快速相位计制造技术

本发明专利技术涉及信号相位测量领域。该发明专利技术的快速相位计，被测信号１和被测信号２进入相应信号调理电路，首先对被测信号１和被测信号２的幅度进行调理，高速Ａ／Ｄ采样在统一的采样控制下对被测信号１和被测信号２采样形成数字信号１和数字信号２，经相应数据缓冲后，分别经数据冗余预处理、ＦＦＴ变换、谱峰搜索及反正切计算等过程最终得到被测信号１和被测信号２的精确的瞬时相位数据，并计算被测信号间的相位差。本发明专利技术通过数据冗余预处理能提供被测信号之间相位差，同时可计算各自被测信号的精确的瞬时相位值，克服了现有相位计中不能提供被测信号的瞬时相位的缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号相位测量领域，是一种具有精确测量被测信号间的相位 差同时能提供各被测信号精确的瞬时相位值功能的快速相位计。
技术介绍
相位测量技术广泛应用于国防、科研、生产、电力、机械工程应用等各 个领域，且对相位测量的要求也逐步向高精度、高智能化方向发展。相位测量方案有多种脉沖填充计数法，将被测信号整成方波信号并形成输出脉沖 序列的脉宽信号，以此控制闸门电路得到高频脉沖的计数个数反映被测信号 之间的相位差；鉴相法，被测信号整形成方波信号经异或门电路作鉴相处理， 再经平滑滤波得到与相位差成正比的直流分量的幅值；另外还包括电压表法 等。这些方法有其各自的适应范围，电路各不相同，需要专用的器件，硬件 成本高，给使用带来很大的不便。另外现有相位测量方案无法给出各个被测 信号的精确的瞬时相位值。近年来随着数字电子技术以及微机技术的发展， 相位测量技术也逐渐向数字化方向发展。数字化相位测量方案具有硬件成本 低、灵活性强，精度高，通过改变核心算法能适应于不同的测量对象。本专利技术通过测量各被测信号的精确的瞬时相位，然后取差值即可得到被 测信号的相位差，而且可利用经典的FFT算法完成相位测量。由于经典的 FFT算法在计算被测信号频语信息时因采样频率与被测信号频率有偏差导 致计算的被测信号的相位信息不准确，无法直接应用。本专利技术中，被测信号 经过采样后，先经过数据冗余预处理然后进行FFT计算，这时可得到被测 信号的瞬时相位值，从而最终得到相位差。本专利技术的所有计算均在数字域完 成，且利用经典的FFT算法，计算简单快速，便于使用高速的数字处理芯 片完成，有利于降低硬件复杂度，节约成本。
技术实现思路
本专利技术为克服现有设备的不足，提供一种快速相位计，被测信号1和被测信号2经采样后，借助于数据冗余处理技术，将各自2N-1点数字序列压 缩成对应的N点数字序列然后经FFT变换计算、镨峰搜索及反正切计算得 到对应被测信号1和被测信号2的精确的瞬时相位值，所得被测信号1和被 测信号2的瞬时相位值的差值即是被测信号间的相位差，所得被测信号1 和被测信号2的精确的瞬时相位值及其相位差经显示处理后显示。本专利技术的 被测信号的适用范围较广，其上限取决于高速A/D釆样芯片的性能，在整个 被测范围中具有测试时间 一致性，克服了现有方法在测量低频相位差时间较 长的缺点。借助于FFT技术，利于使用数字信号处理芯片实现相位差测量， 简化了硬件复杂度，降低了系统成本。为实现上述目的，提供了一种快速相位计，包括如下处理过程 步骤1、被测信号1和被测信号2输入到相应信号调理电路，幅度得到调理， 小的被测信号得到放大，大的被测信号得到衰减，信号的幅度被控制在高速A/D 采样的满幅度附近；步骤2、高速A/D采样在统一采样控制下对被测信号1和被测信号2采样 形成2N-1点数字信号序列1和2N-1点数字信号序列2，并输入到各自的数据 緩沖区；步骤3、被测信号1的2N-1点数字序列和被测信号2的2N-1点数字序列 分别通过数据冗余预处理，转化为被测信号1的N点数字序列和被测信号2的 N点数字序列；步骤4、被测信号1的N点数字序列经FFT变换得到包含被测信号1相位 信息的频语数据，所得相位数据为被测信号1采样的2N-1点数字序列中间点对 应的相位。同样，被测信号2的N点数字序列经FFT变换得到包含被测信号2 相位信息的频谱数据，所得相位数据为被测信号2采样的2N-1点数字序列中间点对应的相位；步骤5、对被测信号1频谱数据进行谱峰搜索，得到被测信号l幅值最大 的谱，求其虛部与实部之比值再计算反正切得到被测信号1采样的2N-1点数字 序列中间点对应的精确的瞬时相位值。同样，对被测信号2频i瞽数据进行语峰 搜索，得到被测信号2幅值最大的谱，求其虚部与实部之比值再计算反正切得 到被测信号2采样的2N-1点数字序列中间点对应的精确的瞬时相位值；所得 被测信号1的瞬时相位值与被测信号2的瞬时相位值的差值即为被测信号1 与被测信号2之间的相位差。所得被测信号1的瞬时相位值、被测信号2的 瞬时相位值以及被测信号1与被测信号2的相位差经显示处理后显示；步骤6、所述步骤1到5中也包括只对被测信号1或#_测信号2处理，此 时可得到单个被测信号1或被测信号2的精确的瞬时相位值。所述步骤2中的各高速A/D采样的统一采样控制包括采样速率、开始采 样及结束采样均由系统统一控制。所述步骤3中数据冗余预处理将2N-1点数字序列经加窗处理后以序列中 间点为中心两边叠加压缩成N点数字序列。所述步骤3到5中所有计算均在数字域完成，利用经典的FFT算法， 便于利用快速的数字处理芯片实现。由以上技术方案可知，本专利技术中被测信号经信号调理后直接由高速A/D 采样形成数字序列，方案中采用了数据冗余处理技术，通过FFT计算直接 测量被测信号1和^J!'J信号2的精确的瞬时相位值，/i人而方便地计算出相位 差。在技术方案中无须对被测信号作方波整形，这一点与现有相位测量方案 完全不一样。本专利技术中的所有计算均在数字域通过软件算法中完成，便于采 用高速的数字处理芯片实现，也有利于降低硬件复杂度和系统成本。本专利技术与现有设备相比的优点在于(1)除了能够测量被测信号之间的相位差，还可以提供各被测信号的 精确的瞬时相位值。(2) 采用数据冗余处理技术，克服了直接FFT计算中因频率偏差引起 的相位不准的缺点，从而降低了对高速A/D采样的采样频率的控制复杂度。(3) 采用数据冗余处理技术将2N-1点数字序列压缩为N点数字序列， 降低了后续FFT变换所需的运算量，且只需要较少的采样数据就可获得被 测信号精确的相位值及其相位差，从而实现高速、高精度的相位测量。(4) 本专利技术的计算量主要在数字域完成，便于使用数字信号处理芯片实 现。降低了系统的复杂程度，使得设备的制造成本处在允许范围内，便于采 用国内外主流的芯片实现。系统软件可根据应用测量的需要而更新。附图说明图1所示为执行本专利技术的快速相位计结构示意图；图2所示为被测信号1和被测信号2的相位差分析结果图；图3所示为带有噪声的被测信号1和被测信号2的相位差分析结果图；具体实现方式本专利技术的基本思想是理论上傅里叶变换需要对无限长时域信号作变 换，这在物理实现中是难以做到的。实际应用中离散傅里叶变换也只能针对 有限长数字序列，信号必须先经过截断。由于信号在时域上的截断效应、实 际信号之间存在着频率偏差以及受到谐波或噪声的干扰，通过FFT计算得到的被测信号的相位信息存在很大的误差。在传统的FFT频谱分析中，只 有通过增加数字序列长度N来达到减小相位差测量误差的目的，这样会大 大增加FFT算法的运算量，且效果不佳。在本专利技术中被测信号1和被测信 号2经信号调理后，由高速A/D釆样得到2N-1点包含被测信号相位信息的 数字序列，N为FFT算法执行需要的长度，可预先设置。被测信号1和被 测信号2的采样过程是并行处理的，且由系统统一控制。为了避免直接对有 限长采样点数字序列作FFT运算造成信号频谙的能量泄漏从而产生相位误 差，采取了先对2N-1点数字序列作数据冗余预处理压缩成N点数字序列，然后对N点数字序列进行FFT运算，这样可得到被测信号非常精确的瞬时 相位值，从而计算出被测信号之间的相位差。本专利技术的快速相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速相位计，包括如下处理过程：步骤１１、被测信号１和被测信号２输入到相应信号调理电路，幅度得到调理，小的被测信号得到放大，大的被测信号得到衰减，信号的幅度被控制在高速Ａ／Ｄ采样的满幅度附近；步骤１２、高速Ａ／Ｄ采样在统一采样控制下对被 测信号１和被测信号２采样形成２Ｎ－１点数字信号序列１和２Ｎ－１点数字信号序列２，并输入到各自的数据缓冲区；步骤１３、被测信号１的２Ｎ－１点数字序列和被测信号２的２Ｎ－１点数字序列分别通过数据冗余预处理，转化为被测信号１的Ｎ点数字序列和被测 信号２的Ｎ点数字序列；步骤１４、被测信号１的Ｎ点数字序列经ＦＦＴ变换得到包含被测信号１相位信息的频谱数据，所得相位数据为被测信号１采样的２Ｎ－１点数字序列中间点对应的相位。同样，被测信号２的Ｎ点数字序列经ＦＦＴ变换得到包含被测信号２相位信 息的频谱数据，所得相位数据为被测信号２采样的２Ｎ－１点数字序列中间点对应的相位；步骤１５、对被测信号１频谱数据进行谱峰搜索，得到被测信号１幅值最大的谱，求其虚部与实部之比值再计算反正切得到被测信号１采样的２Ｎ－１点数字序列中间点对应的精确 的瞬时相位值。同样，对被测信号２频谱数据进行谱峰搜索，得到被测信号２幅值最大的谱，求其虚部与实部之比值再计算反正切得到被测信号２采样的２Ｎ－１点数字序列中间点对应的精确的瞬时相位值；所得被测信号１的瞬时相位值与被测信号２的瞬时相位值的差值即为被测信号１与被测信号２之间的相位差。所得被测信号１的瞬时相位值、被测信号２的瞬时相位值以及被测信号１与被测信号２的相位差经显示处理后显示；步骤１６、所述步骤１１到１５中也包括只对被测信号１或被测信号２处理，此时可得到单个被测信号１或被测 信号２的精确的瞬时相位值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张其善，王必胜，王兆华，吴鑫山，
申请(专利权)人：北京航大智慧科技有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]