專利名稱：基于傳統(tǒng)相位差測量的優(yōu)化方法和電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于傳統(tǒng)相位差測量的優(yōu)化方法和電路。
背景技術(shù)：
周期信號的相位差測量在工業(yè)控制，智能電網(wǎng)，通訊，電工技術(shù)等領(lǐng)域都有所涉及，應(yīng)用范圍很寬。目前大都數(shù)應(yīng)用是同頻率周期信號測量，為獲得高精度的測量結(jié)果，往往需要構(gòu)建復(fù)雜的硬件電路和軟件程序處理，由于外部干擾或頻譜泄漏等因素，不一定能獲得很好的效果。相位差的測量方法可以分為硬件和軟件兩方面。硬件主要是通過硬件電路實(shí)現(xiàn)兩個(gè)信號的相位時(shí)間差，再有軟件進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成相位差，硬件法對電路的要求較高，軟件處理容易實(shí)現(xiàn)；軟件法主要按信號的處理分類，一般為時(shí)域和頻域這兩種。采用軟件法時(shí)硬件易于實(shí)現(xiàn)，軟件上處理比較復(fù)雜，需要引入比較復(fù)雜的算法，雖在一定程度上提高了測量的精確度，但是效率其實(shí)并不高，易受諧波和頻譜泄漏的干擾，在一些要求測量速度和反應(yīng)速度的場合其實(shí)并不適用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有測量方法不足之處，從實(shí)用性，高可靠性，低成本的角度出發(fā)，在傳統(tǒng)過零檢測方法的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)的方法和電路。其特征在于將兩個(gè)正弦波信號，通過信號采集電路，放大電路，比較電路，將兩路矩形波信號通過或門電路得到所需的脈沖信號，再進(jìn)行AD采樣得到脈沖寬度，及信號過零點(diǎn)的時(shí)間差，從而算出相位差， 信號采集電路，電壓信號U1/U2與限流電阻R10/R20相連，再通過PT，使用角度誤差較小的互感器，盡量減少有硬件產(chǎn)生的相位誤差，互感器輸出的信號經(jīng)過Dl，D2/D3, D4組成的保護(hù)電路，防止輸入電壓過高，放大電路部分，通過電位器R2/R12調(diào)節(jié)信號相位偏差，R1/R11 為采樣電阻，接在放大器的反相輸入端和輸出端之間，同時(shí)增加信號過零時(shí)的信號陡度，以提高測量精度，C1/C11用于動(dòng)態(tài)濾波，也接在運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間。一級運(yùn)放輸出信號接電阻R4/R14再連接運(yùn)放U1B/U2B正向輸入端，參考信號UNN接R3/R13 連接運(yùn)放U1B/U2B的反相輸入端，R5/R15作為反饋電阻接在運(yùn)放的反相輸入端和輸出端之間，構(gòu)成一個(gè)跟隨器，比較電路放大信號經(jīng)R6/R16后將放大信號提升后接入比較器正相輸入端，反相輸入端接入?yún)⒖夹盘栐碪NN，R7/R17做為反饋電阻接入比較器的正相輸入端和輸出端之間，構(gòu)成正反饋電路，輸出信號為矩形波信號，兩路矩形波信號進(jìn)行或門，經(jīng)AD采樣，脈沖寬度即為相位差值。實(shí)施該技術(shù)后的優(yōu)點(diǎn)和效果是可以通過硬件器件調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)硬件上的信號最小的相位漂移，減少軟件上的處理難度，同時(shí)對被測信號的頻率不做限定， 有效了防止了以往在同頻信號中因頻率微小波動(dòng)而產(chǎn)生的測量誤差的現(xiàn)象，增加了測量的靈活性。由于沒有采用低通濾波電路，從硬件的角度盡可能的消除了因硬件產(chǎn)生的相位漂移，在實(shí)際運(yùn)用中具有低成本，高可靠性等特征，同時(shí)避免了在軟件處理上的復(fù)雜程度。


圖1為本發(fā)明的電路原理圖；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述見附圖1，其電路連接關(guān)系為信號采集電路，由兩路被測信號Ul、U2分別經(jīng)限流電阻RIO、R20接入互感器，感應(yīng)電壓信號經(jīng)保護(hù)電路輸出的正弦波信號；此時(shí)的信號時(shí)很微弱的，需要經(jīng)放大電路進(jìn)行放大，在放大電路中需要通過電位器R2/R12調(diào)節(jié)信號的幅值，并加跟隨器減少外接對信號的干擾；經(jīng)放大電路后對信號提升輸入同相比較器得到所需的矩形波信號，以上過程作為矩形波產(chǎn)生電路，將兩路矩形波再經(jīng)過或門得到矩形脈沖信號，脈沖寬度即為所測的相位時(shí)間差，由處理器對脈沖寬度進(jìn)行精確捕獲并加以必要的轉(zhuǎn)換及時(shí)域分析，即可得到相位差值。見附圖1，將兩個(gè)正弦波信號，通過信號采集電路，放大電路，比較電路，將兩路矩形波信號通過或門電路得到所需的脈沖信號，再進(jìn)行AD采樣得到脈沖寬度，及信號過零點(diǎn)的時(shí)間差，從而算出相位差，信號采集電路，電壓信號U1/U2與限流電阻R10/R20相連，再通過PT，使用角度誤差較小的互感器，盡量減少有硬件產(chǎn)生的相位誤差，同時(shí)也方便后面的處理，比通常直接測量信號來判斷相位差的方法安全性、穩(wěn)定性和可靠性更高，也適合大多數(shù)的應(yīng)用場合，互感器輸出的信號經(jīng)過Dl，D2/D3，D4組成的保護(hù)電路，防止輸入電壓過高， 放大電路部分，由于互感器過來的信號時(shí)很微弱的信號量，有必要對信號進(jìn)行放大，通過電位器R2/R12調(diào)節(jié)信號相位偏差，R1/R11為采樣電阻，接在放大器的反相輸入端和輸出端之間，決定了放大倍數(shù)，同時(shí)增加信號過零時(shí)的信號陡度，以提高測量精度，C1/C11用于動(dòng)態(tài)濾波，也接在運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間。一級運(yùn)放輸出信號接電阻R4/R14再連接運(yùn)放U1B/U2B正向輸入端，參考信號UNN接R3/R13連接運(yùn)放U1B/U2B的反相輸入端， R5/R15作為反饋電阻接在運(yùn)放的反相輸入端和輸出端之間，構(gòu)成一個(gè)跟隨器，可以有效的控制信號的波動(dòng)，并削減波形“毛刺”，比較電路，選用低偏移，高精度的電壓比較器，具有共模抑制作用，減少信號干擾；放大信號經(jīng)R6/R16后將信號提升后接入比較器正相輸入端， 反相輸入端接入?yún)⒖夹盘栐碪NN，R7/R17做為反饋電阻接入比較器的正相輸入端和輸出端之間，構(gòu)成正反饋電路，輸出信號為矩形波信號，兩路矩形波信號進(jìn)行或門，經(jīng)AD采樣，脈沖寬度即為相位差值。
權(quán)利要求
1.基于傳統(tǒng)相位差測量的優(yōu)化方法和電路，其特征在于將兩個(gè)正弦波信號，通過信號采集電路，放大電路，比較電路，將兩路矩形波信號通過或門電路得到所需的脈沖信號， 再進(jìn)行AD采樣得到脈沖寬度，及信號過零點(diǎn)的時(shí)間差，從而算出相位差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)相位差測量的優(yōu)化方法和電路，其特征在于信號采集電路，電壓信號U1/U2與限流電阻R10/R20相連，再通過PT，使用角度誤差較小的互感器，盡量減少有硬件產(chǎn)生的相位誤差，互感器輸出的信號經(jīng)過Dl，D2/D3，D4組成的保護(hù)電路，防止輸入電壓過高。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)相位差測量的優(yōu)化方法和電路，其特征在于放大電路部分，通過電位器R2/R12調(diào)節(jié)信號相位偏差，R1/R11為采樣電阻，接在放大器的反相輸入端和輸出端之間，同時(shí)增加信號過零時(shí)的信號陡度，以提高測量精度，C1/C11用于動(dòng)態(tài)濾波，也接在運(yùn)算放大器的輸出端和反相輸入端之間。一級運(yùn)放輸出信號接電阻R4/R14再連接運(yùn)放U1B/U2B正向輸入端，參考信號UNN接R3/R13連接運(yùn)放U1B/U2B的反相輸入端， R5/R15作為反饋電阻接在運(yùn)放的反相輸入端和輸出端之間，構(gòu)成一個(gè)跟隨器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)相位差測量的優(yōu)化方法和電路，其特征在于比較電路放大信號經(jīng)R6/R16后將放大信號提升后接入比較器正相輸入端，反相輸入端接入?yún)⒖夹盘栐碪NN，R7/R17做為反饋電阻接入比較器的正相輸入端和輸出端之間，構(gòu)成正反饋電路，輸出信號為矩形波信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于傳統(tǒng)相位差測量的優(yōu)化方法和電路，其特征在于兩路矩形波信號進(jìn)行或門，經(jīng)AD采樣，脈沖寬度即為相位差值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于傳統(tǒng)相位差測量的優(yōu)化方法和電路。它屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域。方法包括將兩個(gè)不同頻率或相同頻率的正弦信號，通過信號采集電路，放大電路，比較電路，將兩路矩形波信號通過或門電路得到所需的脈沖信號，再進(jìn)行AD采樣得到脈沖寬度，及信號過零點(diǎn)的時(shí)間差，從而算出相位差。由于采用特別的電路設(shè)計(jì)使得傳統(tǒng)的過零檢測電路本身硬件所產(chǎn)生的相位漂移得到很大的改觀，從而使相位差相關(guān)后續(xù)處理在軟件上變表現(xiàn)得容易很多，因此具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
文檔編號G01R25/00GK102445600SQ20101029858
公開日2012年5月9日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者孫旭熹, 張峰, 王曉輝, 王 琦 申請人:上海華建電力設(shè)備股份有限公司