一种电信号相位差的数字化测量方法技术

本发明专利技术公开了一种电信号相位差的数字化测量方法，采用数字积分并插值的方式处理连续的数字采样信号，根据采样值、计算得到的积分开始时间和根据插值的方式获取的积分结束点k的虚拟发生时间计算电信号的零点，有一系列电信号的过零点计算电信号的频率或周期。最后根据不同信号的过零点时间的差异和信号周期，计算获取信号之间的相位差。本发明专利技术不需要将低频信号转换成方波，克服了传统的过零点检测抗干扰能力差的缺点，尤其适合于低频信号的相位差测量，系统检测方便，硬件开销小；系统的抗干扰能力较强；实现起来简单合理，数据准确、可靠、有较广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，也可以用于其它低频率信号的 相位差测量，属于信号检测的

技术介绍
在日常生活、生产过程中常常需要测量电信号的相位差，测量的相位差越准确，应 用的效果往往更好。在现有的相位差测量方法中，大多数采用将信号转变成方波，然后测量 两个方波之间上升沿的时间差，从而得出两个信号的相位差，但这种算法易于实现但需要 额外的硬件，且容易受到干扰的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中电信号的相位差测量精度不够准 确，提出了。 本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案： -种电信号相位差的数字化测量方法，包括以下步骤： 步骤1)，对被测电信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号； 步骤2)，以模拟或数字方法获取至少两个周波过负峰值后的过零点时间序列 Tzl，Tz2，…，Tzk，k为大于1的自然数； 步骤3)，确定用于计算第j过零点时间的起始积分点时间T#其计算公式为 TfT&o+TXf，其中：T是根据过零点TzuA Tz(j_2)，…，Tz(j_k)计算得出的平均周期，参数 f e (〇. 5, 1)，j为自然数且j>k; 步骤4)，在被测电信号的采样信号中，选择m个在采样时间上按次序排放的采样 点，设这m个采样点的采样时间分别为tph、. . . ti、ti+1、. . . tm，采样值分别为XpX2^ . . Xp xi+1. · · xm，其中L彡Tsj, t2>Tsj，i、m均为自然数且1彡i〈m ; 步骤5)，在第1个采样点和第2个采样点之间通过线形插值的方式获取一个数字 积分开始点S，其坐标为（ x@ TsP ;令SiS数字积分开始点到第i采样点（Xi，ti)的数字积 分，则si+1为从数字积分开始点到第i+Ι采样点（x i+1，ti+1)的数字积分；当Si和si+1的乘积 小于等于0时，在第i个采样点和第i+ι个采样点之间通过矩形插值或者梯形插值的方式 获取一个数字积分结束点k，其坐标为（ Xk，tk)，使得从数字积分开始点到积分结束点的数 字积分为零，计算得出积分结束点k的虚拟发生时间t k; 步骤6)，计算第j过零点时间：J；_ 2 步骤7)，重复步骤3)至步骤6)得到第j+1过零点时间Tz(j+1)，则被测电信号的周 期：Tpj=Tz(j+1)-Tzj，因此获得被测电信号的周期依次为T pl，Tp2, Tp3,......Tp^, η为大于1的 自然数； 步骤8)，对于两个频率相同的被测电信号，根据步骤1)至步骤7)分别得到两个被 测电信号的过零点时间；再根据两个被测电信号的过零点时间的差异，以及步骤7)得到的 被测电信号的周期，计算得到两个被测电信号之间的相位差。 作为所述数字化测量方法的进一步优化方案，步骤1)所述对被测电信号进行采样 是等时间间隔采样或者是不等时间间隔采样。 作为所述数字化测量方法的进一步优化方案，步骤1)所述的采样为对被测电信号 的整周波进行采样。 作为所述数字化测量方法的进一步优化方案，所述步骤8)的具体步骤如下： 设由步骤1)至步骤7)分别计算得到的第一路被测电信号的过零点时间为TlzJ、 第二路被测电信号的过零点时间为T2#则两路被测电信号的相位差的值以度数表示为： pr= \ ?x 360°，或者以弧度表示为：Ρ，Τ%;ΤΙ、2χπ，其中，Tp是依步骤7)计算 得出的被测电信号周期的瞬时值，或者是依步骤7)计算得出的被测电信号的前若干个周期 值的平均值。 作为所述数字化测量方法的进一步优化方案，所述数字积分为梯形积分或者矩形 积分。 本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果： 1)传统的零交法采用符号相反的两个连续点来确定零点，虽然算法物理概念清 晰，但是容易受谐波、测量误差等的干扰，测量精度低。只有准确定位零点，才能计算出精确 的相位差。针对电信号大多数是对称的特点，根据计算得到的积分开始时间进行线形插值 运算选取一个采样点P s作为积分开始点，之后进行数字积分，通过插值的方式获取一个积 分结束点，使得从积分开始点到积分结束点的数字积分为零，由积分开始点的采样发生时 间和积分结束点的虚拟发生时间计算电信号的零点。确定了信号的过零点之后，可以计算 出电信号的频率和周期。最后根据不同信号的过零点时间的差异和信号周期，计算获取信 号之间的相位差。相比较传统的零交法而言，运算量有所增加，但测量的精度、抗干扰性得 到了很大的提高。 2)本专利技术所涉及的采样可以是等时间间隔采样，也可以是不等时间间隔采样。【附图说明】 图1是计算获取积分开始点后采用矩形积分、矩形插值的方式计算得到积分结束 点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图； 图2是计算获取积分开始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束 点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图； 图3是计算获取积分开始点后采用梯形积分、矩形插值的方式计算得到积分结束 点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图； 图4是采用传统的过零点比较法获取两个过负峰值后的过零点，计算获取积分开 始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，从而获取第 3个过零点的示意图； 图5是采用传统的过零点比较法获取两个过负峰值后的过零点，计算获取积分开 始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，获取第10、 11、12个过零点的示意图。 图6是采用梯形积分、梯形插值的方式获取一系列过零点并计算两路信号相位差 的不意图；【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明： 本专利技术的实质是采用数字积分并插值的方式处理连续的数字采样信号，对被测电 信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号；以模拟或数字方法获取至少 两个周波过负峰值后过零点时间；根据计算得到的积分开始时间进行线形插值运算选取一 个虚拟采样点P s作为积分开始点，在后续的采样点中会存在这样连续的两个点Pi和Pi+1，如 果从P s到Pi的数字积分数值和从Ps到Pi+1的数字积分数值的乘积小于等于零时，则可以 在P i和Pi+1之间通过插值的方式获取一个积分结束点Pk，Pk的获取条件是从P s到Pk的数 字积分为0。则可以由Ps的虚拟发生时间和Pk的虚拟发生时间计算电信号的零点，由一系 列电信号的过零点计算电信号的频率或周期。这里所谓的数字积分有如下几种方式：梯形 积分、矩形积分方式。最后根据不同信号的过零点时间的差异和信号周期，计算获取信号之 间的相位差。选取的P s不宜过于接近零点，如果接近零点的话容易受到噪声的干扰导致测 量结果不够准确。 为获得较为精确的测量结果，建议的采样点己的选取方案是：不宜过于接近零点。 本专利技术的特点和优点将通过实例结合附图进行详细说明。本专利技术的原理通过测量 低频信号的相位差来进行说明，随着采样速度的提高，在一个周波内的发生的采样次数也 越来越多。本专利技术的具体实施过程如下： 1、对被测电信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号，这里所 述的采样为对整周波进行的采样。可以是等时间间隔采样，也可以是不等时间间隔采样。； 2、以模拟或数字方法获取至少两个周波过负峰值后的过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电信号相位差的数字化测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1），对被测电信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号；步骤2),以模拟或数字方法获取至少两个周波过负峰值后的过零点时间序列Tz1,Tz2,…,Tzk，k为大于1的自然数；步骤3），确定用于计算第j过零点时间的起始积分点时间Tsj，其计算公式为Tsj=Tz(j‑1)+T×f，其中：T是根据过零点Tz(j‑1),Tz(j‑2),…,Tz(j‑k)计算得出的平均周期，参数f∈(0.5,1)，j为自然数且j>k；步骤4）,在被测电信号的采样信号中，选择m个在采样时间上按次序排放的采样点，设这m个采样点的采样时间分别为t1、t2、...ti、ti+1、...tm，采样值分别为x1、x2、...xi、xi+1...xm，其中t1≤Tsj,t2>Tsj,i、m均为自然数且1≤i<m；步骤5），在第1个采样点和第2个采样点之间通过线形插值的方式获取一个数字积分开始点s，其坐标为(xsj,Tsj)；令Si为数字积分开始点到第i采样点(xi,ti)的数字积分，则Si+1为从数字积分开始点到第i+1采样点(xi+1,ti+1)的数字积分；当Si和Si+1的乘积小于等于0时，在第i个采样点和第i+1个采样点之间通过矩形插值或者梯形插值的方式获取一个数字积分结束点k,其坐标为(xk,tk)，使得从数字积分开始点到积分结束点的数字积分为零，计算得出积分结束点k的虚拟发生时间tk；步骤6），计算第j过零点时间：步骤7），重复步骤3）至步骤6）得到第j+1过零点时间Tz(j+1)，则被测电信号的周期：Tpj=Tz(j+1)‑Tzj，因此获得被测电信号的周期依次为Tp1,Tp2,Tp3,......Tp(n‑1)，n为大于1的自然数；步骤8），对于两个频率相同的被测电信号，根据步骤1）至步骤7）分别得到两个被测电信号的过零点时间；再根据两个被测电信号的过零点时间的差异，以及步骤7）得到的被测电信号的周期，计算得到两个被测电信号之间的相位差。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴尔晗，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32