低频数字相位测量仪

低频数字相位测量仪的介绍

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发表时间:2020-09-12 17:36作者:同步天下来源:原创


本文主要以SYN5607型相位计为参考标准,讲了低频数字相位测量仪基于的工作原理,同时对在现代应用中测量相位计的几种测量方法的优缺点等做了简单的说明。为了方便用户对低频相位测量仪的使用认知,以SYN5607型相位计简单的描述了相位计使用中的一些操作步骤,可作为一个更加清晰的认知标准。

现代低频数字式相位测量仪是一种采用数字形式显示两个同频信号之间相位差的电子仪器设备,本文提到的数字式相位测量仪均以SYN5607型相位计为标准,满足现代工业使用,具有读数方方便、精度高、测量速度快的特点。

低频数字式相位测量仪的三要素是频率,伏值,相位。相位计主要是测两个相同频率交流信号之间周期信号的相位差值,而低频测量主要是指100Hz以内的频率信号,SYN5607型相位计目前的测量范围是10Hz ~ 5MHz,测量精度在不同的频率区间标示有所差别,具体可参考详细资料。

1、低频数字相位测量仪的工作原理

低频数字式相位测量仪采用电流耦合、高阻输入方式对轨道电路相位差、相邻区段极性交叉进行检查,解决了相邻区段有车占用时极性交叉无法检查的问题。

低频数字式相位计测量仪是以数字信号处理技术,显示频信号之间相位差。随着科学技术的不断发展,各行各业也在不断进步,并且各个行业对于相位计测量仪的测量范围和测量精度的要求也在不断提升。比如在测量正弦、三角、梯形波、方波的相位差时,就要求相位计测量仪的测量精度能满足用户需求。

相位计工作原理是采用过零鉴相测出正比于两被测信号相位差的相邻过零点之间的时间间隔,度量此时间间隔的大小即为两信号的相位差。相位计主要用于相控雷达、无线电导航系统、自动控制系统的测距和定位,电力系统中相电压的相位差测量等。在计量部门中精密相位计可作为相位测量标准。

2、低频数字相位计测量的方法

现代相位测量主要分为三个阶段:第一阶段是在早期采用的主要是李沙育法、阻抗法、和差法、三电压法等,这些测量方法通常采用比对法和平衡法,虽然方法简单,但测量精度较低;第二阶段是利用数字专用电路、微处理器等来构成测试系统,使测量精度得以大大提高;第三阶段是充分利用计算机及智能化测量技术,从而大大简化设计程序,增强功能,使得响应的产品精度更高、功能更全。同时,各种新的算法、测量手段和新的设计方法及器件也随之出现。

在实际应用中对低频相位测量都提出了较高的相位测量精度和频率测量精度 ,但是在测量过程中,也会引起误差,从而降低了相位测量的准确度。下面几点是引起误差的主要因素:

(1)相位计测量时电路引起的误差,包括几种阻抗引入的误差例如:两信号电压源阻抗、相位计的输入阻抗和连接到相位计输入端的接线阻抗。为了尽量减小此类误差建议在使用的过程中在相位计的输入端加入合适的隔离电路。

(2)波形误差与相位计的工作原理有关。过零检波法、矢量和测相技术会产生此类误差。

(3)除了这两种误差外,相位计自身也存在误差,相位计自身的误差一般是指两通道中电平变化引起的误差,这个误差就是一般相位计技术参数里提出的准确度指标。如将相位计送检,检定的都这个误差。主要是前两种误差受测量条件。

目前,相位的测量需求越来越多。其中高精度测距绝大多数情况采用的方法是激光相位式测距。通过测量连续的幅度调制信号在需要测量的某段距离上往返传播所产生的相位延迟,从而完成相位式测距。通过这种方式间接的测定信号传播的时间,就可以计算出被测距离。因此信号相位测量的精度也就决定了测距的精度。

3、低频数字相位计测量的使用

在使用相位计时需要将设备的接地柱与电源系统的大地连接,用万用表测量电源插头火线与领先之间的静态电阻,保证不短路和断路就可以给设备接入电源了。在给相位计接入交流220V电源,打开相位计电源观察前面板触摸屏显示是否正常,在显示正常的情况下,仪器自动进行初始化状态,显示仪器欢迎初始化画面3s左右,然后直接进入相位计测试界面。相位计在开机预热30分钟后,设备进入规定的较高准确度,才可以进行正常的测试。


开启相位计设备后,进入到相位测量界面,用户根据自身需求选择对应的测量相位范围,测量相位范围有0°~ 360°或者 -180°~ +180°,可以随意切换。然后选择需要测量的闸门时间,选择开始按钮进行测量,选择停止按钮则停止测量。测量完成后显示测量结果,通道一显示频率测量值,通道一显示周期测量值,通道一~通道二显示时间间隔测量值。

相位计能将输入的两路频率信号进行比较,计算出相位差脉宽,最后通过用高频脉冲填充相位差,从而实现了相位差的测量。

相位计还具有内频标和外频标的测量,相位计开机后在首页相位测量界面上会显示内频标,选择内频标按钮,则进行相位计的偏差校准。外频标是利用外部信号进行相位测量,选择外频标后可进行校准频率准确度。




小结

目前相位计已成为人们工作生产中不可或缺的一种测量仪器,尤其在一些计量部门中,已经将相位计作为相位测量的标准。因此相位计的应用也越发广泛,相位计可以用于相控雷达阵、无线电导航系统、自动控制系统的测距和定位的测量。同时也可用于水深测量、电磁波测量、电力系统的相位检测装置、激光测量、电力系统中相电压相位差测量。

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