一种数字化测量交流电的相位差的方法技术

本发明专利技术公开了一种数字化测量交流电的相位差的方法，采用数字积分并插值的方式处理连续的数字采样信号，利用积分开始点P1点和根据差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】

本专利技术涉及一种数字化测量交流电的相位差的技术，也可以用于其它低频率信号的相位差测量。
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交流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:，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)，在被测电信号的采样信号中，当被测电信号在一个周波内越过负峰值后选择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t2、...t1、ti+1、...tm,采样值分别为 ΧρΧ2、...x1、xi+1...Xm，其中 1、m 均为自然数且 I ≤ i〈m ;步骤3)，令Si为从第I采样点(X1J1)到第i采样点(XiJi)的数字积分，则Si+1为从第I采样点(Xl，ti)到第i+Ι采样点(xi+1，ti+1)的数字积分；当Si和si+1的乘积小于等于O时，在第i个采样点和第i+Ι个采样点之间通过插值的方式获取一个数字积分结束点k，使得从第I采样点(Xpt1)到积分结束点(xk，tk)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4)，计算过零点时间'丁乂今'步骤5)，重复步骤2)至步骤4)依次得到若干个过零点时间:Tzl, Tz2...Tzj, Tz(j+1)...Tzn,其中，j=l、2、…η，η为正整数，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Tpl，Tp2, Tp3,......Tp(n_D ；步骤6)，对于两个频率相同的被测电信号，根据步骤I)至步骤5)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5)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。进一步的，本专利技术的，步骤I)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。进一步的，本专利技术的，步骤I)所述的采样为对被测电信号的整周波进行采样。进一步的，本专利技术的，所述第I采样点的选取方案为:当被测电信号的周波过负峰值后未到达零点时选择一个采样点作为第I采样点。进一步的，本专利技术的，所述步骤6)的具体步骤如下:设由步骤I)至步骤5)分别计算得到的第一路被测电信号的过零点时间为T1#第二路被测电信号的过零点时间为T2zp则两路被测电信号的相位差的值以度数表示为:PrX360°，或者以弧度表示为-A = Τ2ζ}τ Ιζ,χ2χπ，其中，Tp是依步骤5)计算PP得出的被测电信号周期的瞬时值，或者是依步骤5)计算得出的被测电信号的前若干个周期值的平均值。进一步的，本专利技术的，所述数字积分方式包括:梯形积分或者矩形积分；所述插值方式包括:矩形插值或者梯形插值。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:I)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，对被测电信号过峰值后进行数字积分，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闻。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是采用矩形积分、矩形插值的方式获取一系列过零点并计算交流电周期的示意图；图5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交流电周期的示意图；图6是采用梯形积分、矩形插值的方式获取一系列过零点并计算交流电周期的示意图；图7是采用矩形积分、矩形插值的方式获取一系列过零点并计算两路信号计算相位差的示意图；图8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计算相位差的示意图；图9是采用梯形积分、矩形插值的方式获取一系列过零点并计算两路信号计算相位差的示意图。【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，在信号过正负峰值之后选取一个采样点P1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P1到Pi的数字积分数值和从P1到pi+1的数字积分数值的乘积小于等于O时，则可以在Pi和Pi+1之间通过插值的方式获取一个积分结束点k，k的获取条件是从P1到k的数字积分为O。则可以由P1的采样发生时间和k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；这里所谓的插值有矩形插值、梯形插值方式。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P1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Pl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.对被测信号进行采样，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.在被测电信号过负峰值后选择若干个在采样时间上按次序排放的采样点，假设每个采样点的采样时间为ti，采样值为Xi，i>=l，$Si为从点(Xpt1)到第i点的数字积分；如果Si和Si+1的乘积小于等于0，则可在第i点和第i+Ι点之间通过插值的方式获取一个积分结束点k，使得从点(Xl，h)到点k的数字积分为零，可计算得出点k的虚拟发生时间tk ;3.得到过零点的过程如下，则所选择的峰值之后的过零点时间的计算:j- _ h 土 h.z 24.计算过零点时间的具体操作可以参见图1、图2、图3。图1是采用矩形积分、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1中从h开始数字积分，tk是插值获取的积分结束点的虚拟发生时间，图中从h到tk的数字积分为O。Tz是计算获取的过零点。图2是采用梯形积分、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2中从^开始数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化测量交流电的相位差的方法，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）,在被测电信号的采样信号中，当被测电信号在一个周波内越过负峰值后选择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i、m均为自然数且1≤i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)；步骤6），对于两个频率相同的被测电信号，根据步骤1）至步骤5）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5）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。FDA00001935332800011.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种数字化测量交流电的相位差的方法，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)，在被测电信号的采样信号中，当被测电信号在一个周波内越过负峰值后选择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t2、...ti+1、...tm,采样值分别为x1、x2、...x1、xi+1...Xm，其中1、m均为自然数且I≤i〈m ; 步骤3)，令Si为从第I采样点(Xpt1)到第i采样点(Xpti)的数字积分，则Si+1为从第I采样点(X1, ti)到第i+Ι采样点(xi+1, ti+1)的数字积分；当Si和Si+1的乘积小于等于O时，在第i个采样点和第i+Ι个采样点之间通过插值的方式获取一个数字积分结束点k，使得从第I采样点(Xl，U到积分结束点(xk，tk)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4),计算过零点时间-J2 二 ; 步骤5)，重复步骤2)至步骤4)依次得到若干个过零点时间:Tzl，Tz2...Tzj, TZ(J+1)...Tzn,其中，j=l、2、.η，η为正整数，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Tpl， Τρ2，Τρ3>......Τρ(η-ι)； 步骤6)，对于两个频率相同的被测电信号，根据步骤I)至步骤5)分别得到两个...

【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：