相位差测量电路设计

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1、本科毕业设计（20 15 届）题 目：相位差测量电路的设计学 院:机电工程学院专 业:自动化学生姓名：学号:指导教师：职称（学位）：讲师合作导师:职称（学位）：完成时间:2015年5月28日成 绩:黄山学院教务处制原创性声明兹呈交的设计作品，是本人在指导老师指导下独立完成 的成果。本人在设计中参考的其他个人或集体的成果，均在 设计作品文字说明中以明确方式标明。本人依法享有和承担 由此设计作品而产生的权利和责任。声明人（签名）：年 月 日摘要错误!未定义书签。英文摘要.。错误!未定义书签。1绪论1。1.1研究背景及意义。错误!未定义书签。1. 2发展现状和发展趋势。错误!未定义书签。1. 2.

2、1国外发展状况错误!未定义书签。1.2.2国内发展状况。错误!未定义书签。1.2.3发展趋势错误!未定义书签。2相位差测量的基本原理错误!未定义书签。2 .1相位的基本概念错误!未定义书签。2. 2相位差测量原理。错误!未定义书签。2.3电路设计原理错误!未定义书签。3设计与分析63.1移相电路错误!未定义书签。3.1.1方案分析。错误!未定义书签。3.1.2移相电路设计错误!未定义书签。3. 2检测电路。错误!未定义书签。3.2. 1方案分析。错误!未定义书签。3.2.2检测电路设计。错误!未定义书签。3.2.3 LM 3 39特性分析。错误!未定义书签。3. 2. 4双稳态触发器。错误!未

3、定义书签。3. 3计数显示电路错误!未定义书签。3.3.1方案分析。错误!未定义书签。3.3.2计数显示电路设计错误!未定义书签。3.3. 3数码管工作原理。错误!未定义书签。4仿真与调试。错误!未定义书签。5实验分析错误!未定义书签。总结。错误!未定义书签。参考文献。错误!未定义书签。致谢。错误!未定义书签。附录。错误!未定义书签。相位差测量电路设计机电工程学院自动化专业指导老师：（讲师）摘要：随着计算机以及电子技术的发展，相位差测量技术作为常用的信号测量技术， 得到了快速发展，已经成为现代科学研究不可或缺的一部分。相位检测在信号变换、信息采 集、控制等方面有着重要的意义，特别是在电气、工业

4、自动化、智能控制及通讯电子等许多 领域都有广泛的应用。因此，相位差测量技术在信号的处理、检测方面有着极其重要的作用。为了满足本课题的要求，从相位差的测量方法入手，设计了一个相位差检测电路，该电 路可测试一个经过移相电路的信号（正弦波）移相后与原信号间存在的相位差,可由测试电路 检测并显示。该设计主要包括三个方面的即移相电路设计、相位差测量电路设计、计数显示电路设计 等。其主要过程是将源信号为一个正弦波经过由两级RC移相器和电压跟随器组成的移相电 路后，得到一个移相后的正弦波，两个信号输入相位差检测电路进行整形电路和获得源信号 和移相后信号的相位差信号，最后输出相位差波形的宽度，即源信号的过零点

5、与被测量信号 的过零点之间的时间差。然后再通过显示电路，最终由共阴极数码管显示出来。关键词:相位差;移相电路;检测电路;计数显示电路；整形电路，De s ign of Circu it in Phas eDiffer ence Measurement(College of mechani c al and el ec trical e n gineering, Hu a ngsh a n Uni v ersity, 24 5 021) Ab s tr a c t : With the d ev elo pme nt of c ompu te r an d el ec tron i c te c

6、 h n ology, t he ph a se diffe re nce me asu r ement t echnolo g y, as a common si g nal me as u r em e nt technology, has b e en r a pid d eve lopm e nt an d has bec o m e an in di spens ab le part of m o dern s ci en t ific rese a r c h. P hase d et e ction is o f gr e at s i gnific an c e i n ter

7、ms o f s i gnal transformation, data collection, cont r ol, es p ec ia ll y i t is wi d ely use d in ma n y fiel d s , such as e lect r ical, industri a l autom a t ion , int el lige n t co ntro l and c o mmunication s , e lect ronics and s o on. The r efore, ph a se diff e rence measurement tec hno

8、 l o gy p l ays a v er y impo rta n t role in s ig n al pr oc essin g and detection .In orde r to m ee t the requirements of this subject, I design e d a pha s e difference d e t ec tion c i rcuit sta rt ing from the phasediffere n ce mea s ur e m e nt met hod. T he circuit can t est a af t er a p h

9、 ase shift ci r cui t sign a l (a sine wav e ph ase s hift e r b etwe en the or i gi n al signal and the ph as e differ e nce c an b e detec ted and d ispl a y b y the tes t cir c ui t.The d e sign m a i n ly inc ludes three a spect s： the p ha s e s hi ft c i rcuit d e sign, the pha s e d i f f ere

10、nce meas u r e ment c i rcuit d esign, the c ounting and di splay circu it de sign, e tc. Sour c e aft er a sine wave by two stage RC phase s h i fter a n d vol t ag e foll o w er of p h a s e-shift c ircuit, a ph a se shifting sine wave i s the main process , the two input signal phase differe nce

11、detection circuit shaping circuit and source signal and phase signal pha s e d ispar i t y s i gn al, f inall youtputpha s e differencewav eform w i d th, n a mely s ig n al source o fzer o andmeasur e d si g nal zero cr os s in g point bet ween the time differen c e. And t hent hro u gh th e di s p

12、la yci rcu it, an d u l timat e ly by th e c ommo nc athode digital tub e d i s p lay.Key wor d s: Ph a s e diff er e nce ; De t ection circu i t ； Countingdis play circuit ; Di s p l ay c i rcuit ; Plastic c irc ui t1绪论1.1研究背景及意义随着微机和电子技术的快速发展，信号相位测量技术已成为现代科技社会不 可缺少的一部分。相位差测量在多方面有着重要意义，包括信息的采集、信号的

13、检测和控制等等方面，特别是在电力行业、工业自动化、智能化和其他的通讯电 子等方面有着广泛应用。例如：(1) 确定电路谐振特性。当电路发生谐振时，该电路的L、C两端的电压 相等但相位相反,所以两信号相互抵消，即可确定两个信号的相位为零。因此，根据 相位差来确定该电路是否发生谐振。(2) 测量信号的传输特性。我们可以通过测量某个信号的幅频和相频的特性， 然后根据以此来分析信号的传输特性。(3) 测量信号的延时特性。通过测量信号的相位差，可以分析该信号的延 时特性。(4) 测量和校正伺服系统。伺服系统是自动控制的重要组成部分，因其电动 机、解调器等都设计成响应于同相信号，故它需要经常测量信号的相位。

14、(5) 测量功率因数。如在交流电路中，功率因数是电压与电流之间相位差的余 弦，用cos0表示。因为9与cos0是函数关系，因此可以通过使用相位差测量的方法, 先测得。值后再计算cos 0的值。(6) 测量距离和方向。该功能应用非常的广泛，如相位式激光测距，其原理是 通过发出连续的调制光波来回往返产生的相位延迟进行测量，间接的测量出光经 过被测物体距离的时间，从而求出被测距离1。由此可见，相位差测量技术广泛应用于医疗、勘探、电力、航空航天、石油 冶金等多种领域。1. 2发展现状和发展趋势1.2.1国外发展状况国外对于相位差测量的研究起步早，如俄罗斯、英国、德国尤其美国该技术 一直处于领先地位。如

15、美国的Agilent(安捷伦)、德国德图、日本横河等公司在 相位差测量技术方面取得优异的成就，如图11所示,Ag ilent 53132A型通 用计数器，该计数器频率分辨率达1 2位/秒;频率范围:CH1和2 ：d c2 2 5MHz; 测量速度可达到200次测量/秒在GPIB上。如图12所示，美国CH公司生产 的型号CH 6 0 0 0 A高精度相位计，其分别率达0.0 0 1 ，是迄今最好的相位计， 精度0. 0 20，频率响应：5Hz1MHz，增加了 USB接口,利用了最新的数字技 术和优化模拟设计。国外的产品主要特点是可以测量幅值、周期还包括相位、频率等多种参数的 测量，尤其重要的是他

16、们的产品测量精度高，利用非常先进的数字芯片，这样的 优点是测量精度高、频率范围宽、抗干扰好。图 1-1 Agile n t 5 3132A 型计数器图1-2 CH6O0OA型高精度相位计1.2. 2国内发展状况与国外技术相比，我国该项目研究相对落后，它起步于上个世纪六、七十年 代，我国在此后的几十年取得了较大成就，但是测量精度相对低、使用的频率范 围窄以及采用的器件、方法和技术与国外相比还是有很大的差距。随着国内技术发展迅速,国内相位计产品技术得到快速提高，如上海旺平电 气有限公司生产的WP9066A多功能相位计，如图1-3所示，该相位计可用表或 数字液晶显示。该相位计主要参数如表1-1所示，

17、相位测量范围大、频率高、测 量精度相对较高等众多优点，其功能主要用于双电力系统，测量交流电流,电压两 电压之间，两电流之间，及电压、电流之间的相位角度。类型图13 WP9O66 A多功能相位计表1 1 WP906 6 A多功能相位计技术参数测量范围测量精度相位036 0 1。电压025 0 V1.5%电流0 .140 A2%频率1 Hz999 9 Hz1Hz功能测量交流电流，电压两电压之间,两电流之间,及电压、电流之间的 相位角度总的来说，我国的相位差测量技术与发达国家相比还有很大的差距,主要表 现在产品种类少、产品测试功能单一，尤其重要的是仪器测量精度、数字化和自 动化程度低。1.2.3发展

18、趋势早期阶段的相位差测量技术一般采用的方法包括李沙育法、和差法、阻抗法 等，这些测量方法虽然简单，但是重大弊端是测量精度低，不符合现在科学技术的 发展和需要，所以出现利用数字电路、微处理器等构成电路系统，使得测量精度得 到极大的提高。该技术极大的简化设计程序，使得测量精度更高、功能齐全，是 目前社会未来发展的趋势。目前，相位差测量技术广泛应用于众多领域和部门，如今测量电路具有运行 速度快、高精度、低成本等优点，它的应用领域宽广并取得了许多新的进展。尤 其国防技术的发展，需要发展高精度、多种功能的相位计。因此，在各种实时系 统之中对于相位差测量技术极其重要。为了满足本课题的要求，设计了一个相位差

19、检测电路，包括移相电路和显示电 路，该电路的主要功能是可以测量原信号和一个经过移相电路的信号（正弦波）移 相后之间存在的相位差，并最终由数码管显示。2相位差测量的基本原理2.1相位的基本概念相位是信号的三种特性之一，它说明谐振波振荡在某一瞬时的状态。在数学上 定义为正弦或余弦的幅角，其数学模型为：u（t） = E sin（t +。）（2-1）式（2-1）中E称为幅值，且E =-/2E，E称为有效值，9是初始角，t+0是相 位角，通常称为相位，可表示为：甲（t） = st+9（2-2）2.2相位差测量原理只有两个同频率信号的相位差才有意义，我们可以通过式（22）可以看出相位是时间t的线性函数，令

20、七(t)、中2(t)表示角频率为气、32的两个简谐振荡的 相位,则有：1212中(t)=中(t)中(t) =(3 3 )t + (0 0 ) = 3t + (0 0 )(2-3)由式(2-3)可知相位差也是时间t的线性函数，若31 = 32时则有：中(t)=中(t)一中(t) =0 -0(24)式(2-4)表明，两个同频率信号的相位差为常数，由其初相位角之差确定，即我 们通常所说的静态相位差。假设，我们选定一个信号为参考信号，甲=甲-甲=-0 122设它的初相角为零，如：0 = 0则 1u (t) = E sin(31) (25)1u (t) = E sin(3t + 0 )(2-6)由式(2

21、-5)确定的信号叫做基准信号，式(2 -6)确定的信号称为被测信号 u (t)、u (t)的相位差:甲=甲-甲=-0，负号表示甲滞后于平或平超前于平。在 121221221实际测量中，首先找到基准信号u1(t)过零点时刻,然后通过判断此刻被测信号 u (t)的幅值，幅值为正，则中超前于中，否则为滞后3。2.3电路设计原理本次设计采用数字式相位差检测和显示，这样的方法的一个最大优点就是它 的干扰力小以及工作稳定。如图2 1所示是设计原理框图，源信号为一个正弦 波它经过由两级RC移相器和电压跟随器组成的移相电路后，得到一个移相后的 正弦波，两个信号经过整形后输入双稳态触发器，获得源信号和移相后信号

22、的相 位差信号,再经过由三个74LS192组成的计数器计数，然后通过锁存器7 4HC 3 7 3进行锁存，最终由数码管显示。3设计与分析3. 1移相电路3.1.1方案分析通常最简单的模拟电路移相是RC移相和LC移相，我们一般采用的是RC移 相电路。如图3-1所示,是两个简单的RC移相电路。图3-1简单的RC移相值得注意的是：移相电路对不同频率信号，所产生的移相角度是不相同的， 所以必须要针对特定的频率进行，本次设计选取的频率是1KHz。图3-2有源移相电路通常我们将RC与运放一起联系起来，如图3-2所示，组成有源的移相电路，R 2 取 10是典型的可调移相电路。它的移相调节范围为0。90,在本

23、设计中R1、KQ,其传递函数推导如下：11R jC u = 1 u +2R3 + jC八 R、仁 11 j-R C(1 + -) = u + 2 u = 1u+ J%+ J%(3-1)A(j)=U = 1 - gRC u 1 + jR C脂(3-2)(3-3)在本次设计中，1KHz的正弦波二2兀x103sd /s , C为1 0 nF ,R3为可调 范围为01 5 KQ的滑动变阻器。本次采用两级RC移相器且为同频正弦波，所以 相位差中=|%（必）| +炉2（）风3.1.2移相电路设计本次设计的移相电路由两级RC移相器和电压跟随器组成，采用电容滤波的 方法。我们一般将RC与运放联系起来组成有源的

24、移相电路，如图33所示，一级 移相移动相位9 0，两级移相180。本次设计采用两级移相,故移相范围为0 1 80。XFG23.2检测电路3. 2.1方案分析目前测量相位差的方法有很多种类型，传统的主要有直接比较法、李沙育 图形法。现在一般使用过零检测法。方案一:直接比较法比较法其测量原理是将同频率u和u分别直接接到双踪示波器的丫和丫通1212道。如图34所示，设：(3-4)u (t) = U sin(t 一中)(3-5) XT则相位差计算公式为：中=360。、T=360x 匕一二t t(3-6)或=360x ABAC其中，AB 牝 k(tB - tA), AC = k(tC - tA)4图34

25、直接测量法直接比较法的弊端就是误差大，主要的测量误差来源大概包括三种：首先，示 波器水平扫描的非线性，即扫描用的锯齿电压呈非线性。其次，垂直通道一致性 引入附加相位差。最后，人眼读数产生的误差。方案二：李沙育图形法设测量两个同频率的正弦信号S1、S2的相位差。以S1为x轴，以S2为y轴， 作图。若图形为一条过零点的线且斜率为1,则相位差为0。若图形为一条过零点 的线且斜率为-1,则相位差为兀。若图形为椭圆，如3-5所示。设该椭圆交y轴于点 （0，），椭圆y向最大坐标y，则相位差为arcsin。/）。将S1、S2接示波器 0m0 m的乂输入端和Y输入端，可通过观察示波器上的图形得到相位差5。图3

26、5 李沙育图形法该方法虽然简单，但是由于是通过人的肉眼来观察，所以很难以保证其测量 精度,也不能使测量自动化，是不符合现在科学技术的发展和需要。方案三：过零检测法过零比较法是比较普遍的一种测量两信号间相位差的方法。它主要是分别判 断出两个同频率正弦信号过零点的时刻，并且计算出它们之间的时间差，然后将这 个时间转换为相应的时间差，从而测出相位6。设ut)为被测信号，说如)为延时后的被测信号，其表达式分别是：u (t) = u sin(t + 中)(3-7)u (t) = u sin(t+中)(3-8)显然u(t)和u2(t)的频率相同，相位差是一个与时间无关的常数，At为延时 时间，7为被测信号

27、周期。如图3- 6所示,可以通过以下公式计算得到u1和u2的相位差9。At9 = 一 2 兀7(39)式中,At为所测的两信号过零点时的时间差7。图3-6信号过零点的时间差本设计使用数字化检测，所以需要对输入信号进行采样离散化，这样信号过零 时间差也就会变为信号过零点之间的采样点数n。相位差9的计算公式如下：攵c2n兀9 = - 2兀=TT - f(3-10)式中,f为采样频率；T为周期信号兀过零检测法的特点是电路简单,且具有测量分辨率高、线性好以及易于数字 化等特点。上述的三种测量相位的方法，各有优缺点，从测量范围、灵敏度、准确度、 频率特性和谐波的敏感度等技术指标来看，在此次设计中将采用过

28、零检测法。主 要用到的是通过相位差转换成计数脉冲数进行测量，还易于实现数字化和自动 化。综合所述,选择过零检测法比较合适。3.2.2检测电路设计本次设计的检测电路模块主要包括整形电路和双稳态触发器的设计，其中， 整形电路采用的是过零比较法将待测信号变成矩形波信号，然后再送到双稳态触 发器进行下一步的处理。1 Dkl 50GV 645- onU16A.71_ G71：-LM32BDR1CAAM iaan移相信号一LM3-3.9DVCCRVR.11 MAr- 10kQ-pFlLSIO-小一ND 口R 侣10-kfl 知甄 K&7=jAVCCR1E图3-7检测电路图本次设计针对两路信号采用了施密特触

29、发器组成的整形电路，由于施密特触 发器是在单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，因为正反馈的作用，它 的门限电压随着输出电压的变化而变化，从而使施密特触发器有两个门限电压,所 以可以提高输入电路的抗干扰能力。为了避免待测信号和源信号在整形电路中产 生附加移相或者发生相对移相，必须保证两个施密特触发器的两个门限电平对应 相等，这可以通过调节电位器来实现,这样即使发生移相也能保证二者的相对移 相为0,最后经过双稳态触发器，得到相位差信号。如图3-7所示，其中,U1、U 2分别是源信号和待测信号;U3、U4分别是经过过零比较整形后的两路矩形波信 号8。相位差检测波形图如图3 - 8所示，两个输入

30、信号分别为U1和U2,，所得 的输出波形为Q,其宽度即源信号的过零点与测量信号的过零点之间的时间差。图3-8相位差检测波形图3.2.3 LM339特性分析LM33 9集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是:(1)失调电压小，典型值为2mV；(2)电源电压范围宽。单电源为236V,双电源电压为土 1V 1 8V； (3 )对比较信号源的内阻限制较宽；(4)共模范围很大，为0(VCC- 1.5V) V0;(5)差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；(6)输入端电位可灵活方便地选用。LM33 9类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个 输出端。两个输入端一个

31、称为同相输入端，用+”表示，另一个称为反相输入端, 用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压, 另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当 于输出端开路。当“-”端电压高于“ + ”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。 两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一 种状态。LM3 3 9集成块采用C-14型封装，图3 - 9所示，为外形及管脚排列图。LM3 39相当于一只不接集电极电阻的晶体管三极管，在使用时输出端到正电源 一般需接一只电阻。选用不同阻值的上拉电阻会影响输出高电位的值。因为当输 出晶

32、体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。所以 要加上上拉电阻才能保证有高电平输出，本次设计采用的是10 KQ上拉电阻9。3.2.4双稳态触发器双稳态触发器在相位差测量电路中起到测量时间差r的作用，在这里我们 选用的是74L S 74芯片,74LS 7 4芯片是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件 中包含两个相同的、相互独立的边沿触发D触发器电路10。74LS74引脚图如图3- 1 0所示：图 12-9图3- 1 0 74LS74引脚图74LS74的引脚功能：Q1、Q2、Q1、Q :数据输出端CP1、CP2:时钟输入端D1、D2:数据输入端CLR1 CLR2:直接复位端（低

33、电平有效）PR1、PR2 :直接置位端（低电平有效）7 4LS74芯片的逻辑图如图3-1 1所示:42 D Q 3 CP方51Q12 D $ 口 Q _&11 CP图3-1 1 74LS7 4 逻辑图74LS74的输出输入波形图如图3-12所示，假设输入分别为A、B两个 信号。图3- 1 2 7 4LS74输出输入波形图3.3计数显示电路3.3. 1方案分析计数显示电路是基于时间间隔测量法来设计，将相位差转换成时间间隔攵， 然后根据计数器时钟脉冲计数测量其时间间隔，然后再用计数器的时钟脉冲频率 乘以360 x n，则最终数码管显示的值即以度为单位的相位差值。其计算公式如下：9 = o x 36

34、0。=空 x 360。Tf0(3- 1 1)式中,n为在攵时间内计数脉冲的个数；f为被测信号频率；f为时标信号 0频率11。如若在1s内让计数器连续计数，即在1s内有f个门控信号，则其一共计数为9.360n = f xn，所以n = f x n =x f，则9 =x n。通过上式我们可以看出，当11360。 0f 10360时标频率f0取36 0 KHz时，代入可得：9 = x n= n由此可见，在时标频率f0取360KHz前提下，计数器在1s内脉冲的累计数就 是以度为单位的两个被测信号的相位差,这为本次设计带来了简便。3.3. 2计数显示电路设计本次显示电路采用的是数字检测和数码管显示被检测

35、信号相位差，如图3 -13所示，在本设计中我们首先使用7 4LS192作为计数器来计数，捕获单元 实现信号的数据采集，然后使用74HC 3 73作为锁存器将相位差数值锁定,最后通 过数据后期处理后由3个共阴极数码管显示出来11。一相位差信号U15A -1- r4LE04DmauEM a ul74L&192C*5VU3DCD_HEX CH=a_HEX DCD_HEXU9U1D U1152-ki_7d.H373DW_iV J_7d.H373DW_4Vt?社卜用听wdw4VuMImTlnmke普斜奇*LExxtiLTu 过r心 w图3-13计数显示电路图3. 3.3数码管工作原理为了能以十进制数码管

36、直观地显示数字系统的运行数据，目前最广泛使用了 七段数码管，这种数码管是由七段可发光的线段拼合而成的。常见的七段数码管 有半导体数码管和液晶显示器等。如下图3-14所示为半导体数码管的外形图，这种数码管的每个线段是一 个发光的二极管。从各发光电极连接方式分有共阳极和共阴极两种，如图3-15 所示。2 f GsDadGNDc+5V*rJv*图3-15数码管共阴极和共阳极数码管显示字型码如表3-1所示,本次设计采用的是共阴极数码管。表3-1数码管显示字型码显示字符共阴极字符共阳极字符03FHC0H106HF9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH8 2H707HF8H8

37、7FH8 0H96FH90H4仿真与调试本设计使用软件Multis im进行仿真，画出电路图，通过调节变阻器R5、R8 来改变移相电路的相位。如图4-1所示，所得到的源信号和移相信号的波形图。 源信号的频率和移相信号的频率都为1 KHz,相位较源信号滞后，此时滑动变阻 器 R5、R8 都取7.5 KQ。图4- 2为两个D触发器将两个输入信号转化为的方波信号，我们可以通过 图大概可以看出T -T =284.09项s，与图4-1数据一致。经过相位差公式3 -10 21可计算出相位差约为102,由图4-3是经过数码管显示出的相位差，其显示数 据为101,与通过计算出的相位差相比较，可以看出数据非常的

38、接近，基本实现 了预期目标。图4-1信号波形图图4一2相位差波形图4 3数码管显示5实验分析本次电路设计采用模块化设计方案，设计中使用了很多芯片,但是电路相对 简单，最后相位差数值采用数码管显示，其优点是显示稳定，数值精确。但在调试 过程中发现一些缺点，也是不可避免的问题，就是反应速度慢。如下表5-1所示, 列出了通过调节变阻器R5、R8所得的相位测量数据，并计算了相对误差。根据 公式加(j)| = -2arctanRC和中=()| + |p2()可以计算出相位差的实际值， 如R 5、R8分别取6 0%时,即数值为9K Q 代入公式可得中=117.9。同理，其他数据根据公式计算其实际值。相对误

39、差=(读数值-实际值)/实际值表5 1误差分析参数123456R3 (1 5K)20%30%45 %6 0%8 0%100%R6(15K)20%30%45%6 0%80%100%实际值42.76 3.191.9117.914 8.0173. 2读数值4363921 18148173误差0.70%-0 .16%0.11%0.09%0%-0 .12%通过分析上面表格数据可以看出，本次设计的相位差测量电路最大的相对 误差为0.70 %，最小近似于0%。所以该电路的精度基本符合设计要求。在实际 电路中，有电路损耗，给实验结果带来影响。比如移相电路，它的原理是利用了 元件两端电压与流过它的电流间的相位关

40、系来实现的。实际实验中我们所使用的 电感器和电容器都有损耗电阻。主要来自电感器的损耗电阻的影响，因为一般电 容器的损耗电阻很小，可以不用考虑在内。我们测量到的电感器两端的电压值， 实际上是电感与其损耗电阻上电压的矢量和，而不是纯电感两端的电压。所以， 电感器上电压超前电流的相位差不再是兀/2，而是要小于它12。由于在实际电路中有很多干扰以及电路的寄生效应，这样最终导致输入示波 器的波形很不稳定。为了解决这个问题，在本次设计中我们在源信号和一级移相和二级移相之后都加了电压跟随，以确保整个环节电压幅度稳定13 1本次设计中，对相位差采用的是脉冲计数，这也是最大的误差且为一个脉冲， 因此,最大误差为

41、：100%(5-1)式中,1为待测信号频率。由公式5-1可知,误差随着电路频率的增加而减小即测高频时误差较小， 但 是 测 低 频 时 误 差 较 大参考文献1 刘灿涛，赵伟，袁俊.基于数字相关原理的相位差测量新方法J.计量学报，2002,5:15-1 8,2 52 吴静，金海彬.高准确度的相位差测量方法J.中国电机工程学报，201 0 ,2:4-53 叶琳，周弘，张洪，张杰.相位差的几种测量方法和测量精度分析J .电测与仪表，20 0 6,2:12-144 丁英丽.相位差的测量方法J.本溪冶金高等专科学科学报,2002,2： 1 1 -1 3, 1 55 张鹏，徐进，曹建荣.一种基于数字分析

42、的相位差测量方法J.计算机测量与控制.200 4,3 :228-2306刘琼章，张征平，陈艳峰.电力信号相位差测量方法之探讨J.电测与仪表，2 004,2:19-2 17缪晓中，杜伟略.相位差测量方法的研究与应用J.仪表技术,2008, 3： 12-138肖鹏东，文伟宁，周兆英.基于光学三角法的非接触测量技术及应用J.中国仪器仪 表，1 995,4：9-119 刘九庆，谢永华，蒋云飞.基于单片机的相位差在线测量J.辽宁省交通高等专科学校 学报， 2003，2：10-1310 刘龙飞，王根岭,肖培如.相位差测量电路的设计J.工业控制计算机,2013,6:132-13 311 陆招兰，施文康.相位

43、差检测分析与仿真计算J.武汉工业学院学报，2009,28：45-481 2 Zhe n wei Shi, S huo Yang, Zhiguo Ji a n g. Ta rg et dete c ti o n u s i ng di f f e rence measured fun ct ion bas ed m a tc he d fil t er fo r h ype r spec t ral imager yJ. I nterna ti ona 1 J o u r n al for Light and El e ctron Opt ics, 20 1 3,17： 12212313 Hu an h u an Ma i ,Wei we i Zha n g，Yape n g Zh a o. S 1 ave S ystem Di me n s i on Expans i on Approach for Robus t Sync hr on i zation of Chao t ic Sys tems wit h Unknown Phase Diffe r ence J. J our na 1 of Con t r o1 Sc ience and Eng i nee ri ng, 2 0 1 1 ,10:98-99附录II忏i HnniiftHnn