[发明专利]鉴相电路

说明书

本发明是涉及相位的一种测量技术。

目前在能源、电力系统中大量使用指针式相位表，如D3∮型，这种相位表的核心部分鉴相电路，主要由微分电路和鉴相器两大部分组成，基准和测量信号经通道形成的方波信号通过各自的微分电路后同时输入鉴相器，鉴相器多采用分离器件构成的双稳态或R-S或D型触发器，鉴相器输出的反映相位差的信息进行∮-V变换等处理后得到相位差。这种鉴相电路的不足之处在于：对工频相位测量的精度低，可靠性差，远远不能满足生产的要求。近年相继出现多种数字式工频相位计，受鉴相电路的制约，大都存在着抗干扰能力差，工作的稳定性差，具体表现为数字显示跳字，就连美国K.H公司的6500A型相位计，在工频测量时也存在上述不足之处。

另外，随着科学技术和生产的发展，相位检测技术与其它新技术结合，有着广泛的应用前景。如相位检测技术与激光、光纤微机技术结合可实现微厚度、微振动的精密测量;与微波技术、微机技术结合可以精密测量物质的含水量且与被测物质的密度无关，等等。

本发明的目的在于避免现有鉴相电路的不足之处，而提供一种测量精度高，抗干扰能力强的鉴相电路技术。

可采取下述的技术方案实现目的。鉴相器采用555时基电路组成R-S触发器进行工作，并在微分电路与鉴相器之间增设基准方波、测量方波各自的电平及脉冲转换电路。

结合附图、实施例对技术方案的内容作进一步详述。

图1是本鉴相电路的方框图;

图2是双向过零鉴相电路电原理图。

本鉴相电路由微分电路、电平及脉冲转换电路、和鉴相器三部分组成，即在微分电路与鉴相器之间还有基准方波，测量方波各自的电平及脉冲转换电路，而鉴相器是采用555时基电路组成的R-S触发器，基准信号u₁（t）、测量信号u₂（t）经通道形成方波信号，u₁（t）的前沿对应于u₁（t）正弦信号的正向过零点，u₂（t）的后沿对应于u₂（t）正弦信号的负向过零点。通过微分电路和电平及脉冲转换电路将基准方波信号的前沿（或后沿）为负电平、正脉冲，其脉冲幅度＞2/3Vcc;测量方波信号的后沿（或前沿）为正电平、负脉冲，其脉冲幅度＜1/3Vcc，将其分别加入触发器的复位端R和置位端S，则触发器的输出为对应基准信号的前沿（或后沿）为高电平“1”;对应测量信号后沿（或前沿）为低电平“0”，这样鉴相器输出的脉冲宽度就是基准信号过零点与测量信号过零点的时间差，即实现鉴相。

又由于555时基电路组成的R-S触发器具有两个输入端，触发电平的极性和阀值电压要求不同。对R端，Vr≥2/3Vcc为高电平“1”，＜2/3Vcc为低电平“0”;对S端，Vs＜1/3Vcc时为低电平“0”，＞1/3Vcc时为高电平“1”。本鉴相电路正是因为利用了555时基电路的这个特点，干扰信号不可能达到它的阀值电压，不会造成误触发。因此与其它R-S触发器线路作鉴相器相比，大大提高了电路的抗干扰能力。

采用本鉴相电路视需要可为双向过零鉴相电路，也可为单向过零鉴相电路。附图2所示实施例是双向过零鉴相电路电原理图，它采用两组鉴相为实现对信号前，后沿的双向过零鉴相。鉴相器输出的反映相位差的信息再进∮-V变换处理、A/D转换、数字显示即得相位差值。C′、R′组成微分电路，电平及脉冲转换电路由二极管VD、电阻R1及与非门G1（G2）连接而成;基准方波通过微分电路，电平及脉冲转换电路输入触发器的复位端R;测量方波通过微分电路，电平及脉冲转换电路输入触发器的置位端S。对有关参数的选择应满足触发器的R、S发电平的极性及幅度，触发电流的要求。图中C₂为耦合电容。VD可选用3AP9型或2CK型管，与非门可选用CD4049型器件，555时基电路采用双极型或CMOS型均可，但CMOS型的功耗可大大减小，可根据使用方便选用单时基电路555或双时基电路556。

电源采用精密正、负电源，CB₅₅₅使用的电源范围4.5～16V;CB₇₅₅₅使用的电源范围为3～18V，更大些。

本电路相对现有技术具有如下优点：

1、线路简单、工作可靠，可大大提高抗干扰的能力：对工频干扰、强电场强磁场的干扰以及谐波影响等都具有较好的使用效果，尤其对工频相位的测量具有抗工频干扰强的独特优点;

2、测量精度高，分辨率高、线性好、易数字化，适用于0.01Hz～100KHz低频相位的测量;