一種電信號(hào)相位差的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電信號(hào)相位差的測(cè)量方法，也可以用于其它低頻率信號(hào)的相位差 測(cè)量，屬于信號(hào)檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在日常生活、生產(chǎn)過(guò)程中常常需要測(cè)量交流電信號(hào)的相位差，測(cè)量的相位差越準(zhǔn) 確，應(yīng)用的效果往往更好。在現(xiàn)有的相位差測(cè)量方法中，大多數(shù)采用將信號(hào)轉(zhuǎn)變成方波，然 后測(cè)量?jī)蓚€(gè)方波之間上升沿的時(shí)間差，從而得出兩個(gè)信號(hào)的相位差，但這種算法易于實(shí)現(xiàn) 但需要額外的硬件，且容易受到干擾的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中電信號(hào)的相位差測(cè)量精度不夠準(zhǔn) 確，提出了一種電信號(hào)相位差的測(cè)量方法。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：
[0005] -種電信號(hào)相位差的測(cè)量方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1)，以模擬或數(shù)字方法獲取至少兩個(gè)周波過(guò)負(fù)峰值后的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間序列 Tzl，Tz2，…，Tzk，k為大于1的自然數(shù)；
[0007] 步驟2)，確定用于計(jì)算第i過(guò)零點(diǎn)時(shí)間的起始積分點(diǎn)時(shí)間Tsi，其計(jì)算公式為 Tsi=TzMfTXf,其中T是根據(jù)過(guò)零點(diǎn)，…，Tz(i_k)計(jì)算得出的平均周期，參數(shù) fe (〇. 5，l)，i為自然數(shù)且i>k;
[0008] 步驟3)，初始化積分器使積分器輸出電壓回到零，在起始積分點(diǎn)時(shí)間Tsi開始模擬 積分；
[0009] 步驟4)，當(dāng)積分器輸出電壓再次回到零時(shí)結(jié)束積分，記錄積分結(jié)束時(shí)間Tei ;
[0010] 步驟5 ),計(jì)算第i過(guò)零點(diǎn)時(shí)間：= ^ ;
[0011] 步驟6)，重復(fù)步驟2)至步驟5)得到第i+1過(guò)零點(diǎn)時(shí)間Tz(i+1);則被測(cè)電信號(hào)的周 期表示為：T pi=Tz(i+1)_Tzi ;
[0012] 步驟7)，對(duì)于兩個(gè)頻率相同的被測(cè)電信號(hào)，根據(jù)步驟1)至步驟6)分別得到兩個(gè)被 測(cè)電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間；再根據(jù)兩個(gè)被測(cè)電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間的差異，以及兩個(gè)被測(cè)電信 號(hào)的周期，計(jì)算得到兩個(gè)被測(cè)電信號(hào)之間的相位差。
[0013] 作為所述測(cè)量方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述模擬積分是采用普通的運(yùn)算放大器或 者其他具有積分功能的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0014] 作為所述測(cè)量方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟7)的具體步驟如下：
[0015] 設(shè)由步驟6)模擬積分計(jì)算得到的第一路被測(cè)電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間為Tlzi、第 二路被測(cè)電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間為T2 zi，則兩路被測(cè)電信號(hào)的相位差的值以度數(shù)表示為： T2 -T\ . Τ2 -Τ\ . Pr-^r~~ix36G°，或者以弧度表示為：/>r= 3χ2χττ，其中，Tp是依步驟6)計(jì) 1P 1P 算得出的被測(cè)電信號(hào)周期，或者是依步驟6)計(jì)算得出的被測(cè)電信號(hào)的前若干個(gè)周期值的平 均值。
[0016] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0017] 1)傳統(tǒng)的零交法采用符號(hào)相反的兩個(gè)連續(xù)點(diǎn)來(lái)確定零點(diǎn)，雖然算法物理概念清 晰，但是容易受諧波、測(cè)量誤差等的干擾，測(cè)量精度低。只有準(zhǔn)確定位零點(diǎn)，才能計(jì)算出精確 的相位差。針對(duì)電信號(hào)大多數(shù)是對(duì)稱的特點(diǎn)，根據(jù)計(jì)算得到的積分開始時(shí)間進(jìn)行模擬積分， 模擬積分輸出零時(shí)停止積分，由積分開始時(shí)間和積分結(jié)束時(shí)間計(jì)算電信號(hào)的零點(diǎn)。確定了 信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)之后，可以計(jì)算出電信號(hào)的周期。最后根據(jù)不同信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間的差異和 信號(hào)周期，計(jì)算獲取信號(hào)之間的相位差。相比較傳統(tǒng)的零交法而言，運(yùn)算量有所增加，但測(cè) 量的精度、抗干擾性得到了很大的提高。
[0018] 2)相比較傳統(tǒng)的零交法而言，系統(tǒng)的抗干擾能力有極大的提高，頻率測(cè)量的準(zhǔn)確 度也大大提高。實(shí)驗(yàn)表明即使電信號(hào)中混入了較大的諧波、白噪聲，測(cè)量的精確度也非常之 高?？赡艿母蓴_源來(lái)自于工頻干擾，但如果測(cè)量對(duì)象是交流電的話，則工頻干擾也可以忽略 不計(jì)。
[0019] 3)該方法在進(jìn)行計(jì)算時(shí)非常方便簡(jiǎn)捷，適合嵌入式系統(tǒng)下使用。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是在電信號(hào)的某一個(gè)零點(diǎn)進(jìn)行積分并計(jì)算過(guò)零點(diǎn)的示意圖；
[0021] 圖2是采用傳統(tǒng)的過(guò)零點(diǎn)比較法獲取了兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)后，采用本文所述方法獲取第 3個(gè)過(guò)零點(diǎn)的示意圖；
[0022] 圖3是計(jì)算信號(hào)周期的示意圖；
[0023] 圖4是計(jì)算兩路信號(hào)相位差的不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0025] 本發(fā)明的方法是首先初始化積分器，使積分器輸出電壓回到零，根據(jù)計(jì)算得到的 積分開始時(shí)間進(jìn)行模擬積分，，記錄積分開始時(shí)間，在積分器輸出電壓再次回到零時(shí)停止 積分，記錄積分結(jié)束時(shí)間，由積分開始時(shí)間和積分結(jié)束時(shí)間計(jì)算電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，由一系 列電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)計(jì)算電信號(hào)的周期。最后根據(jù)不同信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間的差異和信號(hào)周 期，計(jì)算獲取信號(hào)之間的相位差。
[0026] 為獲得較為精確的測(cè)量結(jié)果，建議的開始積分點(diǎn)的選取方案是：不宜過(guò)于接近零 點(diǎn)。
[0027] 本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的原理通過(guò)測(cè)量 兩路交流電信號(hào)的相位差來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程如下：
[0028] 1、以模擬或數(shù)字方法獲取至少兩個(gè)周波過(guò)負(fù)峰值后的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間序列 Tzi，Tz2, Tz3...；
[0029] 2、確定用于計(jì)算第i過(guò)零點(diǎn)時(shí)間的起始積分點(diǎn)時(shí)間Tsi，其計(jì)算公式為 HhD+TXf，其中T是根據(jù)過(guò)零點(diǎn)Tz(H), Tz(i_2)，Tz(i_3). · ·計(jì)算得出的平均周期， f e (〇. 5, 1)；
[0030] 3、初始化積分器使積分器輸出電壓回到零，在起始積分點(diǎn)時(shí)間Tsi開始模擬積分；
[0031] 4、當(dāng)積分器輸出電壓再次回到零時(shí)結(jié)束積分，記錄積分結(jié)束時(shí)間Tei ;
[0032] 5、計(jì)算第i過(guò)零點(diǎn)時(shí)間：設(shè)積分開始時(shí)間為Tsi，積分結(jié)束時(shí)間為Tei ;在積分開始 時(shí)間和積分結(jié)束時(shí)間之間存在一個(gè)過(guò)零點(diǎn)，將該過(guò)零點(diǎn)時(shí)間表示為：乙
[0033] 6、具體操作可以參見(jiàn)圖1，圖1分成上下兩個(gè)部分，上部分是被測(cè)電信號(hào)(橫坐標(biāo)T 為時(shí)間，縱坐標(biāo)voltage為被測(cè)電信號(hào)電壓)，下部分是對(duì)被測(cè)信號(hào)的積分波形。圖中的Tsi 是積分開始時(shí)間，Tei是積分結(jié)束時(shí)間，Tzi是經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的過(guò)零點(diǎn)。Tsi是計(jì)算得到的積分 開始時(shí)間，其計(jì)算公式是 Τη=Τζ(η)+(Τζ(η廠Tz(i_2)) X0. 89,即 f=0. 89, Τ=(Τζ(η廠Tz(i_2))，推 薦采用也可以采用如下方式：在計(jì)算積分開始時(shí)間時(shí)，對(duì)之前獲取的 過(guò)零點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行判斷，如果之前獲取的過(guò)零點(diǎn)只有兩個(gè)，采用T=(I^j-T zIa);如果之前 獲取的過(guò)零點(diǎn)大于兩個(gè)，采用圖2是在采用傳統(tǒng)的過(guò)零點(diǎn)比較法得到 了兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)T Z1、Tz2，由TZ1、Tz2計(jì)算獲得Ts3，之后在T s3開始一次積分，在Te3結(jié)束積分，最 后由Ts3、Te3計(jì)算得出T z3。
[0034] 7、得到若干個(gè)過(guò)零點(diǎn)時(shí)間后可進(jìn)行信號(hào)周期的計(jì)算，圖3中的低頻信號(hào)一共存在 3個(gè)負(fù)峰值，因此在負(fù)峰值出現(xiàn)后一共進(jìn)行了 3次積分并計(jì)算，水平軸上時(shí)間分別為Τζ1(ι、 Τζ11、Τζ12的黑點(diǎn)是計(jì)算得出的3個(gè)過(guò)零點(diǎn)，由于被測(cè)信號(hào)的周期可表示為：Tpi=T z(i+1)-Tzi，因 此圖3中信號(hào)周期可表示為：TplQ=T zll-TzlQ、Tpll=Tzl2-Tzll。
[0035] 8、相位差的計(jì)算可參見(jiàn)圖4,圖4中正弦波I在負(fù)峰值出現(xiàn)后有兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)， 這兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間分別為Tl zi和Tlz(i+1)，正弦波II在負(fù)峰值出現(xiàn)后也有兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)， 這兩個(gè)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間分別為T2 zi和T2z(i+1)，則正弦波I和正弦波II的相位差可表示為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電信號(hào)相位差的測(cè)量方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1)，以模擬或數(shù)字方法獲取至少兩個(gè)周波過(guò)負(fù)峰值后的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間序列Tzl，Tz2，…，Tzk，k為大于1的自然數(shù)； 步驟2)，確定用于計(jì)算第i過(guò)零點(diǎn)時(shí)間的起始積分點(diǎn)時(shí)間Tsi，其計(jì)算公式為Kmd+TXf，其中T是根據(jù)過(guò)零點(diǎn)，…，TzU_k)計(jì)算得出的平均周期，參數(shù) fG(〇. 5，l)，i為自然數(shù)且i>k; 步驟3)，初始化積分器使積分器輸出電壓回到零，在起始積分點(diǎn)時(shí)間Tsi開始模擬積 分； 步驟4)，當(dāng)積分器輸出電壓再次回到零時(shí)結(jié)束積分，記錄積分結(jié)束時(shí)間Tei ; 步驟5)，計(jì)算第i過(guò)零點(diǎn)時(shí)間
步驟6)，重復(fù)步驟2)至步驟5)得到第i+1過(guò)零點(diǎn)時(shí)間TzU+1);則被測(cè)電信號(hào)的周期表 示為：Tpi=Tz(i+1)-Tzi ; 步驟7)，對(duì)于兩個(gè)頻率相同的被測(cè)電信號(hào)，根據(jù)步驟1)至步驟6)分別得到兩個(gè)被測(cè)電 信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間；再根據(jù)兩個(gè)被測(cè)電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間的差異，以及兩個(gè)被測(cè)電信號(hào)的 周期，計(jì)算得到兩個(gè)被測(cè)電信號(hào)之間的相位差。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種電信號(hào)相位差的測(cè)量方法，其特征在于：所述模擬積 分是采用普通的運(yùn)算放大器或者其他具有積分功能的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電信號(hào)相位差的測(cè)量方法，其特征在于：所述步驟7)的 具體步驟如下： 設(shè)由步驟6)模擬積分計(jì)算得到的第一路被測(cè)電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間為Tlzi、第二 路被測(cè)電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間為T2zi，則兩路被測(cè)電信號(hào)的相位差的值以度數(shù)表示為：
或者以弧度表示為：
T，其中，Tp是依步驟6)計(jì) 算得出的被測(cè)電信號(hào)周期，或者是依步驟6)計(jì)算得出的被測(cè)電信號(hào)的前若干個(gè)周期值的平 均值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電信號(hào)相位差的測(cè)量方法，首先初始化積分器，使積分器輸出電壓回到零，根據(jù)計(jì)算得到的積分開始時(shí)間進(jìn)行模擬積分，記錄積分開始時(shí)間，在積分器輸出電壓再次回到零時(shí)停止積分，記錄積分結(jié)束時(shí)間，由積分開始時(shí)間和積分結(jié)束時(shí)間計(jì)算電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，由一系列電信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)計(jì)算電信號(hào)的周期。最后根據(jù)不同信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間的差異和信號(hào)周期，計(jì)算獲取信號(hào)之間的相位差。本發(fā)明不需要將低頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波，克服了傳統(tǒng)的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)抗干擾能力差的缺點(diǎn)，尤其適合于低頻信號(hào)的相位差測(cè)量，系統(tǒng)檢測(cè)方便，硬件開銷小；系統(tǒng)的抗干擾能力較強(qiáng)；實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單合理，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠、有較廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G01R25-00
【公開號(hào)】CN104808061
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410037914
【發(fā)明人】戴爾晗
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2014年1月26日