30. Zasada pomiaru dalmierzami fazowymi i impulsowymi

• Ogólna zasada działania dalmierzy

Pomiar czasu, w ciągu którego sygnał pomiarowy przebywa drogę 2AB (A, B- końce mierzonego odcinka).

D=(vτ)/2,

v-prędkość fali elektromagnetycznej, t- czas propagacji fali tam i z powrotem.

Problemy:

- znajomość średniej prędkości sygnału pomiarowego w danym ośrodku:

v=c/n,

c- prędkość fali elektromagnetycznej w próżni, n- współczynnik załamania zależny od warunków atmosferycznych i od długości fali: n=f(t,p,e,λ);

- wystarczająco dokładny pomiar czasu.

• Impulsowe

Impuls - krótkotrwały przebieg pewnej wielkości fizycznej (np. napięcie elektryczne, natężenie światła lub dźwięku).

Zasada pomiaru - ogólna zasada działania dalmierzy, przy założeniach, że sygnałem pomiarowym jest impuls.

Wielkość τ przedstawiona jako odstęp czasu między chwilami tw i tp, w których impuls nadawany przekracza próg Upn, a impuls odbierany próg Upo.

Zasada cyfrowego pomiaru czasu:

Zliczanie w czasie biegu impulsu sondującego wzorcowych impulsów zegarowych o dokładnie „odmierzonym” okresie powtarzania Tz. Początek zliczania, czyli „start”, określa chwilę tw wyjścia impulsu sondującego, a koniec zliczania, czyli „stop”, chwilę tp powrotu tego impulsu po jego retransmisji.

τ=T1+NTz+T2

N- całkowita liczba okresów Tz, T1- odstęp czasu między impulsem „start” a początkowym zliczanym impulsem zegarowym, T2 - odstęp czasu między ostatnim zliczanym impulsem zegarowym a impulsem „stop”.

Oznaczając Δt=T1+T2=Tzr

r- liczba ułamkowa oznaczająca resztę okresu Tz (z przedziału 0;1)

t=Tz(N+r)

Zliczane są tylko „całkowite” impulsy, z pominięciem reszty Δt - jest to więc błąd pomiaru. Sposób na zwiększenie dokładności pomiaru, poprzez dokładny pomiar tej reszty - ekspanderowa interpolacja czasu.

• Fazowe

Stosowany jest ciągły sygnał pomiarowy w formie fali sinusoidalnej. Pomiar czasu odbywa się pośrednio - poprzez pomiar różnicy fazy fali opuszczającej nadajnik i fazy tej samej fali powracającej po retransmisji do odbiornika.

Różnica fazy sygnału na wyjściu z nadajnika i fazy na wejściu do odbiornika mierzona jest w układzie fazomierza. Różnica ta to przesunięcie/opóźnienie fazowe φ. W fazomierzu, do którego przekazywane są równocześnie sygnał wychodzący o fazie φ_AN i powracający o fazie φ_AO, tworzona jest różnica φ obydwu tych faz. φ składa się z liczby całkowitej N pełnych kątów 2π oraz z kąta niepełnego Δφ zwanego resztą

φ=N2π+Δφ

Po różnych skomplikowanych, niepotrzebnych nam obliczeniach uzyskujemy wzór:

D=(λ/2)*(N+R)

R=(Δφ)/(2π)

Widać więc analogię do pomiaru taśmą - całkowita liczba N pełnych odłożeń odcinka λ/2 plus reszta R λ/2. Fazomierz odczytuje jedynie R, natomiast N określa się na różne sposoby (np. metody skokowych zmian częstotliwości w szerokich/wąskich granicach)

[Jako, że opisuję jedynie ogólne zasady, nie piszę nic o smaczkach poruszanych na ETP, np. ekspanderowy interpolator czasu czy wspomniane metody wyznaczania N. Na wyraźne życzenie mogę to dopisać, ale myślę, że to zbędne, bo nikt nie zdąży się tego nauczyć.]

---