تبلیغات اینترنتیclose
فازمترديجيتال

هر چه جهان به سمت آينده پيش مي رود وقدم فراتر مي گذاريم دنياي صنعت وتكنولوژي در راه پيشبرداهداف بشريت پيشرفت روزافزوني دارد چنانچه افزايش دقت ،كاهش هزينه ،سرعت براي كاهش اتلاف وقت وغيره مد نظر است.

فازمتركه ذره اي از اين دنياي تكنولوژي است از اين قاعده مستثني نبوده ودر مورد آن مي توانيم بگوييم كه هر چه خطاي اندازه گيري كمتر باشد فازمترازدقت بيشتري برخوردار است ونيز هرچه سرعت اندازه گيري بيشتر باشد زمان كمتري را مصرف كرده ايم

اين دو مورد از ويژگي هاي است كه بايد در طراحي وساخت فازمتر منظور گردد.

به عنوان نمونه در يك نشريه تجاري منتشر شده درسال 1970فاز متري معرفي شد كه دقتي در حدود3درجه از 10HZ تا 30KHZ دارد.

واضح است كه اين وسيله براي تجهيزات صوتي مدرن مناسب نيست وديگر آنكه فازمتر وسيله اي كاملا اختصاصي است

خيلي از مهندسين وتكنسينهاتغيير فاز رابا كمك شكل هاي تخميني اندازه مي گيرندكه هيچ يك نتيجه هاي كاملا دقيق را نمي دهند.

فازمترها وسايل كميابي مي باشند كه به ندرت در آزمايشگاه ياكارگاه يافت مي شوند شايد به اين دليل كه تكنيك هاي ديجيتال معتبربوجود آيند طراحي يك فازمترخواندني بي واسطه دقيق كار بسيار مشكلي است

طراحي و ساخت فازمتر:

فاز متر وسيله اي است كه اختلاف بين دو سيگنال را اندازه گيري مي كند. طرح اصلي از نمودار بلوكي فازمتر در شكل 4-1 گرد آوري شده است كه اختلاف فاز را در خروجي به ما مي دهد.

عنصر حس كننده اوليه:

ابتدا سيگنال هاي آنالوگ اعمل شده به قسمت شاخص قبل از اينكه پردازش شوند ديجيتال مي شوند. زمانيكه سيگنال هاي متناوب به ميان آورده مي شوند كار بسيار ساده مي گردد: قسمت مثبت سيگنال ها به منطق پايين 0 و قسمت منفي به منطق بالا 1 تبديل مي شوند.

استفاده از سيگنال هاي ديجيتال شده به عنوان پالس ساعت بر يك مدار دو حالته پايدار1 يك سيگنال ديجيتال خروجي كاملاً قرينه را ضريب 50% با فركانسي برابر نصف فركانس سيگنال ورودي تامين مي كند. اين امر تضمين مي كند كه اندازه هاي مختلف سيگنال ها در قسمت مثبت و منفي نيم پرويدها،‌ نويز و ديگر سيگنال هاي ناخواسته هيچ اثري بر روي دقت اندازه گيري نداشته باشد

. اختلاف زماني بين لبه هاي هدايت سيگنالهاي خروجي از مدارهاي پايدار دوحالته مقياسي از جابه جايي فاز بين دو سيگنال ورودي است كه توسط تراشه 4030 گه شامل گيت هاي XOR مي باشد اين اختلاف زماني را به دست مي آوريم

به عبارتي خروجي گيت XOR در مدت اين اختلاف زماني High باشد. نسبت عرض منطق بالاي سيگنال High در خروجي گيت XOR به سيگنال خروجي مدار پايه دو حالته FF1 جابجايي فاز را مي دهد كه فقط بايد به درجه تبديل شود. عرض پالس خروجي گيت XOR در هر زمان به وسيله اينكه چقدر سيگنال B از A عقب تر است تعيين مي شود. بنابراين پالس، يك اختلاف فازي را از 0 درجه تا 360 درجه نشان مي دهد.

زمانيكه مقدار عقب ماندگي پس فازي سيگنال A نسبت به B براي اندازه گيري مثبت باشد توسط گيت XOR دومي خروجي را معكوس مي كنيم. يك ورودي اين گيت به يك سوئيچ وصل است زمانيكه اين سوئيچ فشار داده مي شود اين ورودي به زمين متصل مي شود در اين صورت خود سيگنال را در خروجي گيت XOR داريم

. به عبارتي اگر سيگنال را با منطق پايين صفر به گيت XOR دهيم در خروجي همان سيگنال اوليه را داريم و در صورتي كه سوئيچ فشار داده نشوند ورودي گيت XOR يك بوده و در خروجي اين گيت معكوس سيگنال ورودي را داريم به عبارتي هر سيگنال با منطق بالا(يك) XOR شود خروجي گيت XOR معكوس آن سيگنال را به ما مي دهد

مدارهاي پايدار يك حالته MMV1 و MMV2 به وسيله LED ها مشخص مي كنند كه سيگنال هاي قابل استفاده ؛ سيگنال هايي گه بايد اختلاف فاز آنها اندازه گيري شود، در ورودي هاي مربوطه موجودند. به عبارتي زماني كه سيگنال هاي ورودي براي اندازه گيري مناسب باشد LED ها روشن مي شوند.

عنصر تغييرمتغير

قبلاً گفتيم كه عرض پالس در خروجي گيتXOR يك مقياس از جابجايي فاز است، حالا بايد بتوانيم آن را به درجه تبديل كنيم. بدين منظور از يك مدار آنالوگ ساده به صورت انتگرالگير كه يك فيلتر پايين گذر مي باشد استفاده مي كنيم.

اين مدار اختلاف فاز را به ولتا‍‍ژ تبديل مي كند كه از رابطه زير به دست مي آيد:

VO=1/RC∫Vd.dt=Vd/RCΔt

:Δt. اختلاف زماني بين لبه هاي هدايت سيگنال ها يا همان اختلاف فاز موجود در خروجي گيت XOR

R:مقاومت موجود در فيلتر پايين گذر

C:خازن موجود در فيلتر پايين گذر

Vd:ولتاژ دو سر مقاومت R در فيلتر پايين گذر

عنصر دستكاري متغير

به منظور كاهش خطاي اندازه گيري، از يك پتانسيومتر استفاده مي كنيم كه دو سر آن را با مقاومت هاي مناسب محدود كرده ايم. يكي از اين مقاومت هاي متصل شده به پتانسيومتر را به خروجي گيت XOR مي دهيم و مقاومت ديگر ار به زمين وصل مي كنيم. پتانسيومتر استفاده شده k 10 مي باشد و مقدار مقاومت هاي محدود كننده در دو سر پتانسيومتر از طريق آزمايشات عملي به دست آورده شدند.

هر يك از دو مقاومت سري شده به سري هاي پتانسيومتر در يك از باز هاي پايين، مياني و يا بالايي فركانسي باعث خطاي زيادي در اندازه گيري مي شدند.

از طريق آزمايش دريافتيم كه اگر مقدار مقاومت متصل شده به زمين نامناسب باشد در بازه ياني فركانس مثلا KHz10 باعث خطاي زيادي مي شود ويا اگر مقدار مقاومت متصل شده به گيت XOR نامناسب باشد در بازه بالايي فركانس فرضا KHz 20 يا KHz18 خطاي زيادي ايجاد مي گردد ودر صورتيكه هر دو مقاومت نامناسب باشند طبيعي است كه در رنج هاي مختلف فركانسي خطاي چشم گيري خواهيم داشت.

. پس با آزمايشات مكرر توانستيم مقدار مناسب براي مقاومت ها را بدست آوريم كه در اين محدوده فركانسي داراي خطاي بسيار كمي بودند.

سپس سروسط پانسيومتر را به ورودي مدار انتگرالگيري كه قبلاً درباره آن بحث كرديم متصل مي كنيم تا ولتاژ را در خروجي انتگرال داشته باشيم. سپس آن را توسط تقويت كننده CA3140 بافر مي كنيم و خروجي بافر را توسط مولتي متر كه روي 20V تنظيم شده اندازه مي گيريم. مقدار نمايشي روي مولتي متر همان اختلاف فاز تنظيم شده به درجه مي باشد كه براي به حداقل رساندن خطاي اندازه گيري بايد پتانسيو متر متصل به مدار انتگرالگير را تنظيم كنيم.

بدين منظور ورودي هاي آن را به هم متصل مي كنيم يا يك سيگنال براي هردو ورودي مي دهيم و پتانسيومتر را آنقدر تغيير مي دهيم تا مولتي متر عدد صفر را نشان دهد با اين كار خطا را به مي ني مم مقدار خود مي رسانيم.

عنصر نمايش داده ها

در اين مرحله ولتاژ خروجي از بافر ‍CA3040 كه به صورت آنالوگ ميباشد وارد مدار بعدي كه مبدل انالوگ به نمايشگر است ميشود .اين مدار شامل تراشه 7107 بوده كه يك ولت متر AC كامل است وبراي كار با نما يشگر آند مشترك بكار ميرود

اين تراشه كار بردهاي فراواني براي تبديل مقادير آنالوگ به صورت عدد قابل نمايش مخصوصاً در سيستم هاي اندازه گيري شركت صاايران از جمله در مولتي متر ها پيدا كرده است.

همانگونه كه قبلاً گفته شد به ازاي هر ميلي متر كه در پايه IN قرار مي گيرد خروجي آن را به عدد نمايش مي دهد.

. فرضاً اگر در ورودي مقدار 100 ميلي متر ولت قرار گيرد در خروجي عدد 100 نمايش داده مي شود و اين كار ما را خيلي راحت مي كند در ضمن متذكر مي شويم كه در ورودي اين تراشه تا 2 ولت مي توان قرار داد. براي ساختن مقادير ديگر نيز مي توان از يك تقسيم مقاومتي در ورودي استفاده نمود.

ولتاژ خروجي در تراشه CA3140 در محدوده فركانسي 20KHz تا 2/5KHz به ترتيب داراي مقادير 3/6V تا 3/3V مي باشد و از محدوده فركانسي 2/5KHz تا 10KHz داراي مقادير 3/3V تا 4/05V مي باشد.

. بنابراين از يك مدار تقسيم مقاومتي استفاده كرده تا اعداد مذكور را به اعدادي تبديل كنيم كه در رنج صفر 200mV قرار داشته باشند و به اين صورت بتوان از اين مقادير در ورودي تراشه 7107 استفاده كرد.

بدين منظور از دو مقاومت در ورودي تراشه 7107 استفاده مي كنيم تا با استفاده از رابطه تقسيم مقاومتي ولتاژ هاي موجود در خروجي تراشه CA3140 را بر عدد 40 تقسيم كنيم و سر مقاومت R2 در محدوده فركانسي مذكور به ترتيب اعداد 90 mV تا 82/5 mV و اعداد 82/5mV تا 100/125 mV بدست آيد

v=(R2/R1+R2)*Vin

قبلاً گفتيم كه خروجي تراشه CA3140 كه يك DC است را توسط مولتي متر تنظيم شده روي 20V اندازه مي گيريم و عددي كه روي مولتي متر نشان داده مي شود همان مقدار اختلاف فاز برحسب درجه بدست مي آيد

. پس براي آنكه ما نيز در مدار خود كار مولتي متر را پياده كنيم بايد بتوانيم بين اعداد نمايشي بر روي مولتي متر (مقدار اختلاف فاز بر حسب درجه) و ولتاژ هايي كه در خروجي CA3140 توسط تقسيم مقاومتي به مقاديري بين صفر تا 200 ميلي ولت تبديل كرديم رابطه برقرار كنيم

بدين منظور توسط اعدا د نمايشي روي مولتي متر مقدار اختلاف فاز را در محدوده فركانسي 10Hz تا 20KHz بدست آوريم براي اين دو نوع ورودي A,B كه ما اختيار كرديم (به وسيله يك فيلتر پايين گذر در سيگنال A تغيير فاز ايجاد كرديم و سيگنال B را ساختيم)

در فركانس 19/90KHz مقدار اختلاف فاز 62 درجه و در فركانس 50Hz مقدار اختلاف فاز 10 درجه بدست آمد. همانطور كه ملاحظه مي شود تغييرات فاز بر حسب تغييرات فركانس به صورت يكنواخت نمي باشد و در يك محدوده داراي افزايش تغيير فاز و در محدوده ديگر داراي كاهش تغيير فاز مي باشيم.

بنابراين براي آنكه به صورت دقيق تر تغييرات را مشاهده مي كنيم سعي كرديم مقدار اختلاف فاز را در تعداد نقاط فركانسي بيشتري بدست آوريم.

پس با آزمايشات مستمر و مكرر دريافتيم كه از رنج فركانسي 20KHz تا تقريباً 2/5KHz مقدار اختلاف فاز افزايش مي يابد و از رنج فركانسي حدود 2/5KHz تا 10KHz مقدار اختلاف فاز كاهش مي يابد.

. پس از آن بايد نمودار ولتاژ خروجي در مدار تقسيم ولتاژ را بر حسب مقادير اختلاف فاز رسم كنيم و رابطه بين اين دو به دست آوريم.

سپس با توجه به رابطه بدست آمده بتوانيم مدار آن را بسازيم. بدين وسيله مقادير ولتاژ در خروجي مدار تقسيم ولتاژ در محدوده صفر تا 200 ميلي ولت را بر طبق نمودار بديت آمده به ولتاژ هايي برابر با مقادير اختلاف فاز تبديل مي كنيم.

به عنوان نمونه در فركانس 20KHz ولتاژ در خروجي مدار تقسيم ولتاژ 90mV مي باشد و اختلاف فاز نمايش داده شده 43 درجه مي باشد پس به وسيله مدار مربوط به اين رابطه ولتاژ 90mV را به ولتاژ 43mV تبديل مي كنيم و سپس خروجي ايم مدار كه ولتاژ 43mV مي دهد را به ورودي تراشه 7107 را متصل مي كنيم.

بنابراين روي نمايش گر هاي LED متصل به تراشه7107 عدد 43 را مشاهد مي كنيم واين همان اختلاف فاز مورد نظر در اين فركانس مي باشد.

در مورد ولتاژ هاي ديگر نيز به همين صورت است يعني ولتاژ تبديلي مدار مربوطه، بر سر ورودي تراشه 7107 آمده و سپس همان عدد بر روي نمايش گر مشاهده مي شود در اين مرحله سخت فاز متر ديجيتال به پايان مي رسد در مورد تراشه 7107 بايد دقت شود كه چون از رنج صفر تا 200 ميلي ولت اين تراشه استفاده مي كنيم.

پتانسيومتر به گونه اي تنظيم گردد كه ولتاژ بر روي پايه 36 كه همان Vref مي باشد برابر با 100 ميلي ولت مي باشد در غير اين صورت عدد نشان داده شده بر روي نمايش گر صحيح نمي باشد.

ايجاد پالس نشان دهنده اختلاف فاز

بلوك دياگرام كلي مدار به فرم زيرمي باشد:

همانطور كه در شكل مشخص براي ساختن موج دوم كه با موج اصلي داراي اختلاف فاز مي باشد نياز به يك

مدارسازنده اختلاف فاز داريم و در ادامه آنها رابه دوم بلوك اشميت تريگروارد مي كنيم كه موجهاي سينوسي ورودي را به موج مربعي تبديل مي كند.

سپس براي ساختن پالس حاصل از اختلاف فاز يكي از موج ها را معكوس كرده وبا موج ديگروارد يك بلوك AND

مي شويم و پس از آن پالس نشان دهنده اختلاف فاز را با يك موج مربعي كه فركانس آن فركانس كلاك مي باشدANDو ازآنجا وارد شمارنده و در نهايت نمايشگرها مي كنيم .

نتيجه گيري :

1- اختلاف فاز بين دو سيگنال الكتريكي وابسته به فركانس مي باشد و بر حسب فركانس تغيير مي كند.

2- با استفاده از مدارهاي دوحالته پايدار، سيگنال هاي ديجيتالي را كاملاً قرينه كرده به گونه اي كه فركانس خروجي مدار دو حالته پايدار نصف فركانس ورودي است و اين باعث مي شود كه اختلاف سطح سيگنال هاي مثبت و منفي نصف پريودها مي باشد و نويز و ديگر سيگنال هاي ناخواسته، بر روي دقت اندازه گيري هيچ تاثيري نگذارند.

3- زمانيكه كه سيگنال هاي A نسبت به B پس از فاز است گيت XOR دوم، خروجي گيت XOR اول را معكوس كرده و اختلاف فاز بين دو سيگنال را در خروجي به ما مي دهد. و زمانيكه سيگنال B از سيگنال A عقب تر است گيت XOR دوم با كمك سوئيچ (كليد فشاري)، در خروجي، اختلاف فاز بين دو سيگنال را مي دهد.

4- دقت اندازه گيري در حدود 5/0 درجه بر روي محدوده فركانسي Hz10 تا 20KHz مي باشد،‌ و در محاسبه تئوري كه اختلاف فاز بين دو سيگنال بدست مي آيد دقت اندازه گيري به ميزان دقت ديدن و خواندن شخص كه فاصله بين دو سيگنال و طول يك دوره تناوب سيگنال A را بر روي اسلوسكوپ مشاهده مي كند، بستگي دارد. بدين صورت كه هرچه مقادير صورت و مخرج دقيق تر خوانده شوند مقدار اختلاف اندازه گيري شده با مقدار اختلاف فاز محاسبه شده از رابطه تئوري تفاوت كمتري خواهد داشت.

چند نمونه از مقادير اختلاف فاز كه توسط دستگاه اندازه گيري شده اند

واز طريق تئوري نيز محاسبه شده اند در زير آمده است:

نكات عملي :

1- براي آنكه در صفحه نمايش گر پرش مشاهده نشود لازم است تغذيه تراشه 7107 كاملاً تنظيم شده باشد بنابر اين از تنظيم كننده 7805 براي ولتاژ تغذيه -5V ،‌ تنظيم كننده 7905 را به كار مي بريم.

2- هنگامي كه مدار تراشه 7107 را تنظيم نموديم در رقم اعشار نمايش گرها پرش مشاهده شد براي رفع اين مورد يك مقاومت 100k را از سر ورودي به سر وسط پتانسيومتر (پايه 36) وصل نموديم.

3- در تراشه 7107 بايد Vref تنظيم شود. در صورتي كه ورودي اين تراشه از رنج صفر تا 200 ولت استفاده شود. پتانسيومتر بايد به گونه اي تنظيم گردد كه ولتاژ بر روي پايه 36 كه همان Vref است برابر 100 ميلي ولت باشد. در غير اين صورت عدد نمايش داده شده بر روي نمايش گرهاي LED صحيح نيست.

در اين حالت مقادير اختلاف فاز بين دو محدوده صفر تا 180 درجه و صفر تا 180- مي باشد كه علامت مثبت و منفي را توسط يك ضريب تعيين مي كند حالا اگر بخواهيم محدوده اختلاف فاز بين صفر تا 360 درجه باشد با توجه به اطلاعاتي كه در مورد تراشه 7107 داريم بايد در ورودي اين تراشه از رنج صفر تا 2V استفاده كنيم.

و Vref روي يك ولت تنظيم گردد. در اين حالت در مدار تقسيم مقاومتي از دو مقاومت K 1 و K3 استفاده مي كنيم تا خروجي بافر بر عدد 4 تقسيم شود و ورودي بين صفر تا 2V باشد.

4- براي آنكه خطاي اندازه گيري را كم كنيم بايد پتانسيومتر P5 تنظيم شود بدين صورت كه دو ورودي را به هم متصل مي كنيم و پتانسيومتر را آنقدر تغيير مي دهيم تا بر روي نمايش گرها عددصفر نشان داده شود.

5- سيگنال هاي آنالوگ ورودي به يك سيگنال ديجيتال در تراشه شماره 3 (كانال A ) و تراشه شماره 4 (كانال B) تبديل مي شود براي تنظيم Offset آنها بايد از پتانسيومتر P5 و P4 استفاده كنيم.

بدين صورت كه براي ورودي ها يك سيگنال a.f سينوسي در سطحي حدود 10mV به كار مي بريم و P3 را چنان تنظيم مي كنيم تا مقايسه كننده تراشه شماره 3 در نقطه عبوري صفر كاملاً متقارن مي باشد و در نهايت P4 را تنظيم مي كنيم تا نمايش گر يك اختلاف فاز صفر درجه را نشان دهد.

6- در آزمايش هايي كه انجام شد مشاهده گرديد كه اگر مولتي متر روي رنج 2V تنظيم گردد مقدار اختلاف فاز را با رقم اعشاري بر روي نمايشگر ها خواهيم داشت. به عبارتي اندازه گيري با دقت بيشتري انجام مي گيرد

صفحه قبل صفحه بعد
نظر شما
نام : *
پست الکترونیک :
وب سایت/بلاگ :
*
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O @};-
:B /:) =D> :S
کد امنیتی : *


برچسب ها: ,
موضوع : | لينك ثابت
نوشته شده در تاريخ پنجشنبه 20 مهر 1391 توسط حميد تلك آبادي