基于分频方式的相位差精确测量系统及测量方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于分频方式的相位差精确测量系统，第一放大整形器和第二放大整形器的信号输入端分别连接信号接口JI和J2，两个放大整形器的信号输出端连接分频鉴相器，分频鉴相器的周期脉宽信号输出端连接选通控制器的第一输入端，分频鉴相器的相差脉宽信号输出端连接选通控制器的第二输入端，分频鉴相器输出端连接积分变换器输入端，积分变换器输出端连接微处理器的内部模数转换器的信号输入端，微处理器的选通控制信号输出端连接选通控制器的控制信号输入端。本发明专利技术能够精确测量信号相位差。

【技术实现步骤摘要】
基于分频方式的相位差精确测量系统及测量方法
本专利技术涉及信号处理
，具体涉及一种基于分频方式的相位差精确测量系统及测量方法。
技术介绍
相位检测是许多测量工程的一项基本而重要的任务，在通信和自动控制领域有着广泛的应用。常见的相位检测电路的检测范围一般比较窄，通常只有180°，而能够检测360°范围相位差的电路常在区域拼接处存在奇点，电路在这个奇点的表现相当不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于分频方式的相位差精确测量系统及测量方法，该系统的检测范围宽，在0°～360°范围内无奇点，核心电路结构简单、速度快。为解决上述技术问题，本专利技术公开的一种基于分频方式的相位差精确测量系统，其特征在于：它包括第一放大整形器、第二放大整形器、分频鉴相器、选通控制器、积分变换器和微处理器，其中，所述选通控制器包括二通道模拟开关K1、二通道模拟开关K2和二通道模拟开关K3，第一放大整形器和第二放大整形器的信号输入端分别连接频率相同且相差恒定的第一被测信号接口JI和第二被测信号接口J2，第一放大整形器的信号输出端连接分频鉴相器的第一信号输入端，第二放大整形器的信号输出端连接分频鉴相器的第二信号输入端，分频鉴相器的周期脉宽信号输出端连接选通控制器的二通道模拟开关K1的第一输入接线端，分频鉴相器的相差脉宽信号输出端连接选通控制器的二通道模拟开关K1的第二输入接线端，二通道模拟开关K1的输出接线端连接二通道模拟开关K2的第二输入接线端，二通道模拟开关K2的第一输入接线端接空，二通道模拟开关K2的输出接线端连接积分变换器的信号输入端，积分变换器的模拟电压输出端连接微处理器的内部模数转换器的信号输入端，积分变换器的模拟电压输出端还连接选通控制器的二通道模拟开关K3的输入接线端，二通道模拟开关K3的第一输出接线端接空，二通道模拟开关K3的第二输出接线端接地，微处理器的第一选通控制信号输出端连接二通道模拟开关K1的控制端，微处理器的第二选通控制信号输出端连接二通道模拟开关K2的控制端，微处理器的放电控制信号输出端连接二通道模拟开关K3的控制端。一种利用上述系统进行相位差精确测量的方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：被测装置输出频率相同、相差恒定的第一路被测信号和第二路被测信号，第一路被测信号通过第一被测信号接口JI进入第一放大整形器进行放大整形处理，得到CMOS逻辑电平的第一方波信号SN1，第二路被测信号通过第二被测信号接口J2进入第二放大整形器进行放大整形处理，得到CMOS逻辑电平的第二方波信号SN2；步骤2：CMOS逻辑电平的第一方波信号SN1和CMOS逻辑电平的第二方波信号SN2分别进入分频鉴相器的第一信号输入端和第二信号输入端，分频鉴相器将CMOS逻辑电平的第一方波信号SN1进行二分频获得占空比为50％的方波信号T_c，即周期脉宽信号，分频鉴相器还产生CMOS逻辑电平的第一方波信号SN1和CMOS逻辑电平的第二方波信号SN2的相位差信号T_p，即相差脉宽信号；步骤3：选通控制器在微处理器的控制下依次将相差脉宽信号和周期脉宽信号输送到积分变换器，积分变换器分别对相差脉宽信号和周期脉宽信号进行积分变换，积分变换器依次输出正比于相差脉宽信号的电压信号UP和正比于周期脉宽信号的电压信号UC；步骤4：微处理器的内部模数转换器读取电压信号UP和电压信号UC，并计算电压信号UP和电压信号UC的比值，即完成了对被测装置输出的第一路被测信号和第二路被测信号之间相差的检测。本专利技术设计的上述系统和方法基于分频的方式，由于对输入信号先进行了分频，其周期就得到了翻倍，使得检测范围得以扩大。采用积分方式测量脉冲宽度，使得测量精度大大提高。附图说明图1为本专利技术的整体原理框图；图2为本专利技术中分频鉴相的原理框图；图3为本专利技术中分频鉴相电路输入输出信号波形图；图4为本专利技术中选通控制器的原理框图；图5为本专利技术中积分变换器的原理框图；图6为本专利技术中积分变换电路输入输出信号波形图；图7为本专利技术系统的输出测试图。其中，1—第一放大整形器、2—第二放大整形器、3—分频鉴相器、4—选通控制器、5—积分变换器、6—微处理器、7—液晶显示器。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：本专利技术的所设计的基于分频方式的相位差精确测量系统，如图1～7所示，它包括第一放大整形器1、第二放大整形器2、分频鉴相器3、选通控制器4、积分变换器5和微处理器6，其中，所述选通控制器4包括二通道模拟开关K1、二通道模拟开关K2和二通道模拟开关K3，第一放大整形器1和第二放大整形器2的信号输入端分别连接频率相同且相差恒定的第一被测信号接口JI和第二被测信号接口J2，第一放大整形器1的信号输出端连接分频鉴相器3的第一信号输入端，第二放大整形器2的信号输出端连接分频鉴相器3的第二信号输入端，分频鉴相器3的周期脉宽信号输出端连接选通控制器4的二通道模拟开关K1的第一输入接线端，分频鉴相器3的相差脉宽信号输出端连接选通控制器4的二通道模拟开关K1的第二输入接线端，二通道模拟开关K1的输出接线端连接二通道模拟开关K2的第二输入接线端，二通道模拟开关K2的第一输入接线端接空，二通道模拟开关K2的输出接线端连接积分变换器5的信号输入端，积分变换器5的模拟电压输出端连接微处理器6的内部模数转换器的信号输入端，积分变换器5的模拟电压输出端还连接选通控制器4的二通道模拟开关K3的输入接线端，二通道模拟开关K3的第一输出接线端接空，二通道模拟开关K3的第二输出接线端接地，微处理器6的第一选通控制信号输出端IO1连接二通道模拟开关K1的控制端SELE，微处理器6的第二选通控制信号输出端IO2连接二通道模拟开关K2的控制端CHAR，微处理器6的放电控制信号输出端IO3连接二通道模拟开关K3的控制端DISC。上述技术方案中，二通道模拟开关K1、二通道模拟开关K2、二通道模拟开关K3的电源正极接口连接均电源VDD，电源负极接口均连接负极电源VSS，接地端GND均接地。上述技术方案中，所述分频鉴相器3包括D型触发器U5A、D型触发器U5B和与门U6A，其中，D型触发器U5A的数据输入端1D连接D型触发器U5A的数据反相输出端～1Q，D型触发器U5A的置位端～1PR和D型触发器U5A的清零端～1CLR均连接电源VDD，第一放大整形器1的信号输出端连接D型触发器U5A的时钟输入端1CLK，D型触发器U5A的数据输出端1Q用于输出周期脉宽信号(方波信号T_c)，D型触发器U5B的数据输入端2D连接与门U6A的输出端，D型触发器U5B的置位端～2PR和D型触发器U5B的清零端～2CLR连接电源VDD，与门U6A的第一输入端连接D型触发器U5A的数据输出端1Q，与门U6A的第二输入端连接D型触发器U5B的数据反相输出端～2Q，第二放大整形器2的信号输出端连接D型触发器U5B的时钟输入端2CLK，与门U6A的输出端用于输出相差脉宽信号(相位差信号T_p)。上述分频鉴相器3中的触发器U5A完成二分频工作，第一方波信号SN1由D型触发器U5A的时钟输入端1CLK输入，方波信号T_c(二分频信号)由D型触发器U5A的数据输出端1Q输出。D型触发器U5B和与门U6A完成鉴相工作，相差脉宽信号由与门U6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分频方式的相位差精确测量系统，其特征在于：它包括第一放大整形器(1)、第二放大整形器(2)、分频鉴相器(3)、选通控制器(4)、积分变换器(5)和微处理器(6)，其中，所述选通控制器(4)包括二通道模拟开关K1、二通道模拟开关K2和二通道模拟开关K3，第一放大整形器(1)和第二放大整形器(2)的信号输入端分别连接频率相同且相差恒定的第一被测信号接口JI和第二被测信号接口J2，第一放大整形器(1)的信号输出端连接分频鉴相器(3)的第一信号输入端，第二放大整形器(2)的信号输出端连接分频鉴相器(3)的第二信号输入端，分频鉴相器(3)的周期脉宽信号输出端连接选通控制器(4)的二通道模拟开关K1的第一输入接线端，分频鉴相器(3)的相差脉宽信号输出端连接选通控制器(4)的二通道模拟开关K1的第二输入接线端，二通道模拟开关K1的输出接线端连接二通道模拟开关K2的第二输入接线端，二通道模拟开关K2的第一输入接线端接空，二通道模拟开关K2的输出接线端连接积分变换器(5)的信号输入端，积分变换器(5)的模拟电压输出端连接微处理器(6)的内部模数转换器的信号输入端，积分变换器(5)的模拟电压输出端还连接选通控制器(4)的二通道模拟开关K3的输入接线端，二通道模拟开关K3的第一输出接线端接空，二通道模拟开关K3的第二输出接线端接地，微处理器(6)的第一选通控制信号输出端连接二通道模拟开关K1的控制端，微处理器(6)的第二选通控制信号输出端连接二通道模拟开关K2的控制端，微处理器(6)的放电控制信号输出端连接二通道模拟开关K3的控制端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于分频方式的相位差精确测量系统，其特征在于：它包括第一放大整形器(1)、第二放大整形器(2)、分频鉴相器(3)、选通控制器(4)、积分变换器(5)和微处理器(6)，其中，所述选通控制器(4)包括二通道模拟开关K1、二通道模拟开关K2和二通道模拟开关K3，第一放大整形器(1)和第二放大整形器(2)的信号输入端分别连接频率相同且相差恒定的第一被测信号接口JI和第二被测信号接口J2，第一放大整形器(1)的信号输出端连接分频鉴相器(3)的第一信号输入端，第二放大整形器(2)的信号输出端连接分频鉴相器(3)的第二信号输入端，分频鉴相器(3)的周期脉宽信号输出端连接选通控制器(4)的二通道模拟开关K1的第一输入接线端，分频鉴相器(3)的相差脉宽信号输出端连接选通控制器(4)的二通道模拟开关K1的第二输入接线端，二通道模拟开关K1的输出接线端连接二通道模拟开关K2的第二输入接线端，二通道模拟开关K2的第一输入接线端接空，二通道模拟开关K2的输出接线端连接积分变换器(5)的信号输入端，积分变换器(5)的模拟电压输出端连接微处理器(6)的内部模数转换器的信号输入端，积分变换器(5)的模拟电压输出端还连接选通控制器(4)的二通道模拟开关K3的输入接线端，二通道模拟开关K3的第一输出接线端接空，二通道模拟开关K3的第二输出接线端接地，微处理器(6)的第一选通控制信号输出端连接二通道模拟开关K1的控制端，微处理器(6)的第二选通控制信号输出端连接二通道模拟开关K2的控制端，微处理器(6)的放电控制信号输出端连接二通道模拟开关K3的控制端。2.根据权利要求1所述的基于分频方式的相位差精确测量系统，其特征在于：所述分频鉴相器(3)包括D型触发器U5A、D型触发器U5B和与门U6A，其中，D型触发器U5A的数据输入端连接D型触发器U5A的数据反相输出端，D型触发器U5A的置位端和D型触发器U5A的清零端均连接电源VDD，第一放大整形器(1)的信号输出端连接D型触发器U5A的时钟输入端，D型触发器U5A的数据输出端用于输出周期脉宽信号，D型触发器U5B的数据输入端连接与门U6A的输出端，D型触发器U5B的置位端和D型触发器U5B的清零端连接电源VDD，与门U6A的第一输入端连接D型触发器U5A的数据输出端，与门U6A的第二输入端连接D型触发器U5B的数据反相输出端，第二放大整形器(2)的信号输出端连接D型触发器U5B的时钟输入端，与门U6A的输出端用于输出相差脉宽信号。3.根据权利要求1所述的基于分频方式的相位差精确测量系统，其特征在于：所述积分变换器(5)包括电阻R51、电阻R52、积分电容C51、三极管Q51、三极管Q52、发光二极管LED51和非门U9A，其中，非门U9A的输入端连接二通道模拟开关K2的输出接线端，非门U9A的输出端连接电阻R52的一端，电阻R52的另一端连接三极管Q51的集电极，三极管Q51的发射极连接电源VDD，电阻R51的一端连接电源VDD，电阻R51的另一端连接三极管Q51的基极，三极管Q51的基极连接三极管Q52的发射极，三极管Q52的基极连接三极管Q51的集电极，三极管Q52的集电极连接发光二极管LED51的正极，发光二极管LED51的负极为积分变换器(5)的模拟电压输出端，积分电容C51的一端连接发光二极管LED51的负极，积分电容C51的另一端接地。4.根据权利要求1所述的基于分频方式的相位差精确测量系统，其特征在于：所述选通控制器(4)还包括电阻R41和电阻R42，其中电阻R41的一端连接二通道模拟开关K2的输出接线端，电阻R41的另一端接地，积分变换器(5)的模拟电压输出端通过电阻R42连接选通控制器(4)的二通道模拟开关K3的输入接线端。5.根据权利要求1所述的基于分频方式的相位差精确测量系统，其特征在于：所述微处理器(6)的显示信号输出端连接有液晶显示器(7)的信号输入端。6.一种利用权利要求1所述系统进行相位差精确测量的方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：被测装置输出频率相同、相差恒定的第一路被测信号和第二路被测信号，第一路被测信号通过第一被测信号接口JI进入第一放大整形器(1)进行放大整形处理，得到CMOS逻辑电平的第一方波信号SN1，第二路被测信号通过第二被测信号接口J2进入第二放大整形器(2)进行放大整形处理，得到CMOS逻辑电平的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：高贻钧，后德家，陈建军，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42