低频相位测量仪概述【文献综述】

《低频相位测量仪概述【文献综述】》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、毕业论文文献综述电气工程及自动化低频相位测量仪概述摘要：本文主要介绍了研究低频相位测量仪的意义，低频相位测量仪的历史背景及测量的三种方法，并比较了用FPGA、CPLD、DSP以及数字电路来实现的不同。关键词：低频；相位；单片机1、课题背景随着科学技术的突飞猛进的发展，电子技术广泛的应用于工业、农业、交通运输、航空航天、国防建设等国民经济的诸多领域中，而电子测量技术又是电子技术中进行信息检测的重要手段，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位[1]。低频数字式相位测试仪在工业领域中是经常用到的一般测量工具，

2、比如在电力系统中电网并网合闸时，要求两电网的电信号相同，这就要求精确的测量两工频信号之间的相位差。还有测量两列同频信号的相位差在研究网络、系统的频率特性中具有重要意义。近年来，随着科学技术的迅速发展，很多测量仪逐渐向“智能仪器”和“自动测试系统”发展，这使得仪器的使用比较简单，功能越来越多[2]。2、设计原理低频相位测量仪主要以单片机为核心，由移相网络、数字式相位测量仪(含测频功能)、数字式移相信号发生器三个独立模块组成[3]。移相网络有模拟移相和数字移相，数字式移相信号发生器的实现主要有两种方案：方案一

3、：锁相环频率合成使用锁相环频率合成，实现信号发生器，频率稳定精确、并且在较大范围可变，但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，幅度和相位都很难控制。方案二：采用直接数字频率合成器(DDFS)它主要由相位累加器、波形表、D／A输出、低通滤波器四部分组成。采用这种纯数字化的方法，产生信号的频率准确、频率分辨率高，输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控。对于相位差测量的基本原理主要有三种:对信号波形的变换和比较﹑对傅氏级数的运算及对三角函数的运算

4、，其具体方法如下[4]：方法一：矢量法4任何一正弦函数都可以用矢量来表示，如两个正弦信号幅度相等、频率相同，运算器运用减法器则合成矢量的模：。这种方法用于测量小角度，灵敏度较好，可行度也较好；而在靠近180。附近灵敏度降低，读数困难也不准确。由于输出是一余弦或正弦函数，因此这种方法适用的频带范围是较宽的[5]。方法二：倍乘法任何一周期函数都可以用傅氏级数表示，在这里运算器是一个乘法器，两个信号是频率相同的正弦函数，相位差为一个角度，运算结果再经过一个积分电路，得到一直流电压，电路的输出和被测信号相位差余弦

5、成正比例，因此其测量范围在45°以内，欲使测量范围扩展到360°，需要附加一些电路才能做到。这种方法由于应用了积分环节，可以滤掉信号波形中的高次谐波，抑制了谐波对测量准确度的影响[6]。方法三：过零点检测法过零检测法是将基准信号正向通过零的时刻与被测信号通过零的时刻进行比较，由二者之间的时间间隔，即可推算出两信号之间的相位差。这种方法的特点是电路简单，对启动采样电路要求不高，同时该方法还具有测量分辨率高、线性好、易数学化等优点[7]。3、设计思路低频相位测量仪可利用可编程控制器件FPGA/CPLD，DSP

6、和数字电路等多种方法实现：思路一：可编程控制器件FPGA/CPLD+单片机该系统以Altera公司的EP1K100QC208-3作为数据处理及控制核心，由移相网络，信号处理电路，数据采集电路，数据运算电路以及LED数码管显示电路组成。我们输入一路正弦信号，经过移相网络后得到两路同频不同相的正弦信号，在经过信号处理电路将移相网络的两路输出信号处理为两路同频不同相的方波，将定义的信号超前端和信号滞后端两路信号送入EP1K100QC208-3内，经过VHDL语言编写生成的数据采集以及数据运算模块，将数据送入LE

7、D数码管显示电路显示出经过移相网络后的两路同频信号的相位差[8-9]。思路二：DSP+单片机此低频数字式相位测量仪的目的是将输入的信号先进行信号整形，然后送给移相网络，再送给TMS320VC5402处理，最后将结果送给AT89S52，并由AT89S52控制LCD显示测量结果。该系统以TMS320VC5402为核心，对待测量信号进行采集和处理，包括整形和移相电路，把采集来的模拟信号转换为数字信号。其中SRAM和Flash分别为TMS320VC5402的数据存储器和程序存储器。键盘和显示部分则由AT89S52

8、来控制，AT89S52把键盘操作转换为控制信号再传送给TMS320VC5402，控制系统是进行相位测量还是周期、频率、脉宽、占空比测量，TMS320VC5402把要显示的系统状态送给AT89S52，以实现LCD显示[10]。4思路三：数字电路+单片机该系统的整形电路由AD620和LM339组成，AD620是一个高性能仪用放大器，它只须外接一个电阻，即可实现增益在1～1000内调节。当增益为1时，不需外接电阻，且其阻抗可达到10