專利名稱：一種多路正弦波相位標準信號的產生裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種多路正弦波相位標準信號的產生裝置及方法，尤其涉及一種能夠產生具有通道間相位差任意可調的多路正弦波相位標準的裝置及方法，屬于電子學技術領域。
背景技術：
相位差測量及復現技術是電子學計量領域的基本技術之一，意義重大且影響深遠。例如交流電能計量測試中的功率因數即需要測量兩相或三相交流電壓之間、以及電壓與電流間的相位差來最終確定，而很多場合中的時間差測量是通過相位差測量間接獲得， 因而相位標準的確定與復現一直是該領域中的一個基本問題。相位差是一個相對量和導出量，它基本上與信號頻率、延遲等因素密切相關，因而產生與復現高精度相位差信號一直是一個難題。以往通過控制延遲時間、控制觸發同步特性、使用無源延遲網絡等手段產生高精度相位差信號的手段，雖然取得了不錯的效果，但一直受到電路漂移、噪聲、波形失真等幅度因素影響，以及電路時基失真、時基抖動、同步延時誤差等時間因素帶來的影響，很難達到非常高的準確度，具體缺陷表現為1)無源延遲網絡產生相位差在確定頻率和單值輸出情況下可以獲得較高準確度，但無法獲得高分辨力的相位調節細度，量值固定且不可調控； 2)使用任意波發生器原理產生相位差可有較高分辨力和調節細度，但也需通過延遲和同步產生相位差，分辨力受抽樣間隔限制，僅在低頻有較高分辨力，高頻不易產生高分辨力；3) 單點同步電路易受同步點的電平噪聲、信號失真、電平漂移因素影響而降低相位差量值準確度。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，達到高精度復現多路相位標準信號的目的，提出一種多路正弦波相位標準信號的產生裝置及方法。本發明是通過以下技術方案實現的。本發明的一種多路正弦波相位標準信號的產生裝置，包括兩個或者兩個以上的濾波及放大電路、兩個或者兩個以上的數模轉換電路、兩個或者兩個以上的波形存儲器，以及配套的公共邏輯控制電路、地址計數器、計算機、人機接口電路和時鐘電路；其中濾波及放大電路、數模轉換電路和波形存儲器的數量相同，并分別一一對應配套使用；時鐘電路為邏輯控制電路和計算機提供統一的時鐘信號，計算機通過公共控制邏輯電路為各個數模轉換電路、各個波形存儲器和地址計數器提供公共時序和邏輯控制信號，計算機通過人機接口電路與操作者實現人機交互；計算機通過控制邏輯電路和地址計數器將所要輸出的每路正弦波信號單周期的數據序列發送到對應的各個波形存儲器，各個數模轉換電路在公共邏輯控制電路的統一控制下，分別從對應的波形存儲器中讀取正弦波信號波形數據并轉換為模擬信號，再將輸出的模擬信號經對應的濾波及放大電路進行濾波和信號放大，輸出為通道間相位差任意精確可調的多路正弦波信號，用于產生多路同步精密相位標準量值；上述每一個波形存儲器存儲的正弦波形序列數據的初始相位即為最終輸出正弦波的初始相位值。本發明的一種多路正弦波相位標準信號產生裝置，其多路正弦波相位標準信號 Φ k的產生方法為1)操作員通過人機接口電路將擬產生的多路正弦波信號中各個通道的初始相位、 頻率f、幅度輸入到計算機；2)計算機對操作員輸入的信息進行處理，具體過程為2. 1計算機產生各路正弦波的波形數據計算公式，其中第k個通道的波形數據計
算公式為
ykit)^Ak n{2φ + φk), 1 <k<n其中Ak為第k路正弦波的幅值，也即波形輸出范圍為[_Ak，Ak]，餼為第k路正弦波的初始相位，η為總的通道數；以通道1的正弦信號做參考波形，獲得各個通道輸出正弦信號相對于參考通道信號的相位差為
Φ =<Pk~9i' 1 <k<n2. 2計算機對各路正弦波的波形按抽樣時間間隔Δ τ進行抽樣，獲得抽樣值，其中第k個通道中的抽樣值為YkUi) = yk((i-l) X Δ τ)其中i為抽樣點編號，Δ τ = 1/ν, ν為地址計數器的計數頻率，且ν = M/f，M為第k個波形存儲器存儲波形序列的長度；由于每個波形存儲器中僅存儲單周期的正弦波數據序列，所以M決定于第k路正弦波的頻率以及第k個波形存儲器的存儲能力；2. 3計算機對步驟2. 2計算得到的各路正弦波的抽樣值進行量化獲得各路正弦波的數據序列，其中第k路正弦波的數據序列為y
AA其中，i為數據序列編號，且i = 1,2,…，M5M = ^f，B為數模轉換器的位數； intO為取整數運算函數；3)計算機將由步驟2~)得到的各路正弦波的數據序列存儲到對應的波形存儲器中；4)各個數模轉換電路在邏輯控制電路的統一控制下，分別從各自對應的波形存儲器中讀取正弦波信號波形數據序列逐點轉換為模擬信號輸出，再將輸出的模擬信號經對應的濾波及放大電路進行濾波和信號放大，輸出為通道間相位差61;精確可調的多路正弦波信號，用于產生多路同步精密相位標準量值Φ”有益效果本發明穩定可靠、分辨力高、無漂移，不受噪聲、失真等因素影響，可以產生通道間相位差值任意精確可調的多路正弦波相位標準信號，其中的共用地址計數器和控制邏輯電路將避免時基失真、時基抖動、同步延時誤差等因素帶來的對相位差影響，具有高精度復現相位差量值的特點。
圖1為本發明的裝置的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。實施例一種多路正弦波相位標準信號產生裝置，如圖1所示，包括兩個或者兩個以上的濾波及放大電路、兩個或者兩個以上的數模轉換電路、兩個或者兩個以上的波形存儲器，以及共用的邏輯控制電路、地址計數器、計算機、人機接口電路和時鐘電路；其中濾波及放大電路、數模轉換電路和波形存儲器的數量相同，并分別一一對應配套使用；時鐘電路為邏輯控制電路和計算機提供統一的時鐘信號，計算機通過公共控制邏輯電路為各個數模轉換電路、各個波形存儲器和地址計數器提供公共時序和邏輯控制信號，計算機通過人機接口電路與操作者實現人機交互；計算機通過控制邏輯電路和地址計數器將所要輸出的每路正弦波信號單周期的數據序列發送到對應的各個波形存儲器，各個數模轉換電路在公共邏輯控制電路的統一控制下，分別從各自對應的波形存儲器中讀取正弦波信號波形數據并轉換為模擬信號，再將輸出的模擬信號經對應的濾波及放大電路進行濾波和信號放大，輸出通道間相位差精確可調的多路正弦波信號，用于產生多路同步精密相位標準量值。上述每一個波形存儲器存儲的正弦波形序列數據的初始相位即為最終輸出正弦波的初始相位值。本發明的一種多路正弦波相位標準信號產生裝置，其多路正弦波相位標準信號 Φ k的產生方法為1)操作員通過人機接口電路將擬產生的多路正弦波信號中各個通道的初始相位、 頻率f、幅度輸入到計算機；2)計算機對操作員輸入的信息進行處理，具體過程為2. 1計算機產生各路正弦波的波形數據計算公式，其中第k個通道的波形數據計
算公式為
yk{t) = Ak sin(2^ + , 1 <k<n其中Ak為第k路正弦波的幅值，也即波形輸出范圍為[_Ak，Ak]，％為第k路正弦波的初始相位，η為總的通道數；以通道1的正弦信號做參考波形，獲得各個通道輸出正弦信號相對于參考通道信號的相位差為
么= -釣，1 <k<n2. 2計算機對各路正弦波的波形按抽樣時間間隔Δ τ進行抽樣，獲得抽樣值，其中第k個通道中的抽樣值為yk(ti) = yk((i-l) χ Δ τ)其中i為抽樣點編號，Δ τ = 1/ν, ν為地址計數器的計數頻率，且ν = M/f，M為第k個波形存儲器存儲波形序列的長度；由于每個波形存儲器中僅存儲單周期的正弦波數據序列，所以M決定于第k路正弦波的頻率以及第k個波形存儲器的存儲能力；2. 3計算機對步驟2. 2計算得到的各路正弦波的抽樣值進行量化獲得各路正弦波的數據序列，其中第k路正弦波的數據序列為yKi其中，i為數據序列編號，且i = 1,2,…，Μ;Δ^ = $，其中B為數模轉換器的位數；intO為取整數運算函數3)計算機將由步驟幻得到的各路正弦波的數據序列存儲到對應的波形存儲器中；4)各個數模轉換電路在公共邏輯控制電路的統一控制下，分別從各自對應的波形存儲器中讀取正弦波信號波形數據序列并逐點轉換為模擬信號輸出，再將輸出的模擬信號經對應的濾波及放大電路進行濾波和信號放大，輸出通道間相位差精確可調的多路正弦波信號，用于產生多路同步精密相位標準量值Φ”目前實際應用中，在50Hz頻率下，對于三相功率測量問題，在要求較高情況下使用電能質量分析儀或功率分析儀給出，其中功率分析儀指標最高，目前最好的測量分析三相電源的頻率范圍為16Hz 850Hz，幅度可達到1000V，相位測量范圍0° 360°，相位準確度指標為士 0.005°，所需通道路數為6路(三相電壓和三相電流)。由于沒有更高指標的標準源和標準測量儀器設備，該指標的功率分析儀的計量溯源問題一直未能解決，本實施例將產生一種用于400Hz電源測試系統校準的多路正弦波相位標準信號，包含的通道數為6路，其中包括三相電壓信號且各相電壓間標準相位差為120° (可調)和三相電流信號且各相電流間標準相位差為120° (可調)，其信號頻率范圍為IOOHz 20kHz，分辨率為1Hz，準確度為士0. 03% ；其中三相電壓信號范圍為90V 170V，分辨率為IV，準確度為士0.03%，相間相位差調節范圍為0° 360°，相間相位差分辨率為0. 1°，相間相位差準確度為士0.03°，諧波失真小于0. 1%，三相電流以電壓形式輸出，其范圍為OV 10V，分辨率為5mV，準確度為士0. 03%，同相電壓通道與電流通道間相位差調節范圍為0° 60°， 相間相位差分辨率為0.1°，相間相位差準確度為士0.1°，諧波失真小于0.1%，使用本發明所述方法達到了設計要求。以上所述為本發明的較佳實施例而已，本發明不應該局限于該實施例和附圖所公開的內容。凡是不脫離本發明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發明保護的范圍。
權利要求
1.一種多路正弦波相位標準信號的產生裝置，其特征在于包括兩個或者兩個以上的濾波及放大電路、兩個或者兩個以上的數模轉換電路、兩個或者兩個以上的波形存儲器，以及公用的邏輯控制電路、地址計數器、計算機、人機接口電路和時鐘電路；上述濾波及放大電路、數模轉換電路和波形存儲器的數量相同，并分別一一對應配套使用；時鐘電路為邏輯控制電路和計算機提供統一的時鐘信號，計算機通過控制邏輯電路為各個數模轉換電路、各個波形存儲器和地址計數器提供統一的時序和邏輯控制信號，計算機通過人機接口電路與操作者實現人機交互；計算機通過控制邏輯電路和地址計數器將所要輸出的每路正弦波信號單周期的數據序列發送到對應的各個波形存儲器，各個數模轉換電路在邏輯控制電路的統一控制下，分別從各自對應的波形存儲器中讀取正弦波信號波形數據并逐點轉換為模擬信號，再將輸出的模擬信號經對應的濾波及放大電路進行濾波和信號放大，輸出為通道間相位差精確可調的多路正弦波信號，用于產生多路同步精密相位標準量值；上述每一個波形存儲器存儲的正弦波形序列數據的初始相位即為最終輸出正弦波的初始相位值。
2.根據權利要求1所述的一種多路正弦波相位標準信號產生裝置，其特征在于多路正弦波相位標準信號的產生方法為1)操作員通過人機接口電路將擬產生的多路正弦波信號中各個通道的初始相位、頻率 f、幅度輸入到計算機；2)計算機對操作員輸入的信息進行處理，具體過程為·2. 1計算機產生各路正弦波的波形數據計算公式，其中第k個通道的波形數據計算公式為Λ(O = Asin(2^/ + (Pk), \<k<n其中Ak為第k路正弦波的幅值，也即波形輸出范圍為[_Ak，Ak]，％為第k路正弦波的初始相位，η為總的通道數；以通道1的正弦信號做參考波形，獲得各個通道輸出正弦信號相對于參考通道信號的相位差為Φ 1 <k<n·2. 2計算機對各路正弦波的波形按抽樣時間間隔△ τ進行抽樣，獲得抽樣值，其中第k 個通道中的抽樣值為YkUi) = yk((i-l) X Δ τ)其中i為抽樣點編號，Δ τ = 1/ν, ν為地址計數器的計數頻率，且ν = M/f，M為第k 個波形存儲器存儲波形序列的長度；由于每個波形存儲器中僅存儲一個周期的正弦波數據序列，所以M決定于第k路正弦波的頻率以及第k個波形存儲器的存儲能力；·2. 3計算機對步驟2. 2計算得到的各路正弦波的抽樣值進行量化獲得各路正弦波的數據序列，其中第k路正弦波的數據序列為其中，i為數據序列編號，且i = 1,2,…，M5M = ^f，B為數模轉換器的位數；intO 為取整數運算函數；3)計算機將由步驟幻得到的各路正弦波的波形數據序列存儲到對應的波形存儲器中；4)各個數模轉換電路在邏輯控制電路的統一控制下，分別將各自對應的波形存儲器中正弦波信號波形數據序列讀出并逐點轉換為模擬信號輸出，再將輸出的模擬信號經對應的濾波及放大電路進行濾波和信號放大，輸出通道間相位差61;精確可調的多路正弦波信號， 用于產生多路同步精密相位標準量值(K。
全文摘要
本發明涉及一種多路正弦波相位標準信號的產生裝置及方法，屬于電子學技術領域。裝置包括兩個或者兩個以上的濾波及放大電路、兩個或者兩個以上的數模轉換電路、兩個或者兩個以上的波形存儲器、邏輯控制電路、地址計數器、計算機、人機接口電路和時鐘電路，其中濾波及放大電路、數模轉換電路和波形存儲器的數量相同，并分別一一對應配套使用。本發明穩定可靠、分辨力高、無漂移，不受噪聲、失真等因素影響，可以產生各路通道間相位差值任意可調的多路正弦波相位標準信號，其中的共用地址計數器和控制邏輯電路將避免時基失真、時基抖動、同步延時誤差等因素帶來的對相位差影響，具有高精度復現相位差量值的特點。
文檔編號G01R1/28GK102253254SQ20111009629
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月18日 優先權日2011年4月18日
發明者張大鵬, 朱振宇, 李華豐, 梁志國, 武騰飛 申請人:中國航空工業集團公司北京長城計量測試技術研究所