高精度相位測量儀的介紹及測量

相位介紹

相位是與電路結構有關的參數。

相位是反映交流電任何時刻的狀態的物理量。交流電的大小和方向是隨時間變化的。比如正弦交流電流，它的公式是i=Isin2πft。i是交流電流的瞬時值，I是交流電流的**值，f是交流電的頻率，t是時間。隨著時間的推移，交流電流可以從零變到**值，從**值變到零，又從零變到負的**值，從負的**值變到零。

相位(phase)是對于一個波，特定的時刻在它循環中的位置：一種它是否在波峰、波谷或它們之間的某點的標度。是描述訊號波形變化的度量，通常以度 （角度）作為單位，也稱作相角。 當訊號波形以周期的方式變化，波形循環一周即為360° 。常應用在科學領域，如數學、物理學等

相位調整

相位調整是指在有些超低音音箱上加裝的一個控制機構。用于對超低音音箱所重放出的聲音稍許加以延遲，從而讓超低音音箱的輸出能夠和前置主音箱同相位，即具有相同的時間關系。

相位噪聲

相位噪聲是頻率域的概念，是對信號時序變化的另一種測量方式，其結果在頻率域內顯示。

如果沒有相位噪聲，那么振蕩器的整個功率都應集中在頻率f=fo處。但相位噪聲的出現將振蕩器的一部分功率擴展到相鄰的頻率中去，產生了邊帶(sideband)。從圖2中可以看出，在離中心頻率一定合理距離的偏移頻率處，邊帶功率滾降到1/fm，fm是該頻率偏離中心頻率的差值。

相位噪聲通常定義為在某一給定偏移頻率處的dBc/Hz值，其中，dBc是以dB為單位的該頻率處功率與總功率的比值。一個振蕩器在某一偏移頻率處的相位噪聲定義為在該頻率處1Hz帶寬內的信號功率與信號的總功率比值。

相位差

兩個頻率相同的交流電相位的差叫做相位差，或者叫做相差。這兩個頻率相同的交流電，可以是兩個交流電流，可以是兩個交流電壓，可以是兩個交流電動勢，也可以是這三種量中的任何兩個。

例如研究加在電路上的交流電壓和通過這個電路的交流電流的相位差。如果電路是純電阻，那么交流電壓和交流電流的相位差等于零。也就是說交流電壓等于零的時候，交流電流也等于零，交流電壓變到**值的時候，交流電流也變到**值。這種情況叫做同相位，或者叫做同相。如果電路含有電感和電容，交流電壓和交流電流的相位差一般是不等于零的，也就是說一般是不同相的，或者電壓超前于電流，或者電流超前于電壓。

相位測量

當今，相位的測量需求日益增長。高精度測距大多采用的是激光相位式測距。相位式測距是通過測量連續的幅度調制信號在待測距離上往返傳播所產生的相位延遲，來間接的測定信號傳播的時間，從而求得被測距離的。因此，信號相位測量的精度也就決定了測距的精度。

相位測量技術的研究由來已久，*早的研究和應用是在數學的矢量分析和物理學的圓周運動以及振動學方面，隨之在電力部門、機械部門、航空航天、地質勘探、海底資源等方面也相應得到重視和發展。隨著電子技術和計算機技術的發展，相位測量技術得到了迅速的發展，目前相位測量技術已較完善，測量方法及理論也比較成熟，相位測量儀器已系列化和商品化。

現代相位測量技術的發展可分為三個階段：**階段是在早期采用的諸如阻抗法、和/差法、三電壓法、比對法和平衡法等，雖然方法簡單，但測量精度較低；第二階段是利用數字專用電路、微處理器、FPGA/CPLD、DSP等構成測相系統，使測量精度得以大大提高；第三階段是充分利用計算機及智能化虛擬測量技術，從而大大簡化設計程序，增強功能，使得相應的產品精度更高、功能更全。同時，各種新的算法也隨之出現。

相位測量是正弦信號經過不同的時間或不同的網絡后可以有不同的相位。通常所謂相位測量是指對兩個同頻率信號之間相位差的測量。*常見的是對網絡輸入與輸出信號的相位差，即網絡相移的測量。能提供固定或可變相移量的無耗二端口網絡稱為固定或可變移相器。

數字處理技術的發展日新月異，隨著集成電路技術和軟件技術的不斷發展和解決復雜問題能力的不斷提高，DSP技術的出現使得測量儀器集成度高，穩定性好，測量速度快，精度高，操作簡捷，功能也越來越強大。

目前，國內相位計生產廠家或研究單位明顯存在著技術老化問題，其采用的器件、方法和技術與技術*國家有較大的差距。而*近發展的*的計算機技術、電子技術等卻由于技術、資金、管理等方面的原因未能應用于相位測量技術，因此國內相位測量的水平有著相當大的差距。同時，隨著國防和科教等領域的發展，迫切需要高精度高性能的相位測量系統，而且在一些特殊工程領域，還需要測量儀器具備其它特殊功能。由此可見，為縮小這些差距，對高精度相位測量算法的研究和相位測量系統的設計刻不容緩。

推薦產品

本文給大家介紹一套較完整的數字高精度相位計，提高相位及頻率參數的測量精度，并擴展測相系統功能，該設備具有操作簡便、使用方便、安全，由于采用電流耦合、高阻輸入方式對軌道電路相位差、相鄰區段極性交叉進行檢查，解決了相鄰區段有車占用時極性交叉無法檢查的問題。

此設備的功能特點：

1）穩定性好，性能可靠；

2）對正弦/三角/梯形波/方波的相位差進行精密測量；

3）高度集成，精度高；

參數指標：

輸入信號    波形    正弦/ 三角/ 梯形波 /方波

         輸入阻抗    1MΩ

         相位范圍    0° to 360° or ±180°

         頻率范圍    10Hz ～ 99Hz

         幅度范圍    0.5～250V分六個量程，自動選擇量程

測量精度    相位測量精度    ±1°（典型值正弦波：10Hz-99Hz ）

         相位分辨率  0.1°

         相位重復性  ±0.01°或更好

         頻率測量精度    ±0.5Hz

         頻率分辨率  0.1Hz

         幅度精度    ±1.5%

         幅度分辨率  1mV、0.01V、0.1V

環境特性    工作溫度    0℃～＋50℃

         相對濕度    ≤90%（40℃）

         存儲溫度    -30℃～＋70℃

供電電源    交流220V±10%， 50Hz±5%，功率小于75W

機箱尺寸    3U，19″標準機箱（上機架）482mm（寬）x370（深）x150mm（高）

測相位差原理分析

一般測量相位差有如下兩種方法：

方法1：:

將兩路同頻不同相的方波信號異或后得到的脈沖寬度t與方波信號的周期T的比值（占空比），即對應為兩信號的相位差，如下圖所示：

?

異或測量相位差的原理圖

方法2：

通過捕獲處理后的兩通道的方波，就可計算出相位。原理如圖2－5所示：

相位計算示意圖

西安同步電子科技有限公司是一家集研發、生產、銷售、服務為一體的綜合性高科技公司，成立于2012年，坐落于陜西省西安市*產業開發區，一直專注于時間頻率產品的研發、生產和銷售，為顧客提供端到端一站式專業化時頻同步系統解決方案。

公司擁有一支團結奮進、富有創新、朝氣蓬勃的專業團隊，形成了從硬件到軟件的一系列成熟的系統解決方案，目前我們的產品和方案已成功應用在通信系統、鐵路交通、天文研究、石油石化、金融證券、航空航天、海洋船舶、智能電網、計量測試、消防、雷達通訊、網絡服務、衛星監測、醫療和兵器等各個領域。實驗室配有時間頻率綜合測試儀、銣原子頻率標準、GPS北斗接收機、高穩晶振頻率標準、頻譜分析儀、示波器、信號源、高溫箱、高精度頻率計等計量測試標準，依據國家計量檢定規程及客戶要求，對產品的各項參數進行測試，確保每一臺出廠設備的測量值滿足檢定規程和客戶的需求。

本文介紹的介紹的是由西安同步電子科技有限公司精心設計、自主研發生生產的一款SYN5607型高精度相位計，此款設備可適用于25Hz相敏軌道電路設備的電壓、電流和頻率、相位差的檢測，相控雷達陣、無線電導航系統、自動控制系統的測距和定位，電力系統中相電壓的相位差測量等。