相位差的几种测量方法和测量精度分析.pdf

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1、总第!"卷第!#!期电测与仪表$%&’!"(%’!#!)**+年第!期,&-./01.2&3-2450-6-7/8974/056-7/2/1%7:;0’)**+相位差的几种测量方法和测量精度分析叶林，周弘，张洪，张杰<华中科技大学控制科学与工程系，武汉!"**=!>摘要：首先介绍了基于异或门的相位差测量方法和基于近似直线的相位差测量方法，然后介绍了两种基于?@A的测量方法。通过比较这几种相位差的测量方法，分析了各种测量方法的优缺点和影响测量精度的原因。关键词：相位差测量；?@A；数字滤波；中图分类号：B3C""’"DE)文献

2、标识码：F文章编号：E**EGE"C*（)**+）*!G**EEG*!.)&#/%)0)1$.)$2,-#3,%$2)42&#)5263$7)$)’$6,1&1-$2)6%!’’/%&’*!1&8*#6#H,I17JKLMNL%7OJKL:(PL%7OJKL:(PQ1-（?-;20/6-7/%RS%7/0%&@.1-7.-27T,7O17--017O%RL52UV%7ON71W-041/XJY5V27!"**=!JSV172）!"#$%&’$ZBV14;2;-0T14.544-4/[%6-2450-6-7/6-/V%T4R%

3、0/V-;V24-4V1R/6-2450-6-7/J%7-14]24-T%7/V--^.&541W-G%0O2/-J/V-%/V-014]24-T%7/V-2;;0%^162/-4/021OV/G&17-_/V-717/0%T5.-4/[%6-2450-6-7/6-/V%T4]24-T%7?@A’:&4%272&XU-4/V-2TW27/2O-427TT142TW27/2O-4%R2&&6-/V%T4J27T/V--RR-./R%0/V-102..502.X’()*+,%-#Z;V24-T-/-./1%7_?@A_T1O1

4、/2&R1&/-09引言相位差是工业测控领域经常需要测量的参数，如电力系统中功率因数的测量、铁路系统中相敏轨道电路相位差的测量以及科氏质量流量计中的相位差测量等等。而相位差的测量又不同于传统的电压、电流信号或物位、温度量的测量。首先，相位差信号依附于电压、电流信号中，如何剔除电压、电流、频率变化对相位差测量的影响是相位差测量中很重要的一个方面；其次，相位差是一个比较量，测量两路信号之间的相位差不仅需要保证两路信号的频率相同，而且要排除由于两路信号的幅值等其它因素不一致而对测量造成的影响。因此，如何准确可靠地测量相位差是值得研

5、究的课题。:两种常见的基于过零检测的相位差测量方法图E基于异或门测量方法的原理图E’E基于异或门的测量方法电压测量法两路同频信号经过零比较后，得到两路同周期的脉宽信号经过一个积分电路，通过脉冲对电容的方波。该两方波经异或后得到的脉冲宽度与信号周期充电这样一个积分过程，将脉冲宽度转换成电容上的的比值（占空比）即对应为两信号的相位差（图E），这电压信号，然后利用:?转换器将电压信号测量出里的异或门相当于鉴相器。对脉宽信号的处理有以下来（需要同时测量信号周期的积分电压和相位差的积两种方法。分电压），测得的相位差为;::;总第

6、!"卷第!#!期电测与仪表$%&’!"(%’!#!)**+年第!期,&-./01.2&3-2450-6-7/8974/056-7/2/1%7:;0’)**+!@’)直线近似法*!<·"=02>?（@）!"直线近似法的原理是在高的采样频率下，近似认式中!*为相位差脉冲在电容上积分得到的电压；为过零点两侧的两采样点之间信号（曲线）为直线，如!"为半周期的脉冲在电容上积分得到的电压。图)所示。这种方法需要把脉冲宽度转换成积分电容上的电压信号，然后再通过:A转换器转换成数字量。由于采用电容充放电的测量形式，故不能用于较高分辨率的测量

7、；此外积分电容上的漏电流、温漂以及:A转换器的量化误差，导致这种相位差测量方法很难达到高的精度。另外，由于积分电路的存在，降低了系统的采样速度，使电路只能用于信号变化缓慢的低速系统。这种模拟测量方法现已被下述数字法所代替。=)?数字计数法通过微处理器或定时、计数器对脉冲宽度计数，图)基于近似直线的测量方法这种方法比前一种方法要简单通用B)C，由得到的计数由图)可见，信号:第"次采样为负值，第"D@次结果可求出相位差采样为正值，说明:信号在两采样点之间过零点。同#$理，在第"D@次采样后又经过若干次采样，信号E第%!<·"=0

8、2>?（)）#"次采样为负值，第%D@次采样为正值，说明E信号在式中#*为对相位差脉冲的计数结果；该两采样点之间过零点。设采样周期为&4，信号周期#"为对半周期脉冲的计数结果。为&，计算两信号相位差的公式为数字计数法比电压测量法的精度有了一定的提(")@&’<·&4高，但存在以下需要解决的