[发明专利]一种相位式导线中电信号传输时间测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于时间测量领域，特别涉及一种相位式导线中电信号传输时间测量方法及装置。

背景技术

时间间隔测量技术广泛用于航空航天、雷达定位、激光测距、卫星及导航、原子物理、机械状态监测与故障诊断及工业测量等领域。为了精确校准时间间隔测量装置，常采用标准延迟线（JJG 953-2000精密时间间隔测量仪检定规程），即固定长度的导线作为标准时间间隔发生器，从而使导线中电信号传输时间的测量成为一个难点问题。为了测量导线中电信号的传输时间，国内外已经有多种研究方法。

一种常用方法是间接测量法，该方法采用导线长度与传输速度比值的方式来计算导线中传输时间测量，但该方法除了存在导线长度测量不准确的问题，还存在不同材料、不同尺寸的导线中电信号传输速度不一样的问题，从而导致导线中电信号传输时间测量精度较低。

另一种常用方法是时域反射测量法，该方法采用通过测量低压注入脉冲在导线终点与测量端之间的运动时间来测量导线中电信号的传输时间。该方法技术成熟，精度高，但存在电路设计复杂，造价昂贵等问题。

西北核技术研究所李宪优等提出利用示波器测量导线中电信号的传输时间（李宪优,魏学荣,于丽娟,王玲.利用示波器精确测量传输线延迟时间.核电子学与探测技术.2010,30(3)：367-369），该方法仍采用时域反射法，但因为可利用通用仪器-示波器，使用方便，成本较低，但同时其测量精度受限于示波器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高系统测量精度、降低系统复杂度的相位式导线中电信号传输时间测量方法，本发明的目的还在于提供一种满足和适用于上述方法的相位式导线中电信号传输时间测量装置。

本发明的目的是这样实现的：

(1)调制频率为f的正弦波信号经过调理放大后分成两路，一路作为参考信号直接进入相位差测量单元，另一路进入待测导线，通过导线延迟后作为待测信号进入相位差测量单元；

(2)通过相位差测量单元，测得待测信号与参考信号之间的相位差，由以下公式

计算获得待测导线中电信号的传输时间τ，其中，N为电信号在待测导线中传输的整周期个数。

一种相位式导线中电信号传输时间测量装置，该装置包括时钟源，主控单元，标准信号发生单元，调理放大单元，相位差测量单元，待测导线和显示单元，其中时钟源为原子钟，主控单元为FPGA，标准信号发生单元为DDS,原子钟输出的频率为10MHz的正弦波信号，通过FPGA输出给DDS生成频率为120MHz的正弦波信号，再通过调理放大单元生成两路正弦波信号，一路直接输出给相位差测量单元，另一路通过待测导线后输出给相位差测量单元，相位差测量单元测量两路信号的相位差并将测量结果输出给FPGA，与显示单元共同完成测量结果显示。

时钟源还可以为高稳定晶振、主控单元还可以为DSP，标准信号发生单元还可以为锁相环设备。

本方法包括：

(1)调制频率为f的正弦波信号经过调理放大后分成两路，一路作为参考信号直接进入相位差测量单元，另一路进入待测导线，通过导线延迟后作为待测信号进入相位差测量单元；

(2)通过相位差测量单元，测得待测信号与参考信号之间的相位差，由以下公式

计算获得待测导线中电信号的传输时间τ，其中，N为电信号在待测导线中传输的整周期个数。

一种相位式导线中电信号传输时间测量装置，该装置包括时钟源，主控单元，标准信号发生单元，调理放大单元，相位差测量单元，待测导线和显示单元,其中时钟源为原子钟，主控单元为FPGA，标准信号发生单元为DDS,原子钟输出的频率为10MHz的正弦波信号，通过FPGA输出给DDS生成频率为120MHz的正弦波信号，再通过调理放大单元生成两路正弦波信号，一路直接输出给相位差测量单元，另一路通过待测导线后输出给相位差测量单元，相位差测量单元测量两路信号的相位差并将测量结果输出给FPGA，与显示单元共同完成测量结果显示。

时钟源还可以为高稳定晶振、主控单元还可以为DSP，标准信号发生单元还可以为锁相环设备。

相位式导线中电信号传输时间测量方法有以下特点和有益效果：

1.利用高稳定的标准正弦波信号的周期作为导线中电信号传输的标尺，能够有效地进行溯源；

2.通过估计标准正弦波通过导线传输前后的相位差进行传输时间测量。

本发明装置具有如下显著特点：

1.本发明原理简单，结构紧凑，方便溯源；