Виды преобразователей частоты. Принцип действия.

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 19Следующая ⇒

в радиоизмерительных приборах широко применяются специфические преобразователи - преобразователи частоты, которые изменяют частотный спектр

Свойства преобразователя физических величин и масштабных преобразователей как свойств измерений описываются несколькими общими для всех преобразователей параметрами:

1. Функция преобразования, описывающая зависимость выходной величины как функции от входной величины как аргумента

. (5.6)

Для применений в измерительных приборах практически всегда, кроме особых случаев, предпочтительно иметь линейную зависимость

, (5.7)

где - постоянный коэффициент преобразования преобразователя.

Преобразователь считается идеально линейным, если не зависит от значения входной величины, то есть . Линейность - это важная метрологическая характеристика преобразователя, влияющая на его погрешность.

2. Второе свойство преобразователя - это быстродействие. Всякие физические процессы и явления, сопровождающиеся наполнением, запасанием энергией, инерционны и протекают с конечными скоростями. Для изменяющихся по синусоидальному закону во времени величин коэффициент преобразования зависит от частоты ω. Инерционность и быстродействие преобразователей в радиоизмерительных приборах описывают частотной характеристикой. Различают амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики.

3. В состав радиоизмерительного прибора часто входят выносные первичные преобразователи, которые конструктивно отделены от других составных частей. Например, в состав измерителя напряженности поля включается как самостоятельное изделие измерительная антенна, которая по существу служит первичным преобразователем измеряемой величины - напряженности поля [В/м] - в напряжение постоянного тока с коэффициентом преобразования , которую иногда называют действующей длиной или высотой. Для самостоятельных (выносных) преобразователей, у которых значения следует использовать для расчета результата измерения , нормируют, то есть указывают в формуляре или паспорте преобразователя, погрешность значения . Если значения и Ψ зависят от частоты, то указывают зависимости и в виде формул, таблиц или графиков.

4. Иногда для выносных преобразователей или для преобразователей, используемых как самостоятельные изделия, указывают зависимость коэффициента преобразования от влияющих факторов, например, от условий внешней среды - температуры, давления, влажности и других внешних воздействий. Эту зависимость указывают в виде относительных изменений , например, .

Меры сдвига и разности фаз.

Фазовращателем называется устройство, с помощью которого вводится в электрическую цепь известный и регулируемый фазовый сдвиг. Если фазовращатель используется в качестве меры фазового сдвига, то к нему придается шкала, градуировочный график или таблица, позволяющие производить отсчет вносимого фазового сдвига. Конструкция, принцип действия фазовращателя зависят от диапазона частот, для которого он предназначен.

Низкочастотные фазовращатели создают на основе неуравновешенного четырехплечного моста (рис. 6.18).

На плечи и равных сопротивлений подают входное напряжение . Плечи и являются фазосдвигающими: напряжения и сдвинуты относительно друг друга на 90°. Сумма этих напряжении всегда равна входному напряжению. Сопротивление можно изменять от нуля до бесконечности; емкость постоянна. При изменении сопротивления значения и изменяются. На векторной диаграмме (рис. 6.19) показано взаимное расположение векторов напряжений в этой схеме. Выходное напряжение снимается с диагонали моста и его вектор при изменении сопротивления резистора описывает полуокружность. Из рассмотрения векторной диаграммы следует, что , а . Таким образом, при изменении сопротивления резистора от нуля до бесконечности фазовый сдвиг изменяется от 0 до 180°, если . Практически между нагрузкой и выходом фазовращателя включают усилитель или повторитель с конечным , так что пределы изменения фазового сдвига составляют приблизительно от 10 до 160°.

Такой фазовращатель предназначен для работы на одной частоте. При переходе на другую частоту необходимо использовать другой градуировочный график или подключать другой конденсатор.

Схема рис. 6.20 обеспечивает фазовый сдвиг от 0 до 360°. Изменение фазы на выходе фазовращателя при данной частоте и постоянной емкости конденсаторов осуществляется одновременным и одинаковым изменением сопротивлений сдвоенных резисторов и . Емкостные фазовращатели применяются при низких частотах сигналов. В конечном счете в фазовращателе производится преобразование сопротивления в фазовый сдвиг относительно . Сам фазовращатель является перестраиваемой многозначной мерой фазового сдвига.

Для сверхвысоких частот применяют фазовращатели, принцип действия которых основан на изменении электрической длины тракта. К таким фазовращателям относятся фазовращатели тромбонные и диэлектрические. Волноводный фазовращатель (рис. 6.21) включает фазовый сдвиг, пропорциональный удвоенному перемещению U-образной подвижной части:

где - длина волн в волноводе.

Таким образом, отсчитывая перемещение подвижной части, определяют изменение сдвига фазы. Диэлектрический волноводный фазовращатель (рис. 6.22) состоит из отрезков волновода, внутри которого параллельно вектору E электромагнитного поля помещена тонкая пластина из высококачественного диэлектрика. Форма пластины подбирается такой, чтобы отражения от нее были минимальными. При ее перемещении от узкой стенки к оси волновода изменяется длина волны в частично заполненном диэлектриком волноводе и, следовательно, изменяется электрическая длина при фиксированной геометрической длине. Отсчет перемещения производится по микрометрическому винту, отградуированному в значениях фазового сдвига. Аналогичным образом действует ферритовый фазовращатель, в котором вместо диэлектрика применяется специальный феррит, а изменение

в области, частично заполненной ферритом, обеспечивается изменением тока подмагничивания феррита. В этом случае отсчет

производится по изменению значения тока подмагничивания.

⇐ Предыдущая 9 10 11 12 131415 16 17 18 Следующая ⇒