一種電信號瞬時相位的測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電信號瞬時相位的測量方法，也適用于低頻率正弦信號的瞬時相 位測量。
【背景技術(shù)】
[0002] 在日常生活、生產(chǎn)過程中常常需要測量電信號的瞬時相位，測量的瞬時相位越準(zhǔn) 確，應(yīng)用的效果往往更好。在現(xiàn)有的瞬時相位測量方法中，大多數(shù)采用傳統(tǒng)的零交法測量 某一路信號的瞬時相位，這種算法易于實(shí)現(xiàn)，但是容易受到干擾的影響，使得測量的精度較 低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中電信號的瞬時相位測量精度不夠 準(zhǔn)確，提出了一種電信號瞬時相位的測量方法，相比較傳統(tǒng)的零交法而言，在測量的精度、 抗干擾性等發(fā)明得到很大的提高。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：
[0005] -種電信號瞬時相位的測量方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1)，以模擬或數(shù)字方法獲取至少兩個周波過負(fù)峰值后的過零點(diǎn)時間序列 Tzl，Tz2，…，Tzk，k為大于1的自然數(shù)；
[0007] 步驟2)，確定用于計算第i過零點(diǎn)時間的起始積分點(diǎn)時間Tsi，其計算公式為 Tsi=TzMfTXf,其中：T是根據(jù)過零點(diǎn)，…，Tz(i_ k)計算得出的平均周期，參數(shù) fe (〇. 5，l)，i為自然數(shù)且i>k;
[0008] 步驟3)，初始化積分器使積分器輸出電壓回到零，在起始積分點(diǎn)時間Tsi開始模擬 積分；
[0009] 步驟4)，當(dāng)積分器輸出電壓再次回到零時結(jié)束積分，記錄積分結(jié)束時間Tei ;
[0010] 步驟5)，計算第i過零點(diǎn)時間：r:,. = Sl ^ ;
[0011] 步驟6)，重復(fù)步驟2)至步驟5)得到第i+1過零點(diǎn)時間Tz(i+1)，則被測電信號的周 期表示為：Tpi=Tz(i+1)_Tzi，因此獲得被測電信號的周期依次為T pl，Tp2, Tp3,......Tp^, η為 大于1的自然數(shù)；
[0012] 步驟7)，根據(jù)步驟6)獲得的被測電信號的周期序列，預(yù)測被測電信號當(dāng)前周波的 周期T p ;
[0013] 步驟8)，根據(jù)緊鄰當(dāng)前時間的前一個時段被測電信號的過零點(diǎn)的時間、步驟7)預(yù) 測的被測電信號當(dāng)前周波的周期以及當(dāng)前時間，計算得出被測電信號當(dāng)前的瞬時相位。
[0014] 作為所述測量方法的優(yōu)化方案，所述模擬積分是采用普通的運(yùn)算放大器或者其他 具有積分功能的器件來實(shí)現(xiàn)。
[0015] 作為所述測量方法的優(yōu)化方案，所述步驟7)的具體步驟如下：
[0016] 根據(jù)步驟6)計算得到的被測電信號前幾個周波的周期依次為 Tp(k-3)，Tp(k-2)，Tp(k-1)， Tpk 預(yù)測的當(dāng)前周波的周期 Tp 為=Tp=K1 X Tpk+K2 X Tpa^+K3 X Tp(k_2)+K4 X Tp (k_3);其中，K1, K2, K3, K4為任意常數(shù)，但須滿足條件WVK4=I, k為大于3的正整數(shù)。
[0017] 作為所述測量方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述步驟8)的具體步驟如下：設(shè)被測電信 號的前一個時段過零點(diǎn)的時間為T z，當(dāng)前時間為T。，由步驟7)預(yù)測得到的被測電信號當(dāng)前 周波的周期為Tp，則被測電信號當(dāng)前的瞬時相位以度數(shù)值表示為：巧=^γ^χ36?°，或者 1P 以弧度值表示為：巧=2x;rx^^。
[0018] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0019] 1)傳統(tǒng)的零交法采用符號相反的兩個連續(xù)點(diǎn)來確定零點(diǎn)并繼而確定電信號的瞬 時相位，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(zhǔn) 確定位零點(diǎn)，才能計算出精確的瞬時相位。針對電信號大多數(shù)是對稱的特點(diǎn)，根據(jù)計算得到 的積分開始時間進(jìn)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(jié)束 時間計算電信號的零點(diǎn)。確定了信號的過零點(diǎn)之后，可以計算出電信號的周期。最后根據(jù) 前一個時段電信號的過零點(diǎn)的時間、預(yù)測的當(dāng)前周波的周期以及當(dāng)前時間，計算得出當(dāng)前 的瞬時相位。相比較傳統(tǒng)的零交法而言，運(yùn)算量有所增加，但測量的精度、抗干擾性得到了 很大的提1?。
[0020] 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，頻率測量和瞬時 相位測量的準(zhǔn)確度也大大提高。實(shí)驗(yàn)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。可能的干擾源來自于工頻干擾，但如果測量對象是交流電的話，則工頻 干擾也幾乎可以忽略不計。
[0021] 3)該方法在進(jìn)行計算時非常方便簡捷，適合嵌入式系統(tǒng)下使用。
【附圖說明】
[0022] 圖1是在電信號的某一個零點(diǎn)進(jìn)行模擬積分并計算過零點(diǎn)的示意圖；
[0023] 圖2是采用傳統(tǒng)的過零點(diǎn)比較法獲取了兩個過零點(diǎn)后，采用本文所述方法獲取第 3個過零點(diǎn)的示意圖；
[0024] 圖3是計算電信號周期的示意圖；
[0025] 圖4是計算信號上某一個點(diǎn)瞬時相位的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明：
[0027] 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，根據(jù)計算得到的 積分開始時間進(jìn)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，在積分器輸出電壓再次回到零時停止積分，記錄積分結(jié)束時間，由積分開始時間和積 分結(jié)束時間計算電信號的過零點(diǎn)，由一系列電信號的過零點(diǎn)計算電信號的周期。后根據(jù)前 一個時段電信號的過零點(diǎn)的時間、預(yù)測的當(dāng)前周波的周期以及當(dāng)前時間，計算得出當(dāng)前的 瞬時相位。
[0028] 為獲得較為精確的測量結(jié)果，建議的開始積分點(diǎn)的選取方案是：不宜過于接近零 點(diǎn)。
[0029] 本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的原理通過測量 信號上某一個點(diǎn)的瞬時相位來進(jìn)行說明。
[0030] 本發(fā)明的具體實(shí)施過程如下：
[0031] 1、以模擬或數(shù)字方法獲取至少兩個周波過負(fù)峰值后的過零點(diǎn)時間序列 Tzi，Tz2, Tz3...；
[0032] 2、確定用于計算第i過零點(diǎn)時間的起始積分點(diǎn)時間Tsi，其計算公式為 HhD+TXf，其中T是根據(jù)過零點(diǎn)Τζ(η)，Tz(i_2)，T z(i_3). · ·計算得出的平均周期， f e (〇· 5, 1)；
[0033] 3、初始化積分器使積分器輸出電壓回到零，在起始積分點(diǎn)時間Tsi開始模擬積分；
[0034] 4、當(dāng)積分器輸出電壓再次回到零時結(jié)束積分，記錄積分結(jié)束時間Tei ;
[0035] 5、計算第i過零點(diǎn)時間：設(shè)積分開始時間為Tsi，積分結(jié)束時間為Tei ;在積分開始 時間和積分結(jié)束時間之間存在一個過零點(diǎn)，將