一种同频周期信号相位差的测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种同频周期信号相位差的测试系统及方法，该系统包括信号调理模块、采样模块、控制模块、D/A转换模块、差分信号模块、输入输出模块，信号调理模块的输入端用于接收输入信号，信号调理模块的输出端通过采样模块连接至控制模块，控制模块同步输出输入信号的采样值至D/A转换模块，D/A转换模块同步输出两路模拟信号至差分信号模块，差分信号模块输出两路差分信号至采样模块，控制模块读取采样模块采集的两路差分信号的采样值，并输出相位差计算结果至输入输出模块。该方法应用于上述的系统。本发明专利技术可以简单、准确地获得高精度的相位差测量结果。

A test system and method for phase difference of the same frequency periodic signal

【技术实现步骤摘要】
一种同频周期信号相位差的测试系统及方法
本专利技术涉及信号分析与处理
，具体的，涉及一种同频周期信号相位差的测试系统以及应用于该系统的测试方法。
技术介绍
相位差是工业测控领域经常需要测试的参数，其在信号分析、电路参数调试、工业自动化控制、电力电子技术中都有广泛的应用。传统常见的相位测试方法有过零测试法，谐波分析法。过零检测法通过检测过零点的时间差，从而得到相位差，该方法需要锁定过零点，存在精度不高、易受干扰造成测量不准的问题。谐波分析法通过对输人信号进行A/D采样，然后对采样后的离散序列进行FFT运算，可获得所有谐波分量点的值，FFT计算的每个点可以用复数a+bi表示，这个点的相位再将获得相位相减即可的相位差，同样谐波分析法受A/D的量化误差等影响，存在精度不高的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提供一种可以简单、准确地测量相位差的同频周期信号相位差的测试系统。本专利技术的另一目的是提供一种可以提高相位差测量精度的同频周期信号相位差的测试方法。为了实现上述的主要目的，本专利技术提供的一种同频周期信号相位差的测试系统包括信号调理模块、采样模块、控制模块、D/A转换模块、差分信号模块、输入输出模块，所述信号调理模块的输入端用于接收输入信号sig1、sig2，所述信号调理模块的输出端通过所述采样模块连接至所述控制模块，所述控制模块同步输出输入信号sig1、sig2的采样值至所述D/A转换模块，所述D/A转换模块同步输出两路模拟信号至所述差分信号模块，所述差分信号模块输出两路差分信号至所述采样模块，所述控制模块读取所述采样模块采集的两路差分信号的采样值，并输出相位差计算结果至所述输入输出模块。进一步的方案是，所述测试系统还包括同步信号产生模块，所述同步信号产生模块的输入端用于检测输入信号sig1、sig2的频率信号，并产生采样同步信号输出以驱动采样模块对输入的信号进行同步采样。更进一步的方案是，所述同步信号产生模块包括信号整形电路以及锁相环电路，所述信号整形电路的输入端接收输入信号sig1、sig2的频率信号，所述信号整形电路的输出端与所述锁相环电路的输入端电连接，所述锁相环电路的输出端输出所述采样同步信号。更进一步的方案是，所述差分信号模块包括第一增益自动调节单元、第二增益自动调节单元、第三增益自动调节单元、第四增益自动调节单元，第一所述增益自动调节单元的正输入端与所述D/A转换模块的第一路输出连接，第二所述增益自动调节单元的正输入端与所述D/A转换模块的第二路输出连接，第三所述增益自动调节单元的正输入端与所述D/A转换模块的第二路输出连接，第一所述增益自动调节单元的输出端与第四所述增益自动调节单元的正输入端连接，第二所述增益自动调节单元的输出端与第四所述增益自动调节单元的负输入端连接，第四所述增益自动调节单元的输出端与所述采样模块的信号采集端连接。更进一步的方案是，所述增益自动调节单元包括两个信号钳位保护电路、可编程增益仪器放大器，第一个所述信号钳位保护电路的输入端作为所述增益自动调节单元的正输入端，第二个所述信号钳位保护电路的输入端作为所述增益自动调节单元的负输入端，第一个所述信号钳位保护电路、第二个所述信号钳位保护电路的输出端均与所述可编程增益仪器放大器的输入端电连接，所述可编程增益仪器放大器的输出端作为所述增益自动调节单元的输出端。更进一步的方案是，所述输入输出模块包括按键输入模块和显示模块，所述按键输入模块和显示模块分别与所述控制模块电连接。由此可见，本专利技术提供的测试系统通过信号调理模块将输入信号进行放大、噪声过滤等信号处理，采样模块等间隔对信号处理后的输入信号进行采样，控制模块读取每个采样点的采样值同步输出给D/A转换模块，D/A模块同步输出两路模拟信号，差分信号模块对D/A模块输出差分信号进行差分处理，采样模块同步采样差分信号，控制模块读取差分信号采样值，对采样数据进行处理及运算，从而计算出输入信号的相位差。此外，显示模块用于显示相位差，从而使得测试人员可以直观的获取当前测量的相位差。所以，本专利技术可以获得高精度的相位差测量结果，从而提高基于相位差技术的电力设备状态监测、信号采集与分析、通信、自动控制等领域仪器设备的质量。为了实现上述的另一目的，本专利技术还提供的一种同频周期信号相位差的测试方法，应用于上述的测试系统，该方法包括：S1，采样模块对两路输入信号进行等间隔离散同步采样；S2，控制模块读取所述步骤S1中产生的离散采样值，并通过D/A转换模块将控制模块输出的离散采样值同步转换成两路模拟信号；S3，差分信号模块对所述步骤S2中产生的两路模拟信号进行差分处理；S4，采样模块对所述步骤S3中产生的差分信号进行同步离散采样；S5，控制模块对所述步骤S4获取到的离散采样序列进行计算，获得输入信号的相位差。进一步的方案是，所述步骤S2具体包括：在确定控制模块进入同步采样中断服务程序后，启动D/A转换模块的D/A通道输出更新定时器，由控制模块读取两路输入信号的A/D采样值V1、V2，控制模块通过DMA将A/D采样值V1写入D/A转换模块的D/A通道1的输出寄存器；在将A/D采样值V1写入第一D/A通道的输出寄存器后触发DMA中断，在DMA中断服务程序中，由控制模块启动DMA将A/D采样值V2写入D/A转换模块的D/A通道2的输出寄存器；当达到D/A转换模块的D/A通道输出更新定时器的定时值时，触发定时器中断，控制模块控制D/A转换模块同时更新D/A通道1、2的信号输出，即产生两路同步模拟信号。更进一步的方案是，在执行步骤S1之前，还执行步骤S0，所述步骤S0具体包括：设置输入信号频率为频率f，设置同步信号模块的同步信号采样频率为频率fs,，其中，输入信号每周期的采样点数为Ns＝fs/f，采集间隔为t＝1/fs。更进一步的方案是，在步骤S1中，还通过信号调理模块对两路输入信号进行信号处理，并将信号处理后的两路输入信号输出至采样模块。由此可见，本专利技术提供的测试方法可以获得高精度的相位差测量结果，从而提高基于相位差技术的电力设备状态监测、信号采集与分析、通信、自动控制等领域仪器设备的质量。【附图说明】图1是本专利技术一种同频周期信号相位差的测试系统实施例的原理图。图2是本专利技术一种同频周期信号相位差的测试系统实施例中同步信号产生模块的原理框图。图3是本专利技术一种同频周期信号相位差的测试系统的测试方法实施例中增益自动调节单元的原理框图。图4是本专利技术一种同频周期信号相位差的测试方法实施例的流程框图。【具体实施方式】为了使专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限用于本专利技术。一种同频周期信号相位差的测试系统实施例：参见图1，本专利技术的测试系统包括信号调理模块10、采样模块、控制模块40、D/A转换模块50、差分信号模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同频周期信号相位差的测试系统，其特征在于，包括：/n信号调理模块、采样模块、控制模块、D/A转换模块、差分信号模块、输入输出模块，所述信号调理模块的输入端用于接收输入信号sig1、sig2，所述信号调理模块的输出端通过所述采样模块连接至所述控制模块，所述控制模块同步输出输入信号sig1、sig2的采样值至所述D/A转换模块，所述D/A转换模块同步输出两路模拟信号至所述差分信号模块，所述差分信号模块输出两路差分信号至所述采样模块，所述控制模块读取所述采样模块采集的两路差分信号的采样值，并输出相位差计算结果至所述输入输出模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种同频周期信号相位差的测试系统，其特征在于，包括：
信号调理模块、采样模块、控制模块、D/A转换模块、差分信号模块、输入输出模块，所述信号调理模块的输入端用于接收输入信号sig1、sig2，所述信号调理模块的输出端通过所述采样模块连接至所述控制模块，所述控制模块同步输出输入信号sig1、sig2的采样值至所述D/A转换模块，所述D/A转换模块同步输出两路模拟信号至所述差分信号模块，所述差分信号模块输出两路差分信号至所述采样模块，所述控制模块读取所述采样模块采集的两路差分信号的采样值，并输出相位差计算结果至所述输入输出模块。


2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：
所述测试系统还包括同步信号产生模块，所述同步信号产生模块的输入端用于检测输入信号sig1、sig2的频率信号，并产生采样同步信号输出以驱动所述采样模块对输入的信号进行同步采样。


3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于：
所述同步信号产生模块包括信号整形电路以及锁相环电路，所述信号整形电路的输入端接收输入信号sig1、sig2的频率信号，所述信号整形电路的输出端与所述锁相环电路的输入端电连接，所述锁相环电路的输出端输出所述采样同步信号。


4.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于：
所述差分信号模块包括第一增益自动调节单元、第二增益自动调节单元、第三增益自动调节单元、第四增益自动调节单元，第一所述增益自动调节单元的正输入端与所述D/A转换模块的第一路输出连接，第二所述增益自动调节单元的正输入端与所述D/A转换模块的第二路输出连接，第三所述增益自动调节单元的正输入端与所述D/A转换模块的第二路输出连接，第一所述增益自动调节单元的输出端与第四所述增益自动调节单元的正输入端连接，第二所述增益自动调节单元的输出端与第四所述增益自动调节单元的负输入端连接，第四所述增益自动调节单元的输出端与所述采样模块的信号采集端连接。


5.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于：
所述增益自动调节单元包括两个信号钳位保护电路、可编程增益仪器放大器，第一个所述信号钳位保护电路的输入端作为所述增益自动调节单元的正输入端，第二个所述信号钳位保护电路的输入端作为所述增益自动调节单元的负输入端，第一个所述信号钳位保护电路、第二个所述信...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱亚军，
申请(专利权)人：珠海市科荟电器有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44