[实用新型]一种数字式相位差测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及交流电的相位检测装置技术领域，具体涉及一种数字式相位差测量仪。

背景技术

相位差是指两个频率相同的交流电相位的差。相位差的测量在工业自动化、智能控制、通信、电子、地球物理勘探等许多领域有着广泛的应用，如网络模型的辨识、特性测试、故障诊断、电网的功率因素测量、电机攻角测试、介质材料损耗角的确定等，特别是电力系统中电网并网合闸时，要求两电网的电信号的相位相同，因此需要精确测量两列工频信号的相位差。在大学物理实验中利用示波器观察同频率不同相位差的两正弦信号时，看到李萨如图在不停地翻动，其原因是相位差在时刻变化，相位差的大小虽然可以从示波器上作定性观测，但却不能进行定量测量，因此，靠传统的示波器观测等方法测量相位差，误差较大，读数不便。目前，市场上也出现了一些数字式相位差测量仪，但大多电路结构复杂、成本较高且测量精度不够。

实用新型内容

本实用新型的目的是：克服现有技术的不足，提供一种成本较低、测量精度高、稳定性和可靠性好且抗干扰能力强的数字式相位差测量仪。

本实用新型的技术方案是：本实用新型的数字式相位差测量仪，其结构特点是：包括信号输入整形模块、FPGA模块、单片机及其附属电路模块、LCD显示模块和电源模块；

上述的信号输入整形模块设有第一信号输入端、第二信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端和电源端；FPGA模块设有第一信号输入端、第二信号输入端、信号输出端和电源端；单片机及其附属电路模块设有鉴相信号输入端、显示信号输出端和电源端；单片机及其附属电路模块包括单片机及附属于单片机的复位电路和晶振电路；LCD显示模块设有显示信号输入端和电源端；电源模块设有电源输出端；上述的电源端和电源输出端均具有正极和负极；

上述的FPGA模块的第一信号输入端与信号输入整形模块的第一信号输出端电连接；FPGA模块的第二信号输入端与信号输入整形模块的第二信号输出端电连接；单片机及其附属电路模块的鉴相信号输入端与FPGA模块的信号输出端电连接；LCD显示模块的显示信号输入端与单片机及其附属电路模块的显示信号输出端电连接；信号输入整形模块的电源端、FPGA模块的电源端、单片机及其附属电路的电源端、LCD显示模块的电源均与电源模块的电源输出端电连接。

进一步的方案是：上述的信号输入整形模块包括集成芯片U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；集成芯片U1为LM339电压比较器，集成芯片U1具有1号至14号共14个接线脚；

电阻R1的一端即为信号输入整形模块的第一信号输入端；电阻R1的另一端与集成芯片U1的5号接线脚电连接；电阻R2的一端即为信号输入整形模块的第二信号输入端；电阻R2的另一端与集成芯片U1的7号接线脚电连接；集成芯片U1的2号接线脚与电阻R3的一端因共线而具有一个公共接点，该公共接点即为信号输入整形模块的第一信号输出端；集成芯片U1的1号接线脚与电阻R4的一端因共线而具有一个公共接点，该公共接点即为信号输入整形模块的第二信号输出端；集成芯片U1的3号接线脚、电阻R3的另一端和电阻R4的另一端因共线而具有一个公共接点，该公共接点即为信号输入整形模块的电源端正极；集成芯片U1的4号接线脚、6号接线脚和12号接线脚因共线而具有一个公共接点，该公共接点即为信号输入整形模块的电源端负极。

进一步的方案是：上述的单片机及其附属电路模块的单片机为MSP430F149型号的单片机；FPGA模块为型号EP2C8Q208的集成芯片。

本实用新型具有积极的效果：（1）本实用新型的数字式相位差测量仪，电路结构简洁，稳定性和可靠性好，成本较低。（2）本实用新型的数字式相位差测量仪，测量精度高，抗干扰能力强，测量使用方便且效果较好。（3）本实用新型的数字式相位差测量仪，采用相差－时间测量法，利用FPGA进行异或门鉴相和相位差极性判断，与模拟电路实现的PLL相比，具有精度高、稳定性好，频率范围宽，波形失真小等优点。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构框图；

图2为图1中的信号输入整形电路模块的电原理图；

图3为图1中的FPGA模块鉴相原理图；

图4为图1中的单片机及其附图电路模块中的单片机的定时器A中断服务子程序的程序流程图；

图5为图1中单片机及其附图电路模块中的单片机的定时器B中断服务子程序的程序流程图。

上述附图中的附图标记如下：

信号输入整形模块1，FPGA模块2，单片机及其附属电路模块3，LCD显示模块4，电源模块5。

具体实施方式