一種交流電的相位差的精確測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種交流電的相位差的精確測量方法，首先初始化積分器，使積分器輸出電壓回到零，在電信號過負峰值后選擇適當時刻進行模擬積分,記錄積分開始時間,在積分器輸出電壓再次回到零時停止積分,記錄積分結束時間,由積分開始時間和積分結束時間計算電信號的過零點,由一系列電信號的過零點計算電信號的周期。最后根據(jù)不同信號的過零點時間的差異和信號周期，計算獲取信號之間的相位差。本發(fā)明不需要將低頻信號轉換成方波，克服了傳統(tǒng)的過零點檢測抗干擾能力差的缺點，尤其適合于低頻信號的相位差測量，系統(tǒng)檢測方便，硬件開銷??；系統(tǒng)的抗干擾能力較強；實現(xiàn)起來簡單合理，數(shù)據(jù)準確、可靠、有較廣泛的應用前景。
【專利說明】一種交流電的相位差的精確測量方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種交流電的相位差的測量技術，也可以用于其它低頻率信號的相位
差測量。
【背景技術】
[0002]在日常生活、生產(chǎn)過程中常常需要測量交流電信號的相位差，測量的相位差越準確，應用的效果往往更好。在現(xiàn)有的相位差測量方法中，大多數(shù)采用將信號轉變成方波，然后測量兩個方波之間上升沿的時間差，從而得出兩個信號的相位差，但這種算法易于實現(xiàn)但需要額外的硬件，且容易受到干擾的影響。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術中交流電信號的相位差測量精度不夠準確，提出了一種交流電的相位差的精確測量方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
[0005]一種交流電的相位差的精確測量方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1)，初始化積分器，使積分器輸出電壓回到零，在被測電信號的一個周波內，當被測電信號的周波過負峰值后開始模擬積分，即一個周波進行一次模擬積分；
·[0007]步驟2)，當積分器輸出電壓再次回到零時結束積分；
[0008]步驟3)，計算過零點時間:設積分開始時間為Tsi，積分結束時間為Tei ;在積分開始時間和積分結束時間之間存在一個過零點，該過零點時間為:Tn;
[0009]步驟4)，重復步驟I)至步驟3)依次在被測電信號的周波過每一個負峰值后進行模擬積分，得到若干個過零點時間Tzl，Tz2, Tz3...Tzi, Tzi+1, Tzi+2...Tzn，其中，i = 1、2、…n，n為正整數(shù)；則被測電信號的周期表示為:Tpi=Tzi+1-Tzi ；
[0010]步驟5)，對于兩個頻率相同的被測電信號，根據(jù)步驟I)至步驟4)分別得到兩個被測電信號的過零點時間；再根據(jù)兩個被測電信號的過零點時間的差異，以及兩個被測電信號的周期，計算得到兩個被測電信號之間的相位差。
[0011]進一步的，本發(fā)明的一種交流電的相位差的精確測量方法，所述模擬積分是采用普通的運算放大器或者其他具有積分功能的器件來實現(xiàn)。
[0012]進一步的，本發(fā)明的一種交流電的相位差的精確測量方法，每次進行模擬積分時選取開始積分點的方案為以下任意一種方案:方案A，每當被測電信號的周波過負峰值后未到達零點時的任意一點；方案B，每當被測電信號的周波過負峰值后未到達零點時的某一個計時脈沖的上升沿或下降沿。
[0013]進一步的，本發(fā)明的一種交流電的相位差的精確測量方法，所述步驟5)的具體步驟如下:
[0014]設由步驟4)模擬積分計算得到的第一路被測電信號的過零點時間為Tlz1、第二路被測電信號的過零點時間為T2zi，則兩路被測電信號的相位差的值以度數(shù)表示為:
T2 - 7 ITl - 7?
Pr~^X36Q°，或者以弧度表示為~2ΧΤ，其中，Tp是依步驟4)計算
PP
得出的被測電信號周期的瞬時值，或者是依步驟4)計算得出的被測電信號的前若干個周期值的平均值。
[0015]本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
[0016]I)傳統(tǒng)的零交法采用符號相反的兩個連續(xù)點來確定零點，雖然算法物理概念清晰，但是容易受諧波、測量誤差等的干擾，測量精度低。只有準確定位零點，才能計算出精確的相位差。針對電信號大多數(shù)是對稱的特點，對被測電信號過負峰值后進行模擬積分，模擬積分輸出零時停止積分，由積分開始時間和積分結束時間計算電信號的零點。確定了信號的過零點之后，可以計算出電信號的周期。最后根據(jù)不同信號的過零點時間的差異和信號周期，計算獲取信號之間的相位差。相比較傳統(tǒng)的零交法而言，運算量有所增加，但測量的精度、抗干擾性得到了很大的提高。
[0017]2)相比較傳統(tǒng)的零交法而言，系統(tǒng)的抗干擾能力有極大的提高，頻率測量的準確度也大大提高。實驗表明即使電信號中混入了較大的諧波、白噪聲，測量的精確度也非常之高?？赡艿母蓴_源來自于工頻干擾，但如果測量對象是交流電的話，則工頻干擾也可以忽略不計。
[0018]3)該方法在進行計算時非常方便簡捷，適合嵌入式系統(tǒng)下使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是在交流電的某一個`零點進行積分并計算過零點的示意圖；
[0020]圖2是計算信號周期的示意圖；
[0021]圖3是計算兩路信號相位差的不意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明:
[0023]本發(fā)明的方法是首先初始化積分器，使積分器輸出電壓回到零，在電信號過負峰值后選擇適當時刻進行模擬積分，記錄積分開始時間，在積分器輸出電壓再次回到零時停止積分，記錄積分結束時間，由積分開始時間和積分結束時間計算電信號的過零點，由一系列電信號的過零點計算電信號的周期。最后根據(jù)不同信號的過零點時間的差異和信號周期，計算獲取信號之間的相位差。
[0024]為獲得較為精確的測量結果，建議的開始積分點的選取方案是:不宜過于接近零點。
[0025]本發(fā)明的特點和優(yōu)點將通過實例結合附圖進行詳細說明。本發(fā)明的原理通過測量兩路交流電信號的相位差來進行說明。本發(fā)明的具體實施過程如下:
[0026]1、每一次積分開始時前初始化積分器，使積分器輸出電壓回到零，在被測電信號過負峰值后進行模擬積分，即一個周波積分一次；
[0027]2、記錄積分開始和結束時間:記錄積分開始時間，設積分開始時間為Tsi ;積分器輸出電壓再次回到零時停止積分，設此時為積分結束時間Tei ；[0028]3、計算過零點時間:在積分開始時間和積分結束時間之間存在一個過零點，考慮到交流電信號的上下對稱性，該過零點時間可表示為./
[0029]具體操作可以參見圖1。圖1分成上下兩個部分，上部分是被測電信號，下部分是對被測信號的積分波形。圖中的Tsi是積分開始時間，Tei是積分結束時間，Tzi是經(jīng)過計算得到的過零點。
[0030]4、得到若干個過零點時間后可進行信號周期的計算，圖2中的低頻信號一共存在3個負峰值，因此在負峰值出現(xiàn)后一共進行了 3次積分并計算，水平軸上時間分別為Tzl、Tz2、Tz3的黑點是計算得出的3個過零點，由于被測信號的周期可表示為:Tpi=Tzi+1-Tzi，因此圖2中信號周期可表示為:Tp2=Tz3-Tz2、Tpl=Tz2-Tzlo
[0031]5、相位差的計算可參見圖3，圖3中正弦波I在負峰值出現(xiàn)后有兩個過零點，這兩個過零點的時間分別為Tlzi和Tlzi+1，正弦波II在負峰值出現(xiàn)后也有兩個過零點，這兩個過零點的時間分別為T2zi和T2zi+1，則正弦波I和正弦波II的相位差可表示為:
^ =x360°，或者巧=/~!x360。。公式中的Tp是信號的周期，Tp可以是計
PP
算得出的信號周期的瞬時值，或者是計算得出的前幾個周期值的平均值。公式也可以寫成弧度表達的形式。
[0032]模擬積分可以采用普通的運算放大器或者其他具有積分功能的器件來實現(xiàn)。
[0033]為獲得較為精確的測量結果，建議的開始積分點的選取方案是:不宜過于接近零點。
[0034]綜上所述，本發(fā)明所涉及的一種交流電的相位差的精確測量方法，不需要將低頻信號轉換成方波，克服了傳統(tǒng)的過零點檢測抗干擾能力差的缺點，尤其適合于低頻信號的相位差測量，系統(tǒng)檢測方便，硬件開銷??；該方法具有較強的抗干擾能力；實現(xiàn)起來簡單合理，數(shù)據(jù)準確、可靠；有較廣泛的應用前景。當然，本發(fā)明也可以應用于民用三相交流電的相位差測量、功角測量等等。
【權利要求】
1.一種交流電的相位差的精確測量方法，其特征在于:包括以下步驟: 步驟I )，初始化積分器，使積分器輸出電壓回到零，在被測電信號的一個周波內，當被測電信號的周波過負峰值后開始模擬積分，即一個周波進行一次模擬積分； 步驟2)，當積分器輸出電壓再次回到零時結束積分； 步驟3)，計算過零點時間:設積分開始時間為Tsi，積分結束時間為Tei ;在積分開始時間和積分結束時間之間存在一個過零點，則該過零點時間為
2.根據(jù)權利要求1中所述的一種交流電的相位差的精確測量方法，其特征在于:所述模擬積分是采用普通的運算放大器或者其他具有積分功能的器件來實現(xiàn)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種交流電的相位差的精確測量方法，其特征在于:每次進行模擬積分時選取開始積分點的方案為以下任意一種方案:方案A，每當被測電信號的周波過負峰值后未到達零點時的任意一點；方案B，每當被測電信號的周波過負峰值后未到達零點時的某一個計時脈沖的上升沿或下降沿。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種交流電的相位差的精確測量方法，其特征在于:所述步驟5)的具體步驟如下: 設由步驟4)模擬積分計算得到的第一路被測電信號的過零點時間為Tlz1、第二路被測電信號的過零點時間為T2zi，則兩路被測電信號的相位差的值以度數(shù)表示為:I
【文檔編號】G01R25/00GK103575989SQ201210261430
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月26日 優(yōu)先權日:2012年7月26日
【發(fā)明者】戴爾晗 申請人:南京郵電大學