第五章 频率、时间和相位差的测量

相位差检测电路

课程设计报告 课程电子测量与虚拟仪器 题目相位差检测电路 系别物理与电子工程学院 年级08级专业电子科学与技术 班级08电科（3）班学号0502083（02 14 23 24）学生姓名崔雪飞陈祥刘刚李从辉 指导教师徐健职称讲师 设计时间2011-4-25~2011-4-29

目录 第一章绪论 (2) 第二章题目及设计要求 (3) 2.1题目要求 (3) 2.2设计要求 (3) 第三章方案设计与论证 (4) 3.1移相电路设计 (4) 3.2检测电路设计 (4) 3.3显示电路设计 (5) 第四章结构框图等设计步骤 (6) 4.1设计流程图 (6) 4.2模块分析 (7) 4.2.1 移相电路 (7) 4.2.2 检测电路 (7) 4.2.3 显示电路 (8) 4.3结果显示 (9) 4.4总电路图 (11) 第五章误差分析 (12) 第六章总结体会 (13) 第七章参考文献 (14) 附录 (15)

第一章绪论 随着电子技术和计算机技术的发展,电子设计自动化(E-DA) 技术使得电子电路设计人员在计算机上能完成各种电路的设计,性能分析和有关参数的测试等大量的工作。Multi-sim2001是加拿大InteractiveImageTechnologies公司2001年推出的Multisim最新版本,是一个专门用于仿真与设计的工具软件,它丰富的元件库中提供数千种电路元件,随时可以调用;它提供了多种测试仪器仪表,可方便的对电路参数进行测试和分析。移相器在新一代移动通信、电子战、有源相控阵和智能天线等系统中获得广泛的应用。移相器在电子系统中的主要作用是调整系统接收 /发射时电路中的信号相位。本文将介绍用Multisim软件的部分集成电路和控制部件等各种元件来完成移相电路的设计和仿真。 使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 相位差的测量是研究网络相频特性中必不可少的重要方面，如何使相位差的测量快速、精确已成为生产科研中重要的研究课题。 测量相位差的方法很多，主要有：用示波器测量；把相位差转换为时间间隔，先测量出时间间隔，再换算为相位差；把相位差转换为电压，先测量出电压，再换算为相位差；与标准移相器进行比较的比较法（零示法）等。在测量相位差中主要有四种方法，即用示波器测量相位差、相位差转换为时间间隔进行测量、相位差转换为电压进行测量、零示法测量相位差。在此课程设计中主要用到的是相位差转换成计数脉冲数进行测量。

相位差检测

目录 一、题目要求 ........................................................ 错误!未定义书签。 二、方案设计与论证 ............................................ 错误!未定义书签。 移相电路 ......................... 错误!未定义书签。 检测电路 ......................... 错误!未定义书签。 显示电路 ......................... 错误!未定义书签。 三、结构框图等设计步骤................. 错误!未定义书签。 设计流程图........................ 错误!未定义书签。 电路图 ........................... 错误!未定义书签。 移相电路图................... 错误!未定义书签。 检测电路图................... 错误!未定义书签。 显示电路图................... 错误!未定义书签。 四、仿真结果及相关分析................. 错误!未定义书签。 移相效果 ......................... 错误!未定义书签。 相位差波形........................ 错误!未定义书签。 相位差度数........................ 错误!未定义书签。 五、误差分析........................... 错误!未定义书签。 误差分析 ......................... 错误!未定义书签。 六、总结与体会......................... 错误!未定义书签。 七、参考文献........................... 错误!未定义书签。 八、附录............................... 错误!未定义书签。 元器件清单........................ 错误!未定义书签。

精确的频率和时间测量-时基的选择

少年易学老难成，一寸光阴不可轻 - 百度文库 1 精确的频率和时间测量 - 时基的选择 上篇文章谈到了频率和时间测量的分辨率和精度。相信很多工程师会感兴趣测量一个结果后，其误差或不确定度到底是多少。测量的不确定度是由3个因素构成的，即 基本不确定度 = k* (随机不确定度 ± 系统不确定度 ± 时基不确定度) 事实上，要获得准确的随机不确定度和系统不确定度是一件非常恐怖的事情。它是与众多参数相关的非常复杂的函数。如果诸位有兴趣了解这个，可以到网上查阅安捷伦53200 系列频率计数器的详细资料，出版号是 5990-6283CHCN 。 好在安捷伦的工程师将这个复杂的运算公式做成了一个简单的表格。您只需输入测量的相关设置和结果，这个表格可以自动帮助你得出不确定度。如果有兴趣，可以与安捷伦的电话服务中心联系 400-810-0189 关于随机不确定度和系统不确定度，这与闸门时间和测量次数密切相关。简单地讲，延长闸门时间和增加测量次数，都可以降低者两个不确定度。但时基的不确定度是由计数器本身的老化和工作环境，以及其本身的相位噪声等参数决定的。频率计数器的测量精度始于时基，因为它建立了测量输入信号的参考。更好的时基有可能得到更好的测量。例如，如果时基的月老化率是0.1ppm ，仪器在校准后一个月内使用，它对10MHz 信号测量带来的不确定度则是 1Hz 。 但如果老化率是0.01ppm, 其带来的不确定度只有0.1Hz. 环境温度对石英晶体的振动频率有很大影响，可根据热行为把时基技术分为三类: 1. 标准时基。标准或“室温”时基，不使用任何类型的温度补偿或控制。其最大优点是便宜，但它也有最大的频率误差。下图中的曲线示出典型晶体的热行为。随着环境温度的改变，频率输出能变化5ppm 或更高。对于1MHz 信号为±5Hz ，因此是测量中必须考虑的重要因素。在通用侧测试仪器，如示波器、函数信号发生器、频谱仪中，采用的是这种时基。在过去低端的频率计数器，其标准配置的时基也这这种得标准时基 2. 温度补偿时基。有时，我们也称之为高稳时基。一种解决晶体热变化的方法是让振荡器电路中的其它电子元件补偿其热响应。这种方法可稳定其热行为，把时基误差降低到约0.1ppm （对1MHz 信号为±10.1Hz ）典型的事安捷伦53200A 系列频率计数器标准配置的时基就是这种，其老化率可达到0.1ppm 。 有时，这种时基也被用于输出频率精度更高的信号源，如安捷伦的33520A 系列函数和任意波性发生器，这种时基就是一个选件 3. 恒温槽控制。稳定振荡器输出的最有效方法是让晶体免受温度变化。计数器设计师把晶体放入恒温槽，保持其温度在热响应曲线的特定点。从而能得到好得多的时基稳定度，典型误差只有0.0025ppm （对于1MHz 信号为±0.0025Hz ）。

时间间隔测量技术综述

高精度时间间隔测量方法综述 孙 杰 潘继飞 （解放军电子工程学院，安徽合肥，230037） 摘要：时间间隔测量技术在众多领域已经获得了应用，如何提高其测量精度是一个迫切需要解决的问题。在分析电子计数法测量原理与误差的基础上，重点介绍了国内外高精度时间间隔测量方法，这些方法都是对电子计数法的原理误差进行测量，并且取得了非常好的效果。文章的最后给出了高精度时间间隔测量方法的发展方向及应用前景。 关键词：时间间隔；原理误差；内插；时间数字转换；时间幅度转换 Methods of High Precision Time-Interval Measurement SUN Jie , PAN Ji-fei （Electronic Engineering Institute of PLA, HeFei 230037, China ） Abstract: Technology of time-interval measurement has been applied in many fields. How to improve its precision is an emergent question. On the bases of analyzing electronic counter ’s principle and error, this paper puts emphasis upon introducing high precision time-interval measurements all over the world. All these methods aim at electronic counter ’s principle error, and obtain special effect. Lastly, the progress direction and application foreground of high precision time-interval measurement methods are predicted. Key Words: time interval; principle error; interpolating; time-to-digital conversion; time-to-amplitude conversion 0引言 时间有两种含义，一种是指时间坐标系中的某一刻；另一种是指时间间隔，即在时间坐标系中两个时刻之间的持续时间，因此，时间间隔测量属于时间测量的范畴。 时间间隔测量技术在通信、雷达、卫星及导航定位等领域都有着非常重要的作用，因此，如何高精度测量出时间间隔是测量领域一直关注的问题。本文详细分析了目前国内外所采用的高精度时间间隔测量方法，指出其发展趋势，为研究新的测量方法指明了方向。 1 电子计数法 1.1 测量原理与误差分析 在测量精度要求不高的前提下，电子计数法是一种非常好的时间间隔测量方法，已经在许多领域获得了实际应用，其测量原理如图1 量化时钟频率为 0f ，对应的周期001f T =，在待测脉冲上升沿计数器输出计数脉冲个数N M ,，1T ，2T 为待测脉 冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔，则待测脉冲时间间隔x T 为： ()210T T T M N T x -+?-= （1） 然而，电子计数法得到的是计数脉冲个数N M ,，因此其测量的脉冲时间间隔为： ()0' T M N T x ?-= （2） 比较表达式（1）（2）可得电子计数法的测量误差为21T T -=?，其最大值为一个量化时钟周期0T ，产生的原因是待 测脉冲上升沿与量化时钟上升沿的不一致，该误差称为电子计数法的原理误差。 除了原理误差之外，电子计数法还存在时标误差，分析表达式（2）得到： ()()00'..T M N T M N T x ?-+-?=? （3） 比较表达式（3）（2）： ()()00 ''T T M N M N T T x x ?+--?=? （4） 根据电子计数法原理，()1±=-? M N ，0'T T M N x =-，因此： 00'0'T T T T T x x ??+±=? （5） 00'T T T x ??即为时标误差，其产生的原因是量化时钟的稳定度00T T ?，可以看出待测脉冲间隔x T 越大，量化时钟的稳 定度导致的时标误差越大。 作者简介：孙杰： （1975—），男（汉族），安徽合肥人，解放军电子工程学院讲师 潘继飞：（1978—），男（汉族），安徽凤阳人，解放军电子工程学院信号与信息处理专业博士生

第6章时间与频率的测量

第6章时间与频率的测量 6.1 概述 目前，在电子测量中，时间和频率的测量精确度是最高的。在检测技术中，常常将一些非电量或其它电参量转换成频率进行测量。 1．频率和周期的基本概念 频率定义为相同的现象在单位时间内重复出现的次数。周期是指出现相同现象的最小时间间隔。周期性现象，是指经过一段相等的时间隔又出现相同状态的现象，在数学上可用一个周期函数来表示所谓周期性现象。对一个周期现象来说，周期和频率都是描述它的重要参数。周期与频率互为倒数关系，只要测出其中一个，便可取倒数而求得另一个。 2．时间与频率测量的特点 （1）时频测量具有动态性质。 （2）测量精度高。 （3）测量范围广。 （4）频率信息的传输和处理比较容易。 3．频率测量的基本方法 （1）直接法 指直接利用电路的某种频率响应特性来测量频率的方法。电桥法和谐振法是这类测量方法的典型代表。 （2）比对法 是利用标准频率与被测频率进行比较来测量频率。其测量准确度主要取决于标准频率的准确度。拍频法、外差法及计数器测频法是这类测量方法的典型代表。 6.2 电子计数器及其应用 6．2．1电子计数器面板及控键示意图 （1）功能选择 有6个键，完成计数、测量频率、测量周期、测量时间间隔、测量频率比和自校功能。 （2）时间选择 测量频率时，用于选择闸门时间；测量周期时，用于选择周期倍乘。 （3）输入通道 具有A、B和C三个通道，其中A、B通道可对输入信号进行衰减。 （4）触发选择 用于选择触发方式。置“+”时，为上升沿触发；置“-”时，为下降沿触发。 （5）触发电平 可连续调节触发电平。 （6）数码显示器 用于测量值显示，小数点自动定位。 6．2．2电子计数器的主要电路技术 电子计数器一般由输入通道、计数器、逻辑控制、显示器及驱动等电路构成。 1．输入通道 电子计数器一般设置2个或3个输入通道，记作A、B、C。A通道用于测频、自校；B通道用于测周； B、C通道合起来测时间间隔；A、B通道合起来测频率比。 2．计数器 计数器用触发器构成。在数字仪表中，最常用的是按8421编码的十进制计数器，来了十个脉冲就产生一个进位。 3．显示与驱动电路 电子计数器以数字方式显示出被测量，目前常用的有LED显示器和LCD显示器。

第五章频率测试技术习题

第五章频率测试技术 一、填空题 1: 电子计数器的测频误差包括__ __误差和__ __误差。 ±1量化、标准频率 2: 频率计除测频、测周外，扩展功能有__ _ _ 、 ____ 、____ _ 、 __ __ 等。 测频率比、测时间间隔、测相位差、自检 3: 在测量周期时的主要误差有：___ _ 、 _ 和。通用计数器采用较小的__ __可以减小±1误差的影响。 量化误差、转化误差、标准频率误差、频标 4: 在测量周期时，为减少被测信号受到干扰造成的转换误差，电子计数器应采用测量法。 多周期 5: 采用电子计数器测频时，当被计数频率一定时，可以减小±1误差对测频误差的影响；当闸门时间一定时，，则由±1误差产生的测频误差越大。 增大闸门时间、被计数频率越低 6: 在进行频率比测量时,应将的信号加在B通道，取出____ (周期倍乘为1)作为计数的闸门信号，将的信号加在A通道，作为被计数的脉冲。 频率较低、一个周期、频率较高 7: 一个信号源频率实际值和其标准值的相对偏差定义为 , 而把信号源频率变化的不确定性定义为。 频率准确度、频率稳定度 二、判断题： 1: 一个频率源的频率稳定度愈高，则频率准确度也愈高。（Х） 2: 当被测频率大于中界频率时，宜选用测周的方法；当被测频率小于中界频率时，宜选用测频的方法。（Х） 3: 当计数器进行自校时，从理论上来说不存在±1个字的量化误差。（√） 4: 在测量低信噪比信号的周期时,计数器通常采用周期倍乘,这主要是为了克服±1误差的影响。(Х) 5: 用计数器直接测周的误差主要有三项：即量化误差、触发误差以及标准频率误差。（√） 6: 使用模拟内插法和游标法不能从根本上来消除±1个字的量化误差。（√） 7: 标准频率的相对不确定度应该比±1误差引起的测频误差小一个量级。（√） 三、选择题：

电子测量与仪器 第六章 时域测量

第六章时域测量（示波器） 6．1 通用示波器由哪些主要电路单元组成?它们各起什么作用？它们之间有什么联系？6．2 通用示波器垂直偏转通道包括哪些主要电路？它们的主要作用是什么？它们的主要工作特性是什么？ 6．3 简述通用示波器扫描发生器环的各个组成部分及其作用？ 6．4 在示波器的水平和垂直偏转板上都加正弦信号所显示的图形叫李沙育图形。如果都加上同频、同相、等幅的正弦信号，请逐点画出屏幕上应显示图形；如果两个相位差为90°的正弦波，用同样方法画出显示的图形。 6．5 现用示波器观测一正弦信号。假设扫描周期（T x）为信号周期的两倍、扫描电压的幅度V x＝V m时为屏幕X方向满偏转值。当扫描电压的波形如图6.42的a、b、c、d所示时，试画出屏幕上相应的显示图形。 解： a b c d

Vx 6．6 试比较触发扫描和连续扫描的特点。 6．7 一示波器的荧光屏的水平长度为10cm ，现要求在上面最多显示10MHz 正弦信号两个周期（幅度适当），问该示波器的扫描速度应该为多少？ 解：正弦信号频率为10MHz ，T ＝s f T 76101101011-?=?== ，要在屏幕上显示两个周期，则显示的时间为s 71022T t -?==，扫描速度为 s cm /10501021067?=?- 6．8 示波器观测周期为 8ms ，宽度为 1ms ，上升时间为 0.5ms 的矩形正脉冲。试问用示波器分别测量该脉冲的周期、脉宽和上升时间，时基开关（ t/cm ）应在什么位置（示波器时间因数为 0.05μs ～0.5s ，按 1－2－5 顺序控制）。 解： 在示波器屏幕上尽量显示一个完整周期，而水平方向为10cm ，所以 测量周期时，8ms/10cm ＝0.8ms/cm ，时基开关应在1ms 位置， 测量脉宽时，1ms/10cm ＝0.1ms/sm ，时基开关应在100μs 位置， 测量上升时间时，0.5ms/10cm ＝50μs/cm 时基开关应在50μs 位置 6．9 什么是非实时取样？取样示波器由哪些部分组成？各组成部分有何作用？说明取样示波器观察重复周期信号的过程。 解：由r t BW /35.0=，可知MHz BW 7)1050/(35.09 =?=-，选择示波器时，信号上升时间应大于3~5 t R （示波器上升时间），或者带宽大于3～5f M ，这样只有（2）和（4）满足，而（4）的上升时间最小，观察效果最好，但价格贵。 6．10欲观察上升时间t R 为50ns 的脉冲波形，现有下列四种技术指标的示波器，试问选择哪一种示波器最好？为什么？

时间频率测量技术的发展与应用

时间频率测量技术的发展与应用 陈洪卿 (中国科学院国家授时中心) 1时间频率精密测量的目的和意义 信息化时代的到来，高精度时问频率已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关 重要的一个参量。时间的应用范围已经渗透到从基础研究领域(天文学、地球动力学、物理学等)到工程 技术领域(信息传递、电力输配、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等)，以及关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域(交通运输、金融证券、邮电通信等)的各个方面，几乎无所不及。 中国科协副主席、时间工作专家叶叔华院士认为“生活离不开时间频率，它是高新技术的基础”。“863”高科技计划倡导者陈芳允院士认为“时间频率在工业、交通、电信等方面的应用十分广泛。计时、工业控制、定位导航、现代数字化技术和计算机都离不开时频技术和时频测量”。它“在科技发展和社会进步中占有特殊重要的地位。”[1]2003年全国时间频率学术会议上，王义道教授作特邀报告“建设我国独立自主时间频率系统的思考”[2]指出：时间频率系统是维护国家安全和独立自主的命脉；现代化战争中原子钟比原子弹更重要；精密时间频率广泛应用于现代通信、导航、制导、定位、天文观察、大地测量、地质勘探、电网调配、电子对抗、交通管理、精密测量、科学研究等领域，设备需求量很大；标准频率与时间信号可以通过电磁波发射、传播、接收，直接为各种应用服务。 时间是国际单位制中的最基本的物理量之一，也是目前能够实现的测量不确定度最小的物理量。时间测量的精密度可小于10—18，准确度可达10一15。这使时间频率在计量、测量领域中起着十分突出的领先和独特作用[3]。因此，其它的物理量，如果能够通过一定的物理关系和物理常数转化为时间 频率量来进行测量，用时间测量来表征，那么，该物理量的测量 精度将会大大提高，并使计量单位趋向于统一。典型的例子，莫过于长度单位一米的定义。100 多年前，为适应世界贸易和科学技术发展需求，为统一国际长度度量单位和标准，成立国际米 制委员会，并确定和保持米尺原器，成为现代国际公制计量系统的基础。长度单位一米的测量 精度好不容易才达到10一8[4]。而今，由光速不变原理和L=CT确定长度，长度单位l米=真 空中光在1／299 792458秒时间内传播的距离，这样就可以用时间测量来表征长度测量，其精 度就提高到lO一9以上。作为原始基准的独立定义的长度单位，蜕变成由时间一光速联合定义的导出单位，长度单位就统一于时间单位了。此外，通过交流约瑟夫森量子效应，从加在约瑟 夫森结上的电压V与所产生的交流电频率之间的关系f=(2e／h)／v和国际协定常数值2e／h=483 597．9GHz／V，由测量频率求得电压；也可以求得电流、电阻以及温度等等[3]。

时间频率测量技术的发展与应用

21世纪中国电子仪器发展战略研讨会2004年9月时间频率测量技术的发展与应用 陈洪卿 (中国科学院国家授时中心) 1时间频率精密测量的目的和意义 信息化时代的到来，高精度时问频率已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关 重要的一个参量。时间的应用范围已经渗透到从基础研究领域(天文学、地球动力学、物理学等)到工程 技术领域(信息传递、电力输配、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等)，以及关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域(交通运输、金融证券、邮电通信等)的各个方面，几乎无所不及。 中国科协副主席、时间工作专家叶叔华院士认为“生活离不开时间频率，它是高新技术的基础”。“863”高科技计划倡导者陈芳允院士认为“时间频率在工业、交通、电信等方面的应用十分广泛。计时、工业控制、定位导航、现代数字化技术和计算机都离不开时频技术和时频测量”。它“在科技发展和社会进步中占有特殊重要的地位。”[1]2003年全国时间频率学术会议上，王义道教授作特邀报告“建设我国独立自主时间频率系统的思考”[2]指出：时间频率系统是维护国家安全和独立自主的命脉；现代化战争中原子钟比原子弹更重要；精密时间频率广泛应用于现代通信、导航、制导、定位、天文观察、大地测量、地质勘探、电网调配、电子对抗、交通管理、精密测量、科学研究等领域，设备需求量很大；标准频率与时间信号可以通过电磁波发射、传播、接收，直接为各种应用服务。 时间是国际单位制中的最基本的物理量之一，也是目前能够实现的测量不确定度最小的物理量。时间测量的精密度可小于10—18，准确度可达10一15。这使时间频率在计量、测量领域中起着十分突出的领先和独特作用[3]。因此，其它的物理量，如果能够通过一定的物理关系和物理常数转化为时间频率量来进行测量，用时间测量来表征，那么，该物理量的测量 精度将会大大提高，并使计量单位趋向于统一。典型的例子，莫过于长度单位一米的定义。100 多年前，为适应世界贸易和科学技术发展需求，为统一国际长度度量单位和标准，成立国际米 制委员会，并确定和保持米尺原器，成为现代国际公制计量系统的基础。长度单位一米的测量 精度好不容易才达到10一8[4]。而今，由光速不变原理和L=CT确定长度，长度单位l米=真 空中光在1／299 792458秒时间内传播的距离，这样就可以用时间测量来表征长度测量，其精 度就提高到lO一9以上。作为原始基准的独立定义的长度单位，蜕变成由时间一光速联合定义的导出单位，长度单位就统一于时间单位了。此外，通过交流约瑟夫森量子效应，从加在约瑟 夫森结上的电压V与所产生的交流电频率之间的关系f=(2e／h)／v和国际协定常数值2e／h=483 597．9GHz／V，由测量频率求得电压；也可以求得电流、电阻以及温度等等[3]。

一种软件测量相位差方法研究

一种软件测量相位差方法研究 作者：杨明1姜万东1宋国云2 （1.珠海万力达电气股份有限公司，广东珠海 519085； 2.酒泉超高压输变电公司，甘肃酒泉 735000) 摘要：传统测相位的办法是通过定时采样信息，经过快速傅立叶变换进行分析，这种做法要求采样点是整个周期的信息，还要进行复杂的作商、求反正切计算，运算量大，对系统时间造成一些浪费。作者根据传统测量方法进行拓展，提出了一种新颖的相位差测量方法，计算量小，用时少，精度高，特别适用于单片机环境下的软件测相位使用。 关键词：相位差；快速傅立叶变换（FFT）；单片机；软件测相位 相位差测量是工频交流电气测量技术的一个很重要的部分，电力系统中研究相位差是实现系统并列、准同期、无扰动合闸等工艺的重要前提条件，对系统稳定运行具有重要的意义。 传统的软件测相位的办法是通过定时采样一个周波的信息，利用快速傅立叶变换（FFT），将两个电气测量量的实部、虚部求出，然后对虚部差、实部差之商经过一次反正切计算，得出相位差。该方法运算量大，对系统资源浪费严重，对一些时间性要求比较苛刻的场合应用有局限性。为解决这一矛盾，本文利用考核过零点的时间差，求的相位差，研究数字滤波器，对提高测量精度有重要的意义。 1 信号采样 电气测量一般为50Hz的正弦波，为了满足测量精度、获得充裕的系统应用时间，本方 15电角度。通过单片机的定时中断，法使用的是每周24点的采样密度，既每个采样间隔是 读取中断时刻AD中各路模拟量的数值，分别储存至相应的寄存器数组中，如通道A、B的寄存器分别为AD_BUF_A[order]、AD_BUF_B[order]，其中order表示采样点次序，通道A、B采样点次序严格一致。 相位测量对所测的电气量的谐波要求比较严格，所以采样电路的前级的滤波措施要得当，专门的带通滤波器电路，可以很好地解决谐波问题，但是由于滤波回路会产生一些相角偏移，所以滤波器件的选型要严格。为了使测量误差尽可能的降低，为此，软件的滤波措施也要考虑。 2采样数据处理 以通道A为基本相位,研究通道A与通道B过零点的时间差，进而求解两者之间的相位

第5章频率法

5-1 某放大器的传递函数如下 1 )(+= Ts K s G 今测得其频率响应，当s rad /1=ω时，幅频A=12/2，相频4 π?-=。问放大系数K 及时间常 数T 各为多少。 解 当s rad /1=ω时 62 12 1 )1(2== += T K j G 4 )1(π - =-=∠arctgT j G 由上述两式得 s T 1=，26=K 。 5-2 设单位负反馈控制系统的开环传递函数1 10 )(+=s s G ，当下列输入信号作用在闭环系统上时，求系统的稳态输出ss c 。 （1）)30sin()( +=t t r （2）)452cos(2)( -=t t r （3）)452cos(2)30sin()( --+=t t t r 解 （1）系统的闭环传递函数为 11 10 )(+= Φs s 由输入信号的表达式可知s rad /1=ω。当s rad /1=ω时，幅值及相角分别为 91.011 110)1(2 =+= Φj 19.511 1 )1(-=-=Φ∠arctg j 系统的稳态输出为 )81.24sin(91.0)]1(30sin[)1( +=Φ∠++Φ=t j t j c ss （2）由输入信号的表达式可知s rad /2=ω。当s rad /2=ω时，幅值及相角分别为 89.011 210)2(2 2 =+= Φj 3.1011 2 )1(-=-=Φ∠arctg j 稳态输出为

)3.552cos(78.1)]2(452cos[)2(2022-=Φ∠+-Φ=t j t j c 。 （3）根据线性系统叠加原理得 )3.552cos(78.1)81.24sin(91.0 --+=t t c ss 5-3 若系统的单位阶跃响应为 t t e e t h 948.08.11)(--+-= )0(≥t 试求系统的频率特性。 解 对阶跃响应进行拉氏变换得 ) 9)(4(36 98.048.11)]([++= +++-= s s s s s s t h L 则系统的闭环传递函数为 ) 9)(4(36 )(++= Φs s s 系统频率特性 ) 9)(4(36 )(++= Φωωωj j j 5-4 试求图5-1所示网络的频率特性，并画出其对数幅频渐近线。 解 (a) 1 1 )()(12 12 12 12 ++++= Cs R R R R Cs R R R R s U s U r c 令1 22 R R R += α，C R T 1=则 1 1 )()(++=ωαωα ωωTj Tj j U j U r c 其对数幅频渐近特性如图5-2所示 _ _ + (a) (b) 图 5-1 lg 20图5-2 对数幅频渐近特性曲线

测量相位差的主要方法

一二测量相位差的方法主要有哪些？ 测量相位差可以用示波器测量，也可以把相位差转换为时间间隔，先测量出时间间隔，再换算为相位差，可以把相位差转换为电压，先测量出电压，再换算为相位差，还可以与标准移相器进行比较的比较法(零示法)等方法。 怎么用示波器来测量相位差? 应用示波器测量两个同频正弦电压之间的相位差的方法很多，本节介绍具有实用意义的直接比较法。将u1、u2分别接到双踪示波器的Y1通道和Y2通道，适当调节扫描旋钮和Y增益旋钮，使荧光屏显示出如图2.42所示的上、下对称的波形。 比较法测量相位差 设u1过零点分别为A、C点，对应的时间为t A、t C；u2过零点分别为B、D点，对应的时间为t B、t D。正弦信号变化一周是360°，u1过零点A比u2过零点B提前t B-t A出现，所以u1超前u2的相位。 u1超前u2的相位，即u1与u2的相位差为 (2.56) T为两同频正弦波的周期; ΔT为两正弦波过零点的时间差。 数字式相位计的结构与工作原理是什么?

三数字相位计框图 将待测信号u1(t)和u2(t)经脉冲形成电路变换为尖脉冲信号，去控制双稳态触发电路产生宽度等于ΔT的闸门信号以控制时间闸门的启、闭。晶振产生的频率为fc的正弦信号，经脉冲形成电路变换成频率为fc的窄脉冲。 在时间闸门开启时通过闸门加到计数器， 得计数值n，再经译码，显示出被测两信号的相位差。这种相位计可以测量两个信号的“瞬时”相位差，测量迅速，读数直观、清晰。 数字式相位计称做“瞬时”相位计，它可以测量两个同频正弦信号的瞬时相位，即它可以测出两同频正弦信号每一周期的相位差。 基于相位差转换为电压方法的模拟电表指示的相位计的测量原理是什么? 如图2.44所示，利用非线性器件把被测信号的相位差转换为电压或电流的增量，在电压表或电流表表盘上刻上相位刻度，由电表指示可直读被测信号的相位差。转换电路常称做检相器或鉴相器。常用的鉴相器有差接式相位检波电路和平衡式相位检波电路两种。 数字相位计框 图

实验二 相位差测量

实验二相位差测量 一、实验目的 1、掌握将相位差转换为电压的原理。 2、掌握脉冲电压的脉宽与电压平均值成正比的原理。 3、掌握磁电系仪表的基本读数是电流（电压）的平均值。 4、了解硬件电路的设计方法和基本的硬件调试方法。 二、实验类型 综合型 三、实验仪器 四、实验原理 1、原理图

Y 图1 相位表原理图 2、 电路原理 此电路可以检测-180--+180的相位差。两路输入信号Y1、Y2经整形后成为两路与原信号同频率同相位的方波。方波送入异或门CD4070，CD4070的输出是电压脉冲，脉冲宽度与输入信号的相位差绝对值成正比。用磁电式仪表测CD4070的输出电压（根据磁电系仪表的原理，测量值为电压的平均值），测量值Uo 与脉冲宽度成线性关系。因此可得Uo 与输入信号的相位差绝对值成正比。输入信号的超前、滞后由LED 显示，当Y1超前Y2时，LED1亮；当Y1滞后Y2时，LED2亮。 3、 相位差与时间差的关系 360?=T Δt φ 4、 脉冲电压的平均值与脉宽成正比 T U a dt U T dt u T U H a H T av ===??0 011 其中：a ——脉宽。T ——脉冲电压周期。U H ——脉冲电压高电平。 5、 磁电系电压表的读数是电压的平均值。 五、实验内容和要求 1、内容和要求

搭出相位差测量电路，并在具体电路上验证，调系数。具体要求：掌握基本的硬件插接技术，布线必须正确、接触良好，其次要求布线合理、清晰、美观。 2、测量数据 构造如图2所示的电路，信号发生器产生频率为100Hz 的正弦波，调节RC 参数可以改变Y1（电源电压）与Y2（电阻电压，与回路电流同相位）之间的相位差，记为0j 。Y1和Y2作为相位表的输入信号，用磁电系电压表（或万用表测量）测量相位表的输出电压，当输出电压测出后，脉宽a 就可以算出来，a 算出来后，相位差也就可以算出来，记为1j ，比较0j 和1j 。记录发光二极管（LED ）的状态，用以确定两路正弦信号的相位关系（超前/滞后）。 表1 阻抗角测量记录表格 Vcc 图2 用相位表测量阻抗角 3、硬件调试方法 制作硬件时，若输出电压值或LED 的状态不正确，需调试硬件电路，找出错误并改正。建议采用以下方法调试硬件： （1）用电压表测量各点电压，或者用示波器观察各点波形。

振荡器制造商的时间和频率测量

振荡器制造商的时间和频率测量使用FCA3000和FCA3100系列定时器/计数器/分析仪应用指南

应用指南 振荡器设计和制造要求准确地测量时间和频率参数，如果没有适当的测试计量技术，这可能是一个挑战。本应用指南考察了使用泰克FCA3000/3100系列定时器/计数器/分析仪快速准确地测量设计环境和生产环境中的高 精度振荡器有关的技术和技巧。 https://www.wendangku.net/doc/619999885.html,/counters

https://www.wendangku.net/doc/619999885.html,/counters 3 振荡器制造商的时间和频率测量 图1. 使用FCA3100系列上的艾伦偏差(Adev)统计报告功能，识别短期不稳定性。 图2. OCXO 的ADEV vs t 的TimeView TM 曲线。在设计过程中全面准确地检定振荡器 在研发中，工程师必须执行多项任务，检定振荡器设计，包括检定振荡器的开机性能、检验短期稳定性(ADEV 对τ)、分析时钟P L L 的行为、采样测试漂移参数(T I E , TDEV)、检测频率毛刺。 FCA3100系列拥有12位/秒的频率分辨率和50 ps 的时 间分辨率，提供了精确测量功能，保证准确地检定振荡 器。自动测量功能如TIE (时间间隔误差)、TDEV (时间 偏差)、频率和相位，简化了在振荡器设计过程中进行的 许多必要测量的工作。 为追踪振荡器输出怎样随时间变化或在环境条件下的变化，测量统计模式可以查看测量趋势。设计人员经常发 现，艾伦偏差是检定短期不稳定性的一个主要测量指标。 使用艾伦偏差(ADEV)进行短期不稳定性测试在试图隔离抖动引起的短期不稳定性时，使用标准偏差 技术是不可能实现的，因为标准偏差考虑所有类型的偏 差的影响，把样本中的所有样点与总平均值进行对比。泰克定时器/计数器/分析仪可以隔离及基本上缩窄短期 不稳定性的范围。 艾伦偏差是通过以短的间隔采样(测量)来检定短期不稳定 性使用的统计指标，其基本概念是消除由于老化、温度或 漂移引起的长期位移的影响。它连续比较相邻样点，而不 是在整个数据样本中进行比较。ADEV 是在任意2τ周期 上任何两个背对背频率样点fk 和fk + τ之差的RMS，其 中每个样点长τ。正确计算ADEV 时会假设死区时间为零或进行背对背测 量，因此不能使用传统计数器。只有零死区时间及带有时 间标记的计数器，如FCA3100系列，才能完成这一任务。 用户只需在前面板上按一下Analyze按钮，就可以在统计读数中看到艾伦偏差，如图1所示。也可以使用调制域分析软件。

数字式相位差测量仪说明书

目录 绪论 (1) 摘要 (2) 1 结构设计与方案选择 (3) 1.1 基于过零检测法的数字式相位差测量仪方法概述 (4) 1.1.1 相位－电压法 (4) 1.1.2 相位－时间法 (5) 1.2 方案的比较与选择 (6) 2 相位－时间法单元电路的原理分析与实现方法 (6) 2.1 前置电路设计与分析 (6) 2.1.1 放大整形电路的分析与实现 (6) 2.1.2 锁相倍频电路的分析与实现 (7) 2.2 计数器及数显部分的设计与分析 (9) 2.2.1 计数器部分的分析与实现 (9) 2.2.2 译码显示部分的分析与实现 (10) 3 结论 (12) 4 参考文献 (13) 附录1：元器件名细表 (14) 附录2：相位时间法总体电路原理图 (15) 附录3：相位时间法总体电路PCB板 (16) 附录4：相位时间法总体电路PCB板3D视图 (17)

随着科学技术突飞猛进的发展，电子技术广泛的应用于工业、农业、交通运输、航空航天、国防建设等国民经济的诸多领域中，而电子测量技术又是电子技术中进行信息检测的重要手段，在现代科学技术中占有举足轻重的作用和地位。数字相位差测试仪在工业领域中是经常用到的一般测量工具，比如在电力系统中电网并网合闸时，需要两电网的电信号相同，这就需要精确的测量两工频信号之间的相位差。更有测量两列同频信号的相位差在研究网络、系统的频率特性中具备重要意义。相位测量的方法很多，典型的传统方法是通过显示器观测，这种方法误差较大，读数不方便。为此，我们设计了一种数字相位差测量仪，实现了两列信号相位差的自动测量及数显。近年来，随着科学技术的迅速发展，很多测量仪逐渐向“智能仪器”和“自动测试系统”发展，这使得仪器的使用比较简单，功能越来越多。 本低频数字相位测量仪主要是测量电压和电流的相位差，由整形放大电路、基本门电路、锁相倍频、计数译码等集成电路构成。测量的分辨率可达到0.1°，可测信号的频率范围为0Hz～250Hz，幅度为0.5Ⅴ，由于74HC4046的性能比较好，使得所制得的仪器精度相对较高，达到了任务书中所规定的要求。

用虚拟相关法测量两个同频信号的相位差.

虚拟相关法相位差计的设计 摘要 传统测量仪器功能单一，多功能虚拟仪器是现代仪器技术的发展方向。利用Labview设计一种利用虚拟相关法测量相位差计的虚拟仪器，该仪器以测量两个同频正弦波的相位差为基本功能，具备了测量信号频率，显示信号波形、相位差和产生标准信号等功能，体现了虚拟仪器高集成度，一机多用的特点。 本题目属于应用类，设计主要内容利用互相关分析法实现相位差检测，在虚拟仪器设计平台上仿真实现，结合原理和公式进行数据计算分析，充分利用了Labview的性能。 关键词：相关法、相位差，虚拟仪器

目录 虚拟相关法相位差计的设计 (1) 1 引言 (3) 2 相位差测量仪的概述 (3) 2.1 相位差的定义 (3) 2.2 相位差测量仪的应用 (3) 3 Labview软件简介 (4) 3.1 Labview概述 (4) 3.2 Labview的应用 (5) 3.2.1 Labview应用于测试于测量 (5) 3.2.2 Labview应用于实验室研究与自动化 (5) 4 相位差测量方法原理简介 (6) 4.1 相关法相位差测量相位差原理 (6) 5 相位差计设计 (7) 5.1 设计要求 (7) 5.3 Labview平台下软件的实现 (8) 5.4 子模块(VI)设计 (10) 5.5 相位差计设计测试结果 (12) 结论 (16)

参考文献 (17) 1 引言 信号的相位差测量在电工技术，工业自动化，智能控制，通讯及电子技术等许多领域都有着广泛的应用。传统电子模拟式相位差测量采用乘法器法，二极管鉴相法等，需要完成对应的硬件电路。电路的温漂，噪声级干扰信号，都会导致测量结果产生误差。因此，传统的相位差检测方法正逐渐被软件测量方法所替代，通过软件算法来消除温漂、噪声及干扰信号的影响，使测量结果更加精确。 2 相位差测量仪的概述 2.1相位差的定义 相位差：两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫相差。这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。 例如研究加在电路上的交流电压和通过这个电路的交流电流的相位差，如果电路是纯电阻，那么交流电压和交流电流的相位差等于零，也就是说交流电压等于零的时候，交流电流也等于零，交流电压达到最大值时，交流电流也将达到最大值。这种情况叫做同相位，或者叫做同相。如果电路含有电感和电容，交流电压和交流电流一般是不等于零的，也就是说一般是不同相的，或者电压超前于电流，或者是电流超前于电压。 加在晶体管放大器基极上的交流电压和从集电极输出的交流电压，这两者的相位差正好等于180?，这种情况叫做反相位，或者叫做反相。 2.2 相位差测量仪的应用 信号的相位差测量仪在电工技术，工业自动化，智能控制，

时间频率测量技术的发展与应用

精品文档 21世纪中国电子仪器发展战略研讨会2004年9月时间频率测量技术的发展与应用 陈洪卿 (中国科学院国家授时中心) 1时间频率精密测量的目的和意义 信息化时代的到来，高精度时问频率已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关 重要的一个参量。时间的应用范围已经渗透到从基础研究领域(天文学、地球动力学、物理学等)到工程 技术领域(信息传递、电力输配、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等)，以及关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域(交通运输、金融证券、邮电通信等)的各个方面，几乎无所不及。 中国科协副主席、时间工作专家叶叔华院士认为“生活离不开时间频率，它是高新技术的基础”。“863”高科技计划倡导者陈芳允院士认为“时间频率在工业、交通、电信等方面的应用十分广泛。计时、工业控制、定位导航、现代数字化技术和计算机都离不开时频技术和时频测量”。它“在科技发展和社会进步中占有特殊重要的地位。”[1]2003年全国时间频率学术会议上，王义道教授作特邀报告“建设我国独立自主时间频率系统的思考”[2]指出：时间频率系统是维护国家安全和独立自主的命脉；现代化战争中原子钟比原子弹更重要；精密时间频率广泛应用于现代通信、导航、制导、定位、天文观察、大地测量、地质勘探、电网调配、电子对抗、交通管理、精密测量、科学研究等领域，设备需求量很大；标准频率与时间信号可以通过电磁波发射、传播、接收，直接为各种应用服务。 时间是国际单位制中的最基本的物理量之一，也是目前能够实现的测量不确定度最小的物理量。时间测量的精密度可小于10—18，准确度可达10一15。这使时间频率在计量、测量领域中起着十分突出的领先和独特作用[3]。因此，其它的物理量，如果能够通过一定的物理关系和物理常数转化为时间频率量来进行测量，用时间测量来表征，那么，该物理量的测量 精度将会大大提高，并使计量单位趋向于统一。典型的例子，莫过于长度单位一米的定义。100 多年前，为适应世界贸易和科学技术发展需求，为统一国际长度度量单位和标准，成立国际米 制委员会，并确定和保持米尺原器，成为现代国际公制计量系统的基础。长度单位一米的测量 精度好不容易才达到10一8[4]。而今，由光速不变原理和L=CT确定长度，长度单位l米=真 空中光在1／299 792458秒时间内传播的距离，这样就可以用时间测量来表征长度测量，其精 度就提高到lO一9以上。作为原始基准的独立定义的长度单位，蜕变成由时间一光速联合定义的导出单位，长度单位就统一于时间单位了。此外，通过交流约瑟夫森量子效应，从加在约瑟 夫森结上的电压V与所产生的交流电频率之间的关系f=(2e／h)／v和国际协定常数值2e／h=483 597．9GHz／V，由测量频率求得电压；也可以求得电流、电阻以及温度等等[3]。 .