[发明专利]数字化高精度相位检测器

说明书

技术领域

本发明涉及信号相位测量技术领域，具体涉及一种具有精确测量两路被测信号相位差的数字化高精度相位检测器。

背景技术

相位测量技术广泛地用于电力工业、机械工程、航天航空、资源勘探、通信系统、雷达及声纳等领域。随着当代科学技术水平的迅猛提高，各应用领域对相位测量技术提出了新的要求，使得相位检测器朝着宽量程、宽频带、高精度、数字化、智能化的方向发展。

传统的相位检测器有多种，根据其实现方式，可以分为模拟和数字两大类。其中，模拟相位检测器主要有：脉冲填充计数式，将被测信号整形成方波信号并形成输出脉冲序列的脉宽信号，以此控制闸门电路得到高频脉冲的计数个数反映被测信号之间的相位差；鉴相式，被测信号整形成方波信号经异或门电路作鉴相处理，再经平滑滤波得到与相位差成正比的直流分量的幅值。模拟相位检测器由模拟电路实现，需要专用的器件，硬件成本高，一般难以达到很高的相位精度。

而数字式相位检测器主要有：过零检测式，相关检测式，基于快速傅立叶变化(FFT)式。过零检测式相位检测器对于高频信号的相位测量精度很低，不能满足现代工业中相位测量所需要的精度；传统的相关检测式相位检测器虽然精度高，但是只能测量0到180度之间的相位差，并且测量结果易受到谐波的干扰；基于FFT的相位检测器，存在频谱泄漏现象，在谐波环境下相位测试精度较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数字化高精度相位检测器，具有高精度、宽量程、宽频段、操作方便、能工作于谐波环境的优点。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种数字化高精度相位检测器，包括：

模数转换模块10，用于对输入的第一待测信号a1和第二待测信号a2进行模拟数字转换，实现对待测信号的数字化采集，第一数字采样结果b1和第二数字采样结果b2输出给滤波器模块20；

滤波器模块20，用于对模数转换模块10输出的第一数字采样结果b1和第二数字采样结果b2进行带通滤波，抑制谐波干扰，第一滤波结果c1和第二滤波结果c2输出给相位差计算模块30和相位修正模块40；

相位差计算模块30，用于计算滤波器模块20输出的第一滤波结果c1和第二滤波结果c2之间的相位差，采用互相关法来进行相位差计算，相位差计算结果d输出给相位修正模块40；

相位修正模块40，用于判断滤波器模块20输出的第一滤波结果c1和第二滤波结果c2之间相位差符号的正负，然后对相位差计算模块30输出的相位差计算结果d进行符号修正，得到的相位检测结果e，并将相位检测结果e输出给相位检测结果存储及显示模块50；

相位检测结果存储及显示模块50，用于对相位修正模块40输出的相位检测结果e进行数字化存储及显示。

上述方案中，所述的模数转换模块10，包含：

第一信号调理101，用于对输入的第一待测信号a1进行信号调理，使得其幅度在第一高速AD采样103所要求的范围内；

第二信号调理102，用于对输入的第二待测信号a2进行信号调理，使得其幅度在第二高速AD采样104所要求的范围内；

第一高速AD采样103，用于对第一信号调理101的输出进行数字化采集，完成模拟数字转换，采样过程由计算机进行采样控制；

第二高速AD采样104，用于对第二信号调理102的输出进行数字化采集，完成模拟数字转换，采样过程由计算机进行采样控制，采样速率与第一高速AD采样103保持同步。

上述方案中，所述的滤波器模块20，包含：

频率检测201，用于检测模数转换模块10输出的第一数字采样结果b1的频率，并输出给第一带通滤波器202和第二带通滤波器203，完成对第一带通滤波器202和第二带通滤波器203的通带设置；

第一带通滤波器202，用于对第一数字采样结果b1进行带通滤波，滤波器带宽由频率检测201输出结果进行控制；

第二带通滤波器203，用于对第二数字采样结果b2进行带通滤波，滤波器带宽由频率检测201输出结果进行控制，第二带通滤波器203的滤波器设置与第一带通滤波器202保持相同。

上述方案中，所述的相位差计算模块30包括第一互相关计算301、第一自相关计算302、第二自相关计算303、第一开方器304、第二开方器305、乘法器306、除法器307和反余弦计算308，其中：