[实用新型]音频/超低频相位计

说明书

本实用新型属于相位测量仪器，用于测量自0.00025Hz直到1MHz的两路同频正弦信号之间的相位差和频率。

目前，国内外测量音频相位通常采用以下两种方法，即填充计数法（例如天津市无线电一厂生产的BX13A型数字式相位计）和电压表法（例如美国Dranetz公司生产的305C型相位计）。测量超低频相位则采用单周期同步填充计数法（例如天津电子仪器厂生产的BO7型超低频相位计）。这三种方法各有其适用范围，电路各异，互不通用，给使用者带来了不便。音频范围的填充计数法在中频段（几百Hz到几十KHZ）具有较高的精度和分辨力。但由于没有采用同步测量技术，在测量低频（例如几十HZ）相位时，测量一次相位的时间长达几十秒，又由于钟频无法提高，使其测量高频相位的能力受到限制，一般被测频率不超过100KHZ。电压表法可以测量更高频率的相位差。频率上限可提高到1MHZ。但是由于测量低频相位时必须使用时间常数极大的低通滤波器，使测量低频相位时响应很慢，频率下限很难突破10HZ。测量超低频相位差的单周期同步填充计数法只测量一个被测信号周期，这就限制了该方法的使用范围向音频范围扩展。

本实用新型的目的是针对上述各种方法存在的问题，设计制造一种成本低、集成度高、频率范围宽（0.00025HZ～1MHZ）、测量速度快的相位计，同时兼测频率。

本实用新型采用多周期同步技术，对不同频率的被测信号、自动选择不同数目的周期个数。当被测频率低于100HZ时，采用填充计数法。当被测频率高于100HZ时，采用双积分技术将鉴相脉冲平均值转换为反向积分时间，然后采用计数法实现高频相位的测量，采用可编程计时器实现大容量计数系统以满足测量超低频相位的需要。

以下将结合附图1对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型具有三种工作模式，分别对应测量超低频相位（频率范围：0.00025HZ～100HZ），测量音频相位（频率范围：100HZ～1MHZ）和测量频率（频率范围：0.00025HZ～1MHZ），它们分别由控制器〔6〕产生的三个信号PH2、PH1和FRE控制。测量超低频相位时PH2＝1，PH1＝FRE＝0，测量音频相位时PH1＝1，PH2＝FRE＝0，测量频率时FRE＝1，PH1＝PH2＝0。

测量相位时，两路周期为T的同频正弦信号A和B分别加到通道A〔1〕和通道B〔2〕，经放大和过零触发后产生方波信号A′和B′。方波A′和B′同时加到鉴相器〔3〕，产生两路同步的鉴相脉冲PHD1和PHD2，鉴相脉冲宽度为t。鉴相脉冲PHD1具有TTL逻辑电平。鉴相脉冲PHD2的高度则严格地等于基准电压V_R，它的平均值与相位差φ成正比，等于V_R·t／T。它们之间的时间关系见附图2。每次测量时，控制器〔6〕产生一个宽度为100毫秒的负向单次脉冲RG，称为参考门信号，RG和方波B′同时加到多周期同步电路〔5〕，在它们的共同作用下，多周期同步电路〔5〕将产生一个正向脉冲T1，称为同步闸门信号，T1与方波B′完全同步。当被测信号的频率较高时，T1的宽度与RG的宽度相差不多，並且是被测信号周期的整倍数（见附图2）。当被测信号的频率很低时，多周期同步电路〔5〕将保证T1至少等于被测信号的一个周期，多周期同步电路〔5〕是本实用新型实现多周期同步快速测量低频相位的关键。

计数系统Ⅰ〔8〕和计数系统Ⅱ〔9〕是内部结构完全相同的两个计数系统，各含32个二进位，它们的门控输入端为G，当G＝1时，计数系统对自计数端C输入的脉冲进行计数，计数结果可由总线送入微型机〔10〕进行数据处理。附图6画出了多周期同步电路〔5〕的实际电路。

时钟〔4〕产生频率为1MHZ的时钟脉冲。

当测量超低频相位时，PH2＝1，PH1＝FRE＝0。与或门电路〔11〕和〔12〕将保证两个计数系统〔8〕和〔9〕的门控信号都是T1。从计数系统Ⅱ〔9〕的计数端C输入的是时钟脉冲，而从计数系统Ⅰ〔8〕的计数端C输入的则是在鉴相脉冲PHD1为高电平期间的时钟脉冲，设在T1时间内，计数系统Ⅰ〔8〕计得的读数为N1，计数系统Ⅱ〔9〕计得的读数为N2，微型机〔10〕将按下式计算得到相位差φ。

φ＝360× (N1)/(N2)