章相位差測量6.1概述6.2用示波器測量相位差6.3相位差轉(zhuǎn)換為時間間隔進(jìn)行測量6.4相位差轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行測量6.5零示法測量相位差6.6測量范圍的擴(kuò)展習(xí)題六6.1概述振幅、頻率和相位是描述正弦交流電的三個“要素”。以電壓為例，其函數(shù)關(guān)系為（6.1-1）式中：Um為電壓的振幅；為角頻率；為初相位。設(shè)，稱瞬時相位，它隨時間改變，是t=0時刻的瞬時相位值。兩個角頻率為的正弦電壓分別寫為(6.1-2)它們的瞬時相位差(6.1-3)顯然，兩個角頻率不相等的正弦電壓(或電流)之間的瞬時相位差是時間t的函數(shù)，它隨時間改變而改變。當(dāng)兩正弦電

2、壓的角頻率時，則有(6.1-4)由此可見：兩個頻率相同的正弦量間的相位差是常數(shù)，并等于兩正弦量的初相之差。在實(shí)際工作中，經(jīng)常需要研究諸如放大器、濾波器、各種器件等的頻率特性，即輸出輸入信號間幅度比隨頻率的變化關(guān)系(幅頻特性)和輸出輸入信號間相位差隨頻率的變化關(guān)系(相頻特性).尤其在圖像信號傳輸與處理、多元信號的相干接收等學(xué)科領(lǐng)域，研究網(wǎng)絡(luò)(或系統(tǒng))的相頻特性顯得更為重要。相位差的測量是研究網(wǎng)絡(luò)相頻特性中必不可少的重要方面，如何使相位差的測量快速、精確已成為生產(chǎn)科研中重要的研究課題。測量相位差的方法很多，主要有：用示波器測量；把相位

3、差轉(zhuǎn)換為時間間隔，先測量出時間間隔再換算為相位差；把相位差轉(zhuǎn)換為電壓，先測量出電壓再換算為相位差；與標(biāo)準(zhǔn)移相器的比較(零示法)等。本章對上述四類方法測量相位差的基本工作原理都作以介紹，但重點(diǎn)討論把相位差轉(zhuǎn)換為時間間隔的測量方法。6.2用示波器測量相位差一、直接比較法設(shè)電壓（6.2-1）為了敘述問題方便，并設(shè)式(6.2—1)中u2(t)的初相位為零。圖6.2—1比較法測量相位差將ul、u2分別接到雙蹤示波器的Y1通道和Y2通道，適當(dāng)調(diào)節(jié)掃描旋鈕和Y增益旋鈕，使在熒光屏上顯示出如圖6.2—1所示的上下對稱的波形。設(shè)u1過零點(diǎn)分別為A、

4、C點(diǎn)，對應(yīng)的時間為過零點(diǎn)分別為B、D點(diǎn)，對應(yīng)的時間為。正弦信號變化一周是360o,過零點(diǎn)A比u2過零點(diǎn)B提前出現(xiàn)，所以u1超前u2的相位，即u1與u2的相位差(6.2-2)式中：T為兩同頻正弦波的周期；為兩正弦波過零點(diǎn)的時間差。若示波器水平掃描的線性度很好，則可將線段AB寫為，線段，其中K為比例常數(shù)，則式(6．2—2)改寫為(6.2-3)量得波形過零點(diǎn)之間的長度AB和AC即可由式(6.2—3)計算出相位差。二、橢圓法在§5。6中講述了李沙育圖形法測量信號頻率，若頻率相同的兩個正弦量信號分別接到示波器的X通道與Y通道，一般情況下示波

5、器熒光屏上顯示的李沙育圖形為橢圓，而橢圓的形狀和兩信號的相位差有關(guān)，基于此點(diǎn)用來測量相位差的方法稱為橢圓法。一般情況下，示波器的Y、X兩個通道可看作為線性系統(tǒng)，所以熒光屏上光點(diǎn)的位移量正比于輸入信號的瞬時值。如圖6．2—2所示，u1加于y通道，u2加于X通道，則光點(diǎn)沿垂直及水平的瞬時位移量y和x分別為(6.2-4)式中為比例常數(shù)。設(shè)分別為(6.2-5)將式(6．2—5)代入式(6．2—4)得(6.2-6)式中Ym、Xm分別為光點(diǎn)沿垂直及水平方向的最大位移。由式(6．2—6)(b)得，代入式(a)得(6.2-7)式(6．2—7)是一

6、個廣義的橢圓方程，其橢圓圖形如圖6．2—30令式(6．2—7)中，求出橢圓與垂直、水平軸的交點(diǎn)分別等于(6.2-8)圖6.2—2橢圓法測量相位差圖6.2—3橢圓圖形由式(6，2—8)可解算得相位差圖6.2—4相位差刻度板設(shè)橢圓的長軸為A，短軸為B，可以證明相位差(6.2-10)如果在示波器熒光屏上配置一個如圖6．2—4所示的刻度板，測量時讀取橢圓長、短軸刻度，由式(6．2—10)可算出。由于橢圓總是與短軸垂直，測量視角小，同時短軸對甲的變化很敏感，因而測量誤差較小。還應(yīng)說及的是，示波器Y通道、X通道的相頻特性一般不會是完全一樣的，

7、這要引起附加相位差，又稱系統(tǒng)的固有相位差。為消除系統(tǒng)固有相位差的影響，通常在一個通道前接一移相器(如Y通道前)，在測量前先把一個信號，如，接入X通道和經(jīng)移相器接入Y通道，如圖6．2-5(a)所示。調(diào)節(jié)移相器使熒光屏上顯示的圖形為一條直線，然后把一個信號經(jīng)移相器接入Y通道，另一個信號接入X通道進(jìn)行相位差測量，如圖6．2—5(b)所示。圖6.2—5校正系統(tǒng)固有相位差6.3相位差轉(zhuǎn)換為時間間隔進(jìn)行測量一、模拔1式直讀相位計圖6．3-1(a)是模擬式直讀相位計的原理框圖，(b)是相應(yīng)的各點(diǎn)波形圖。圖6.3—1模擬直讀相位計原理框圖與各點(diǎn)波

8、形圖6.3—1模擬直讀相位計原理框圖與各點(diǎn)波形以電流為例，其平均電流（6.3-1）聯(lián)系式(6．2—2)，得（6.3-2）由于管子導(dǎo)通電流Im是固定的，所以相位差與平均電流I0成正比。二、數(shù)字式相位差計數(shù)字式相位差計又稱電子計數(shù)式相位差計，這種方法就