[發(fā)明專利]高精度相位差測量方法與電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910153726.1
• 申請日: 2019-03-01
• 公開（公告）號: CN109765427B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 司朝良;張廣淵;鐘凌惠
• 申請（專利權(quán)）人: 山東交通學(xué)院
• 主分類號: G01R25/00
• 分類號: G01R25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于電子測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于集成鑒相鑒頻器和真有效值轉(zhuǎn)換器的高精度相位差測量方法和電路。本發(fā)明通過耦合與直流偏置電路的調(diào)節(jié)，利用高速比較器對兩路被測信號分別進(jìn)行整形，整形后的兩路信號再由集成鑒相鑒頻器比相，然后在微控制器的控制下，借助于繼電器的切換，利用真有效值轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換，由微控制器測算得到準(zhǔn)確的相位差參數(shù)，測量結(jié)果精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子測量技術(shù)領(lǐng)域的相位差測量技術(shù)，具體涉及一種基于鑒相鑒頻器和真有效值轉(zhuǎn)換器的高精度相位差測量方法與電路。

背景技術(shù)

在通信、儀器儀表等領(lǐng)域，為了實現(xiàn)特定的目的，經(jīng)常需要對兩個同頻率信號的相位差進(jìn)行測量。現(xiàn)有的相位差測量方法很多，最基本的測量手段是采用示波器進(jìn)行測量，也可以采用基于異或門的電壓測量法或脈沖計數(shù)法。

現(xiàn)有的相位差測量方法各有不同的缺點(diǎn)，示波器測量法受人為讀數(shù)因素的限制，測量精度較低；基于異或門的電壓測量法受異或門芯片工作頻率的限制，無法測量高頻信號，而且測量精度也不夠高；基于異或門的脈沖計數(shù)法測量精度有所提高，但對前端電路的性能要求過高，而且受異或門芯片和計數(shù)器、MCU的工作頻率限制，可測頻率更低。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述技術(shù)問題的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種測量準(zhǔn)確的高精度相位差測量方法與電路。

本發(fā)明的基于鑒相鑒頻器和真有效值轉(zhuǎn)換器的高精度相位差測量方法，其特別之處在于，包括以下步驟：a.選取一個PECL集成鑒相鑒頻器，設(shè)其兩個脈沖輸入端分別為R、V；選取四個同型號轉(zhuǎn)換型直流繼電器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)；b.將兩路待測輸入信號中的一路從輸入1端子引入，經(jīng)過第一耦合與直流偏置電路，輸入到第一PECL比較器的一個輸入端，第一PECL比較器的另一個輸入端接固定電平，第一PECL比較器的輸出連接到PECL集成鑒相鑒頻器的輸入端R；待測輸入信號中的另一路從輸入2端子引入，經(jīng)過第二耦合與直流偏置電路，輸入到第二PECL比較器的一個輸入端，第二PECL比較器的另一個輸入端接固定電平，第二PECL比較器的輸出連接到PECL集成鑒相鑒頻器的輸入端V；c.所述PECL集成鑒相鑒頻器的輸出端U接到繼電器J1(1)的中間觸點(diǎn)Z1，繼電器J1(1)的常閉觸點(diǎn)B1連接到繼電器J2(2)的常閉觸點(diǎn)B2，繼電器J1(1)的常開觸點(diǎn)A1經(jīng)過隔直流電容C2連接到第一真有效值轉(zhuǎn)換器的輸入端，第一真有效值轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到繼電器J2(2)的常開觸點(diǎn)A2，繼電器J2(2)的中間觸點(diǎn)Z2連接到第一A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入端；d.所述PECL集成鑒相鑒頻器的另一個輸出端接到繼電器J3(3)的中間觸點(diǎn)Z3，繼電器J3(3)的常閉觸點(diǎn)B3連接到繼電器J4(4)的常閉觸點(diǎn)B4，繼電器J3(3)的常開觸點(diǎn)A3經(jīng)過隔直流電容C3連接到第二真有效值轉(zhuǎn)換器的輸入端，第二真有效值轉(zhuǎn)換器的輸出端連接到繼電器J4(4)的常開觸點(diǎn)A4，繼電器J4(4)的中間觸點(diǎn)Z4連接到第二A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入端；e.選取一個微控制器MCU，通過繼電器控制電路控制繼電器J1(1)、J2(2)、J3(3)、J4(4)的觸點(diǎn)切換，并對第一A/D轉(zhuǎn)換器和第二A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量進(jìn)行測算；f.將一個頻率為1kHz的已知標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號同時加到所述輸入1端子和輸入2端子，MCU控制繼電器J1(1)的中間觸點(diǎn)Z1與常閉觸點(diǎn)B1連通、繼電器J2(2)的中間觸點(diǎn)Z2與常閉觸點(diǎn)B2連通、繼電器J3(3)的中間觸點(diǎn)Z3與常閉觸點(diǎn)B3連通、繼電器J4(4)的中間觸點(diǎn)Z4與常閉觸點(diǎn)B4連通，使得所述集成鑒相鑒頻器U端輸出的低電平電壓送到第一A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入端，所述集成鑒相鑒頻器端輸出的高電平電壓送到第二A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入端；MCU將第一A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量換算成電壓值，并記錄此低電平電壓U_L；MCU將第二A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量換算成電壓值，并記錄此高電平電壓U_H；MCU根據(jù)公式U_m＝U_H-U_L計算得到所述集成鑒相鑒頻器輸出鑒相脈沖的幅值U_m；g.將兩路待測信號分別從所述輸入1端子和輸入2端子引入，MCU控制繼電器J1(1)的中間觸點(diǎn)Z1與常閉觸點(diǎn)B1連通、繼電器J2(2)的中間觸點(diǎn)Z2與常閉觸點(diǎn)B2連通、繼電器J3(3)的中間觸點(diǎn)Z3與常閉觸點(diǎn)B3連通、繼電器J4(4)的中間觸點(diǎn)Z4與常閉觸點(diǎn)B4連通，MCU讀取第一A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量，換算成電壓值，經(jīng)過3以上次數(shù)的讀取與換算，如果每次得到的電壓值都相同并與所述低電平電壓U_L相同；MCU再讀取第二A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量，換算成電壓值，經(jīng)過3以上次數(shù)的讀取與換算，如果每次得到的電壓值都相同并與所述高電平電壓U_H相同，則MCU判斷兩路待測信號相位差θ為零；h.在步驟g中，如果MCU多次讀取并換算出的第一A/D轉(zhuǎn)換器輸出電壓值都相同并與所述高電平電壓U_H相同，而MCU多次讀取并換算出的第二A/D轉(zhuǎn)換器輸出電壓值都相同并與所述低電平電壓U_L相同，則MCU判斷兩路待測信號相位差θ為π；i.在步驟g中，如果MCU多次讀取并換算出的第一A/D轉(zhuǎn)換器輸出電壓值是變化的，則MCU控制繼電器J1(1)的中間觸點(diǎn)Z1與常開觸點(diǎn)A1吸合、繼電器J2(2)的中間觸點(diǎn)Z2與常開觸點(diǎn)A2吸合、繼電器J3(3)的中間觸點(diǎn)Z3與常閉觸點(diǎn)B3連通、繼電器J4(4)的中間觸點(diǎn)Z4與常閉觸點(diǎn)B4連通；MCU再讀取第一A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量，并換算成電壓值，此電壓值即為所述集成鑒相鑒頻器U端輸出的相位差脈沖電壓有效值U₁，MCU記錄此電壓有效值U₁，并判斷所述輸入1端子引入的信號相位超前所述輸入2端子引入的信號相位；MCU根據(jù)下述公式計算得到兩路待測信號的相位差θ：j.在步驟g中，如果MCU多次讀取并換算出的第二A/D轉(zhuǎn)換器輸出電壓值是變化的，則MCU控制繼電器J1(1)的中間觸點(diǎn)Z1與常閉觸點(diǎn)B1連通、繼電器J2(2)的中間觸點(diǎn)Z2與常閉觸點(diǎn)B2連通、繼電器J3(3)的中間觸點(diǎn)Z3與常開觸點(diǎn)A3吸合、繼電器J4(4)的中間觸點(diǎn)Z4與常開觸點(diǎn)A4吸合；MCU再讀取第二A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量，并換算成電壓值，此電壓值即為所述集成鑒相鑒頻器端輸出的相位差脈沖電壓有效值U₂，MCU記錄此電壓有效值U₂，并判斷所述輸入1端子引入的信號相位滯后所述輸入2端子引入的信號相位；MCU根據(jù)下述公式計算得到兩路待測信號的相位差θ：公式中的負(fù)號表示所述輸入1端子引入的信號相位滯后所述輸入2端子引入的信號相位；k.MCU將計算的相位差結(jié)果輸出到顯示器顯示。