一种电信号相位差的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种电信号相位差的测量方法，首先初始化积分器，使积分器输出电压回到零，根据计算得到的积分开始时间进行模拟积分，记录积分开始时间，在积分器输出电压再次回到零时停止积分，记录积分结束时间，由积分开始时间和积分结束时间计算电信号的过零点，由一系列电信号的过零点计算电信号的周期。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交流电信号的相位差，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： -种电信号相位差的测量方法，包括以下步骤： 步骤1)，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2)，确定用于计算第i过零点时间的起始积分点时间Tsi，其计算公式为 Tsi=TzMfTXf,其中T是根据过零点，…，Tz(i_k)计算得出的平均周期，参数 fe (〇. 5，l)，i为自然数且i>k; 步骤3)，初始化积分器使积分器输出电压回到零，在起始积分点时间Tsi开始模拟 积分； 步骤4)，当积分器输出电压再次回到零时结束积分，记录积分结束时间Tei ; 步骤5 ),计算第i过零点时间：= ^ ; 步骤6)，重复步骤2)至步骤5)得到第i+1过零点时间Tz(i+1);则被测电信号的周 期表示为：T pi=Tz(i+1)_Tzi ; 步骤7)，对于两个频率相同的被测电信号，根据步骤1)至步骤6)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，以及两个被测电信 号的周期，计算得到两个被测电信号之间的相位差。 作为所述测量方法的进一步优化方案，所述模拟积分是采用普通的运算放大器或 者其他具有积分功能的器件来实现。 作为所述测量方法的进一步优化方案，所述步骤7)的具体步骤如下： 设由步骤6)模拟积分计算得到的第一路被测电信号的过零点时间为Tlzi、第 二路被测电信号的过零点时间为T2 zi，则两路被测电信号的相位差的值以度数表示为： T2 -T\ . Τ2 -Τ\ . Pr-^r~~ix36G°，或者以弧度表示为：/>r= 3χ2χττ，其中，Tp是依步骤6)计 1P 1P 算得出的被测电信号周期，或者是依步骤6)计算得出的被测电信号的前若干个周期值的平 均值。 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模拟积分， 模拟积分输出零时停止积分，由积分开始时间和积分结束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)相比较传统的零交法而言，系统的抗干扰能力有极大的提高，频率测量的准确 度也大大提高。实验表明即使电信号中混入了较大的谐波、白噪声，测量的精确度也非常之 高。可能的干扰源来自于工频干扰，但如果测量对象是交流电的话，则工频干扰也可以忽略 不计。 3)该方法在进行计算时非常方便简捷，适合嵌入式系统下使用。【附图说明】 图1是在电信号的某一个零点进行积分并计算过零点的示意图； 图2是采用传统的过零点比较法获取了两个过零点后，采用本文所述方法获取第 3个过零点的示意图； 图3是计算信号周期的示意图； 图4是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： 本专利技术的方法是首先初始化积分器，使积分器输出电压回到零，根据计算得到的 积分开始时间进行模拟积分，，记录积分开始时间，在积分器输出电压再次回到零时停止 积分，记录积分结束时间，由积分开始时间和积分结束时间计算电信号的过零点，由一系 列电信号的过零点计算电信号的周期。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。 为获得较为精确的测量结果，建议的开始积分点的选取方案是：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 两路交流电信号的相位差来进行说明。本专利技术的具体实施过程如下： 1、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 Tzi，Tz2, Tz3...； 2、确定用于计算第i过零点时间的起始积分点时间Tsi，其计算公式为 HhD+TXf，其中T是根据过零点Tz(H), Tz(i_2)，Tz(i_3). · ·计算得出的平均周期， f e (〇. 5, 1)； 3、初始化积分器使积分器输出电压回到零，在起始积分点时间Tsi开始模拟积分； 4、当积分器输出电压再次回到零时结束积分，记录积分结束时间Tei ; 5、计算第i过零点时间：设积分开始时间为Tsi，积分结束时间为Tei ;在积分开始 时间和积分结束时间之间存在一个过零点，将该过零点时间表示为：乙 6、具体操作可以参见图1，图1分成上下两个部分，上部分是被测电信号(横坐标T 为时间，纵坐标voltage为被测电信号电压)，下部分是对被测信号的积分波形。图中的Tsi 是积分开始时间，Tei是积分结束时间，Tzi是经过计算得到的过零点。Tsi是计算得到的积分 开始时间，其计算公式是 Τη=Τζ(η)+(Τζ(η厂Tz(i_2)) X0. 89,即 f=0. 89, Τ=(Τζ(η厂Tz(i_2))，推 荐采用也可以采用如下方式：在计算积分开始时间时，对之前获取的 过零点个数进行判断，如果之前获取的过零点只有两个，采用T=(I^j-T zIa);如果之前 获取的过零点大于两个，采用图2是在采用传统的过零点比较法得到 了两个过零点T Z1、Tz2，由TZ1、Tz2计算获得Ts3，之后在T s3开始一次积分，在Te3结束积分，最 后由Ts3、Te3计算得出T z3。 7、得到若干个过零点时间后可进行信号周期的计算，图3中的低频信号一共存在 3个负峰值，因此在负峰值出现后一共进行了 3次积分并计算，水平轴上时间分别为Τζ1(ι、 Τζ11、Τζ12的黑点是计算得出的3个过零点，由于被测信号的周期可表示为：Tpi=T z(i+1)-Tzi，因 此图3中信号周期可表示为：TplQ=T zll-TzlQ、Tpll=Tzl2-Tzll。 8、相位差的计算可参见图4,图4中正弦波I在负峰值出现后有两个过零点， 这两个过零点的时间分别为Tl zi和Tlz(i+1)，正弦波II在负峰值出现后也有两个过零点， 这两个过零点的时间分别为T2 zi和T2z(i+1)，则正弦波I和正弦波II的相位差可表示为：【主权项】1. ，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1)，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2)，确定用于计算第i过零点时间的起始积分点时间Tsi，其计算公式为K本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电信号相位差的测量方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1),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2），确定用于计算第i过零点时间的起始积分点时间Tsi，其计算公式为Tsi=Tz(i‑1)+T×f，其中T是根据过零点Tz(i‑1),Tz(i‑2),…,Tz(i‑k)计算得出的平均周期，参数f∈(0.5,1)，i为自然数且i>k；步骤3），初始化积分器使积分器输出电压回到零，在起始积分点时间Tsi开始模拟积分；步骤4），当积分器输出电压再次回到零时结束积分,记录积分结束时间Tei；步骤5），计算第i过零点时间：步骤6），重复步骤2）至步骤5）得到第i+1过零点时间Tz(i+1)；则被测电信号的周期表示为：Tpi=Tz(i+1)‑Tzi；步骤7），对于两个频率相同的被测电信号，根据步骤1）至步骤6）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，以及两个被测电信号的周期，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