浅谈频率相位测试仪的应用

频率概念

频率，是单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，常用符号f或ν表示，单位为秒分之一，符号为s-1。为了纪念德国物理学家赫兹的贡献，人们把频率的单位命名为赫兹，简称“赫”，符号为Hz。每个物体都有由它本身性质决定的与振幅无关的频率，叫做固有频率。频率概念不仅在力学、声学中应用，在电磁学、光学与无线电技术中也常使用。

为了定量分析物理学上的频率，势必涉及频率测量。频率测量一般原理，是通过相应的传感器，将周期变化的特性转化为电信号，再由电子频率计显示对应的频率，如工频、声频、振动频率等。除此之外，还有应用多普勒效应原理，对声频的测量。

相位的概念

相位(phase)是对于一个波，特定的时刻在它循环中的位置：一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度。相位描述信号波形变化的度量，通常以度（角度）作为单位，也称作相角。当信号波形以周期的方式变化，波形循环一周即为360°。

相位常应用在科学领域，如数学、物理学等。例如：在函数y=Acos(ωx+φ)中，ωx+φ称为相位。在astrolog32中点击ALT+SHIFT+A可以显示相位设定菜单。

在交流电中，相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量。交流电的大小和方向是随时间变化的。比如正弦交流电流，它的公式是i=Isin2πft。i是交流电流的瞬时值，I是交流电流的最大值，f是交流电的频率，t是时间。随着时间的推移，交流电流可以从零变到最大值，从最大值变到零，又从零变到负的最大值，从负的最大值变到零。在三角函数中2πft相当于弧度，它反映了交流电任何时刻所处的状态，是在增大还是在减小，是正的还是负的等等。因此把2πft叫做相位，或者叫做相。

频率相位关系

频率和相位是周期园函数的两个独立参数，想像一下两个人围着一个圆形场地跑步，离起跑点的圆弧距离是运动位置与起跑点所夹圆心角的函数，这个夹角就是相位，而一定时间所跑圈数是频率，如果两人速度相同（即频率相同），则两人之间的距离是始终不变的，也就是相位差是一定的，这个相位差大小取决于后跑者比先跑者延后起跑的时间。如果两人速度不一样，则之间距离（相位差）不断变化。所以频率不同，相位差不固定。鉴相器不管频率只比较相位，只要相位变化，就给信号给控制器对频率加以控制，使其二者频率一致。

“F(t) = sin(2πft + α)：f就是频率；2πft + α就是相位；α是t = 0时的相位，即初相位。”

就是这么简单。

通常说的“相位”这个词其实有两个含义：

一、特指周期信号的初相位

二、一般意义上的相位，即“瞬时相位”

   频率和相位，一开始都是周期信号的属性，频率是单位时间内的周期数，初相位指周期信号相对所选时间原点的位置，瞬时相位则是指周期信号在任一时刻“走到了一个周期中的哪一步”。

对上面的公式，如果从数学角度理解：

    频率就是相位的微分（相位的“行进速度”）或者相位是频率的积分。这种关系，从数学上推广一步，即使f是变量也成立，再回到物理世界，就发现，不必强求“严格的”周期信号，频率和相位都可以是瞬时值。

频率不同，“初相位”之差是没有意义的，但“瞬时相位”之差仍然存在，不就是两个 2πft + α之差么？

    所谓鉴相器的“相”，指的是就是这种瞬时相位，所以自然不必局限于周期信号，当然也不必局限于“同频”信号，否则“鉴相器”就是个错误的词了。鉴相器的功能，理论上把这种瞬时相位差变换成电压值（当然实际电路总需要经过一段时间才能得出结果，不可能完全“瞬时”）。

相位的测量

两正弦电量可以同为电压、电流，或一为电压、一为电流等。对应点常取正弦电量由负到正的过零点，相当于正弦电量函数的初相角。相位差的单位是度或弧度，正、负号表示**或滞后关系。

待测相位差的正弦电量的频率范围很广，因此采用的测量方法和仪器一般随频率的高低来选择。常用的方法是直接法和间接法。

直接法　使用专用的仪表如指针式相位表、数字相位表，或采用阴级示波器来测量相位差。采用阴极示波器时，将两同频正弦电压信号分别加到示波器的X、Y轴，得到如图1所示的椭圆图形,则两正弦电压之间的相位差∮=arc sin(b/α)。这一方法不能判断两信号哪一个**或滞后，并且在∮值接近零时，椭圆也退化接近成为一条直线，即b值很小,所以∮值很难测准。

间接法　通常采用三电压表法。一般要求两电压信号有一公共点（设为a点），当分别测出两信号电压Uab、Uca,以及两电压的差值Ubc后,可画出如图2所示的电压三角形。按余弦定理，两信号电压间的相位差当∮很小时,可将Uab或Uca中较大的一个信号电压分压，使分压后两信号的数值相等。

相位差测试仪的发展与现状

相位测量技术的研究由来已久，最早的研究和应用是在数学的矢量分析和物理学的圆周运动以及振动学方面，随之在电力部门、机械部门、航空航天、地质勘探、海底资源等方面也相应得到重视和发展。随着电子技术和计算机技术的发展，相位测量技术得到了迅速的发展，目前相位测量技术已较完善，测量方法及理论也比较成熟，相位测量仪器已系列化和商品化。

现代相位测量技术的发展可分为三个阶段：第一个阶段是早期采用的诸如阻抗法、和/差法、三电压法、对比法和平衡法等，虽方法简单，但测量精度较低，第二阶段是利用数字专用电路，微处理器、FPGA/CPLD、DSP等构成测相系统，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虚拟测量技术，从而大大简化设计程序，增强功能，使得相应的产品精度更高，功能更全，同时各种新的算法也随之出现。

频率相位测试仪实物图如下所示：

频率相位测试仪厂家简介

目前市场上有许多频率相位测试仪多数厂家都以贸易为主，没有自己的核心技术，更没有自己的研发团队，售后更没有保证，今天以市场上最有实力，有着自己的核心技术及专业的研发团队的公司-西安同步电子科技有限公司为例，进行详细的说明：

公司简介：

西安同步电子科技有限公司是一家集研发、生产、销售、服务为一体的综合性高科技公司，成立于2012年，坐落于陕西省西安市高新技术产业开发区，一直专注于频率相位测试仪的研发、生产和销售，为顾客提供端到端一站式专业化时频同步系统解决方案。

公司拥有一支团结奋进、富有创新、朝气蓬勃的专业团队，形成了从硬件到软件的一系列成熟的系统解决方案，目前我们的产品和方案已成功应用在通信系统、铁路交通、天文研究、石油石化、金融证券、航空航天、海洋船舶、智能电网、计量测试、公安消防、雷达通讯、网络服务、卫星监测、医疗和兵器等各个领域。

产品简介

时间服务器、时间检定仪、IRIG-B码产品、cPCIe授时卡、北斗授时产品、脉冲分配器、高稳晶振、铷原子频率标准（GPS/北斗驯服）、多通道时间间隔测试仪、相位计、频率相位测试仪、时间测试仪、PTP精密时钟、数字面板表、子母钟、U盘读写模块等等。

客户简介

西安同步电子科技有限公司的客户群主要以军队、研究所/院、高校、银行、电厂、供电局、通讯行业（如中国电信）等等，大部分客户名单如下：中国兵器213所、204所、测试研究院，中船重工717所、760所，总装32基地，中国煤科院，中国铝业，中科院国家天文台、四川电力研究院、光电技术研究所、长春光机所、苏州电科院，玉林计量所，临海计量所，塔城计量所，大连计量所，解放军6909工厂、1001工厂、63871部队，中航试飞中心，中航613所，陕西烽火，哈工大，西交大、西工大、上海大学，平安集团等等。

公司宗旨

“专注时频，用心服务”是我们的基本宗旨；“品牌就是风格，品牌就是价值”是我们的经营理念；“唯实、守信，求真、创新”是我们的行为准则；“互惠互利、合作共赢”是我们奉行的基本思想；为国家现代化提供优秀的产品和服务，以艰苦创业，为振兴和发展中国民族工业而倾尽全力，为用户提供更多，更优质的产品和售后服务。