相位检测仪误差处理浅谈

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1、相位检测仪误差处理浅谈摘要：对正弦信号的相位检测是测量工程的重要环节。本文讨论了利用模拟相乘法进行相位检测的原理，对实际信号处理流程和测量误差进行了分析，并进行了仿真研究，使得测量分辨率精确到0.5。，结果表明：模拟相乘法从实时性、检测精度和抑制噪声能力等方面都优于其他常规方法。关键词：检测误差分析1概述随着相位测量技术广泛应用于国防、科研、生产、医疗等各个领域，对相位测量的要求也逐步向高精度、高智能化方向发展，在高频范围内，相位测量在医疗部门有着尤其重要的意义，对于高频相位的测量，用传统的指针式仪表显然不能够满足所需的精度要求，随着电子技术以及微机技术的发展，高精度的测量

2、分辨率以及直观化的特点得到越来越广泛的应用。为实现相位的精确测量，在此提出一种新的测量方法：模拟相乘法（差量相位检测），首先对两路信号相乘来得到两者的相差，然后通过滤波，等相关处理最后得到相差与电压的一组关系，用电压来表征相差的大小，实现对相位的高精度检测。以下论证此种相位检测方法。2测试方法硬件模块测试：系统本身由五个独立的模块构成，所以分五部分进行调试，首先对移相网络，调整R和C的值，以此来对输出波形的相位进行调整。对于乘法电路，我们主要测试三点，确保差分输入电压低于AD834的限定电压，避免系统出现失真；为有效抑制输入直接耦合到输出的直通分量，在输出端采用RC耦合方式

3、；最后应注意在-VS与电源负极串接一个电阻，用来消除R/C产生的自激振荡。通过设置时钟信号确保滤波电路达到1HZ的截止频率。时钟电路，选择合适的RA和RB值，并改变RW的位置，使输出为一占空比q=l的100HZ方波信号，最后，我们将所得到的方波信号送入示波器测试并计算出信号频率，使其为lOOHZo对于运放电路，我们分别对两级进行测量，对第一级，我们将信号发生器产生的正弦波分为两路，一路直接送入示波器的X通道，另一路经过一级运放后再送入示波器的Y通道，我们同时观察两路信号，并计算出Y通道信号的电压幅值，通过调整Rf和R1的值，以此来获得100倍的电压增益。第二级的测试方法与其

4、相同，得到50倍的电压增益。级联后就得到了5000倍的电压增益。先进行模块测试程序的调试，待全部通过之后将所有的模块串接起来进行整体调试。最后，把产生的有相位差的两路信号接入相位测试电路系统进行相位差的测量。我们将得到一组相差与电压的一一对应关系，把相差转化成了可识别的电压，即用电压的大小来表征来路信号的相位差。测试中为了达到高的精确度，我们常常需要对各模块进行反复调试与测量，在进行整体调试时，也要经常检测各个模块的性能状况，确保他们正常工作。■3测试数据设计中我们要求检测两路10MHZ正弦信号之间的相差，由此对相位测量时，选取了10MHZ频点进行测试，将信号发生器的输出频

5、率调节到10MHZ即可实现。对系统进行整体测试后，所得数据如下表所示：4误差分析4.1移相网络的误差分析由于移相网络是基于阻容移相的原理，因此电阻与电容的阻值大小将决定移相的范围,由于采用的是常规的金属膜电阻，其阻值与理论计算值存在误差，因此造成实际移相范围与理论计算值存在一定的偏差。4.2乘法电路的误差分析在实际的电路中，乘法器的两输入端必定参杂着一定程度的干扰信号和噪声，尤其当两路信号的相位差较小时，噪声和干扰的存在将在很大程度上对相位测量的精度造成影响。4.3滤波电路的误差分析在相位测量过程中，受电子元器件性能的影响，滤波器的截止频率不可能做到我们所期望的那么小，截频

6、处的信号衰减也不可能很快，截止频率以上的信号并没有被完全滤除，必定有一小部分跟随相差信号通过了滤波电路到达下一级，这个过程将不可避免的产生误差。4.4时钟电路的误差分析555构成的占空比可调的多谐振荡器，是基于对外接电容C的充放电过程来实现的。但实际中，受限于实际电子元件RA、RB和C的影响，所以产生的波形幅值与频率将会与设定的预期值形成一定的误差。不可能做到标准的100HZ频率方波信号。4.5高精度运放电路的误差分析实际上，集成运放并非一个完全理想的器件，例如，它的Avd、KCMR等均为有限值，考虑到这些参数对电路的影响，必定对放大特性产生误差。另外，在放大器的输入端也不

7、可避免的伴随有一定的干扰噪声信号，同样也会造成一定的误差。由于电路本身结构的限制，以及电路中两路信号的串扰等影响，都会使得系统存在一定的误差。5结束语本系统达到了对两路10MHZ正弦信号中0.10到100相差的精确检测，并最终用可识别的电压来表征相差的大小。该系统还可以得到进一步的扩展和完善，使该方法能够被广泛应用。随着相位测量技术广泛应用于国防、科研、生产、医疗等各个领域，对相位测量的要求也逐步向高精度、高智能化方向发展，在高频范围内，相位测量在医疗部门有着尤其重要的意义。参考文献：[1]谢自美.电子线路设计・实