专利名称：基于传统相位差测量的优化方法和电路的制作方法
技术领域：
本发明属于信号处理技术领域，特别是一种基于传统相位差测量的优化方法和电路。
背景技术：
周期信号的相位差测量在工业控制，智能电网，通讯，电工技术等领域都有所涉及，应用范围很宽。目前大都数应用是同频率周期信号测量，为获得高精度的测量结果，往往需要构建复杂的硬件电路和软件程序处理，由于外部干扰或频谱泄漏等因素，不一定能获得很好的效果。相位差的测量方法可以分为硬件和软件两方面。硬件主要是通过硬件电路实现两个信号的相位时间差，再有软件进行采样转换成相位差，硬件法对电路的要求较高，软件处理容易实现；软件法主要按信号的处理分类，一般为时域和频域这两种。采用软件法时硬件易于实现，软件上处理比较复杂，需要引入比较复杂的算法，虽在一定程度上提高了测量的精确度，但是效率其实并不高，易受谐波和频谱泄漏的干扰，在一些要求测量速度和反应速度的场合其实并不适用。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有测量方法不足之处，从实用性，高可靠性，低成本的角度出发，在传统过零检测方法的基础上提出改进的方法和电路。其特征在于将两个正弦波信号，通过信号采集电路，放大电路，比较电路，将两路矩形波信号通过或门电路得到所需的脉冲信号，再进行AD采样得到脉冲宽度，及信号过零点的时间差，从而算出相位差， 信号采集电路，电压信号U1/U2与限流电阻R10/R20相连，再通过PT，使用角度误差较小的互感器，尽量减少有硬件产生的相位误差，互感器输出的信号经过Dl，D2/D3, D4组成的保护电路，防止输入电压过高，放大电路部分，通过电位器R2/R12调节信号相位偏差，R1/R11 为采样电阻，接在放大器的反相输入端和输出端之间，同时增加信号过零时的信号陡度，以提高测量精度，C1/C11用于动态滤波，也接在运算放大器的输出端和反相输入端之间。一级运放输出信号接电阻R4/R14再连接运放U1B/U2B正向输入端，参考信号UNN接R3/R13 连接运放U1B/U2B的反相输入端，R5/R15作为反馈电阻接在运放的反相输入端和输出端之间，构成一个跟随器，比较电路放大信号经R6/R16后将放大信号提升后接入比较器正相输入端，反相输入端接入参考信号源UNN，R7/R17做为反馈电阻接入比较器的正相输入端和输出端之间，构成正反馈电路，输出信号为矩形波信号，两路矩形波信号进行或门，经AD采样，脉冲宽度即为相位差值。实施该技术后的优点和效果是可以通过硬件器件调节，实现硬件上的信号最小的相位漂移，减少软件上的处理难度，同时对被测信号的频率不做限定， 有效了防止了以往在同频信号中因频率微小波动而产生的测量误差的现象，增加了测量的灵活性。由于没有采用低通滤波电路，从硬件的角度尽可能的消除了因硬件产生的相位漂移，在实际运用中具有低成本，高可靠性等特征，同时避免了在软件处理上的复杂程度。
图1为本发明的电路原理图；
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步描述见附图1，其电路连接关系为信号采集电路，由两路被测信号Ul、U2分别经限流电阻RIO、R20接入互感器，感应电压信号经保护电路输出的正弦波信号；此时的信号时很微弱的，需要经放大电路进行放大，在放大电路中需要通过电位器R2/R12调节信号的幅值，并加跟随器减少外接对信号的干扰；经放大电路后对信号提升输入同相比较器得到所需的矩形波信号，以上过程作为矩形波产生电路，将两路矩形波再经过或门得到矩形脉冲信号，脉冲宽度即为所测的相位时间差，由处理器对脉冲宽度进行精确捕获并加以必要的转换及时域分析，即可得到相位差值。见附图1，将两个正弦波信号，通过信号采集电路，放大电路，比较电路，将两路矩形波信号通过或门电路得到所需的脉冲信号，再进行AD采样得到脉冲宽度，及信号过零点的时间差，从而算出相位差，信号采集电路，电压信号U1/U2与限流电阻R10/R20相连，再通过PT，使用角度误差较小的互感器，尽量减少有硬件产生的相位误差，同时也方便后面的处理，比通常直接测量信号来判断相位差的方法安全性、稳定性和可靠性更高，也适合大多数的应用场合，互感器输出的信号经过Dl，D2/D3，D4组成的保护电路，防止输入电压过高， 放大电路部分，由于互感器过来的信号时很微弱的信号量，有必要对信号进行放大，通过电位器R2/R12调节信号相位偏差，R1/R11为采样电阻，接在放大器的反相输入端和输出端之间，决定了放大倍数，同时增加信号过零时的信号陡度，以提高测量精度，C1/C11用于动态滤波，也接在运算放大器的输出端和反相输入端之间。一级运放输出信号接电阻R4/R14再连接运放U1B/U2B正向输入端，参考信号UNN接R3/R13连接运放U1B/U2B的反相输入端， R5/R15作为反馈电阻接在运放的反相输入端和输出端之间，构成一个跟随器，可以有效的控制信号的波动，并削减波形“毛刺”，比较电路，选用低偏移，高精度的电压比较器，具有共模抑制作用，减少信号干扰；放大信号经R6/R16后将信号提升后接入比较器正相输入端， 反相输入端接入参考信号源UNN，R7/R17做为反馈电阻接入比较器的正相输入端和输出端之间，构成正反馈电路，输出信号为矩形波信号，两路矩形波信号进行或门，经AD采样，脉冲宽度即为相位差值。
权利要求
1.基于传统相位差测量的优化方法和电路，其特征在于将两个正弦波信号，通过信号采集电路，放大电路，比较电路，将两路矩形波信号通过或门电路得到所需的脉冲信号， 再进行AD采样得到脉冲宽度，及信号过零点的时间差，从而算出相位差。
2.根据权利要求1所述的基于传统相位差测量的优化方法和电路，其特征在于信号采集电路，电压信号U1/U2与限流电阻R10/R20相连，再通过PT，使用角度误差较小的互感器，尽量减少有硬件产生的相位误差，互感器输出的信号经过Dl，D2/D3，D4组成的保护电路，防止输入电压过高。
3.根据权利要求1所述的基于传统相位差测量的优化方法和电路，其特征在于放大电路部分，通过电位器R2/R12调节信号相位偏差，R1/R11为采样电阻，接在放大器的反相输入端和输出端之间，同时增加信号过零时的信号陡度，以提高测量精度，C1/C11用于动态滤波，也接在运算放大器的输出端和反相输入端之间。一级运放输出信号接电阻R4/R14再连接运放U1B/U2B正向输入端，参考信号UNN接R3/R13连接运放U1B/U2B的反相输入端， R5/R15作为反馈电阻接在运放的反相输入端和输出端之间，构成一个跟随器。
4.根据权利要求1所述的基于传统相位差测量的优化方法和电路，其特征在于比较电路放大信号经R6/R16后将放大信号提升后接入比较器正相输入端，反相输入端接入参考信号源UNN，R7/R17做为反馈电阻接入比较器的正相输入端和输出端之间，构成正反馈电路，输出信号为矩形波信号。
5.根据权利要求1所述的基于传统相位差测量的优化方法和电路，其特征在于两路矩形波信号进行或门，经AD采样，脉冲宽度即为相位差值。
全文摘要
本发明公开了一种基于传统相位差测量的优化方法和电路。它属于信号处理技术领域。方法包括将两个不同频率或相同频率的正弦信号，通过信号采集电路，放大电路，比较电路，将两路矩形波信号通过或门电路得到所需的脉冲信号，再进行AD采样得到脉冲宽度，及信号过零点的时间差，从而算出相位差。由于采用特别的电路设计使得传统的过零检测电路本身硬件所产生的相位漂移得到很大的改观，从而使相位差相关后续处理在软件上变表现得容易很多，因此具有很强的实用性。
文档编号G01R25/00GK102445600SQ20101029858
公开日2012年5月9日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者孙旭熹, 张峰, 王晓辉, 王 琦 申请人:上海华建电力设备股份有限公司
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