簡介
此兩正弦電量可以同為電壓、電流,或一為電壓、一為電流等。對應點常取正弦電量由負到正的過零點,相當於正弦電量函式的初相角。相位差的單位是度或弧度,正、負號表示領先或滯後關係。
待測相位差的正弦電量的頻率範圍很廣,因此採用的測量方法和儀器一般隨頻率的高低來選擇。
常用的方法
直接法
使用專用的儀表如指針式相位表、數字相位表,或採用陰級示波器來測量相位差。採用陰極示波器時,將兩同頻正弦電壓信號分別加到示波器的X、Y軸,得到如圖1所示的橢圓圖形,則兩正弦電壓之間的相位差∮=arc sin(b/α)。這一方法不能判斷兩信號哪一個領先或滯後,並且在∮值接近零時,橢圓也退化接近成為一條直線,即b值很小,所以∮值很難測準 。
間接法
通常採用三電壓表法。一般要求兩電壓信號有一公共點(設為a點),當分別測出兩信號電壓Uab、Uca,以及兩電壓的差值Ubc後,可畫出電壓三角形。按餘弦定理,兩信號電壓間的相位差當∮很小時,可將Uab或Uca中較大的一個信號電壓分壓,使分壓後兩信號的數值相等。
發展現狀和發展趨勢
國外發展狀況
國外對於相位差測量的研究起步早,如俄羅斯、英國、德國尤其美國該技術一直處於領先地位。如美國的Agilent(安捷倫)、德國德圖、日本橫河等公司在相位差測量技術方面取得優異的成就,如圖1-1所示,Agilent 53132A型通用計數器,該計數器頻率解析度達12位/秒;頻率範圍:CH1和2:dc~225MHz;測量速度可達到200次測量/秒在GPIB上。美國CH公司生產的型號CH6000A高精度相位計,其分別率達0.001°,是迄今最好的相位計,精度0.020°,頻率回響:5Hz~1MHz,增加了USB接口,利用了最新的數位技術和最佳化模擬設計。
國外的產品主要特點是可以測量幅值、周期還包括相位、頻率等多種參數的測量,尤其重要的是他們的產品測量精度高,利用非常先進的數字晶片,這樣的優點是測量精度高、頻率範圍寬、抗干擾好。
國內發展狀況
與國外技術相比,我國該項目研究相對落後,它起步於上個世紀六、七十年代,我國在此後的幾十年取得了較大成就,但是測量精度相對低、使用的頻率範圍窄以及採用的器件、方法和技術與國外相比還是有很大的差距。
隨著國內技術發展迅速,國內相位計產品技術得到快速提高,如上海旺平電氣有限公司生產的WP9066A多功能相位計,該相位計可用表或數字液晶顯示。該相位計相位測量範圍大、頻率高、測量精度相對較高等眾多優點,其功能主要用於雙電力系統,測量交流電流,電壓兩電壓之間,兩電流之間,及電壓、電流之間的相位角度。
總的來說,我國的相位差測量技術與已開發國家相比還有很大的差距,主要表現在產品種類少、產品測試功能單一,尤其重要的是儀器測量精度、數位化和自動化程度低 。
發展趨勢
早期階段的相位差測量技術一般採用的方法包括李沙育法、和差法、阻抗法等,這些測量方法雖然簡單,但是重大弊端是測量精度低,不符合科學技術的發展和需要,所以出現利用數字電路、微處理器等構成電路系統,使得測量精度得到極大的提高。該技術極大的簡化設計程式,使得測量精度更高、功能齊全,是社會未來發展的趨勢。
相位差測量技術廣泛套用於眾多領域和部門,如今測量電路具有運行速度快、高精度、低成本等優點,它的套用領域寬廣並取得了許多新的進展。尤其國防技術的發展,需要發展高精度、多種功能的相位計。因此,在各種實時系統之中對於相位差測量技術極其重要。
為了滿足本課題的要求,設計了一個相位差檢測電路,包括移相電路和顯示電路,該電路的主要功能是可以測量原信號和一個經過移相電路的信號(正弦波)移相後之間存在的相位差,並最終由數碼管顯示。