淺談頻率相位測試儀的應用

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發表時間:2016-07-30 17:46作者:小康來源:西安同步原創

頻率概念

頻率,是單位時間內完成周期性變化的次數,是描述周期運動頻繁程度的量,常用符號f或ν表示,單位為秒分之一,符號為s-1。為了紀念德國物理學家赫茲的貢獻,人們把頻率的單位命名為赫茲,簡稱“赫”,符號為Hz。每個物體都有由它本身性質決定的與振幅無關的頻率,叫做固有頻率。頻率概念不僅在力學、聲學中應用,在電磁學、光學與無線電技術中也常使用。

為了定量分析物理學上的頻率,勢必涉及頻率測量。頻率測量一般原理,是通過相應的傳感器,將周期變化的特性轉化為電信號,再由電子頻率計顯示對應的頻率,如工頻、聲頻、振動頻率等。除此之外,還有應用多普勒效應原理,對聲頻的測量。

相位的概念

相位(phase)是對于一個波,特定的時刻在它循環中的位置:一種它是否在波峰、波谷或它們之間的某點的標度。相位描述信號波形變化的度量,通常以度(角度)作為單位,也稱作相角。當信號波形以周期的方式變化,波形循環一周即為360°。

相位常應用在科學領域,如數學、物理學等。例如:在函數y=Acos(ωx+φ)中,ωx+φ稱為相位。在astrolog32中點擊ALT+SHIFT+A可以顯示相位設定菜單。

在交流電中,相位是反映交流電任何時刻的狀態的物理量。交流電的大小和方向是隨時間變化的。比如正弦交流電流,它的公式是i=Isin2πft。i是交流電流的瞬時值,I是交流電流的最大值,f是交流電的頻率,t是時間。隨著時間的推移,交流電流可以從零變到最大值,從最大值變到零,又從零變到負的最大值,從負的最大值變到零。在三角函數中2πft相當于弧度,它反映了交流電任何時刻所處的狀態,是在增大還是在減小,是正的還是負的等等。因此把2πft叫做相位,或者叫做相。

頻率相位關系

頻率和相位是周期園函數的兩個獨立參數,想像一下兩個人圍著一個圓形場地跑步,離起跑點的圓弧距離是運動位置與起跑點所夾圓心角的函數,這個夾角就是相位,而一定時間所跑圈數是頻率,如果兩人速度相同(即頻率相同),則兩人之間的距離是始終不變的,也就是相位差是一定的,這個相位差大小取決于后跑者比先跑者延后起跑的時間。如果兩人速度不一樣,則之間距離(相位差)不斷變化。所以頻率不同,相位差不固定。鑒相器不管頻率只比較相位,只要相位變化,就給信號給控制器對頻率加以控制,使其二者頻率一致。

F(t) = sin(2πft + α)f就是頻率;2πft + α就是相位;α是t = 0時的相位,即初相位?!?/span>

就是這么簡單。

通常說的“相位”這個詞其實有兩個含義:

一、特指周期信號的初相位

二、一般意義上的相位,即“瞬時相位”

   頻率和相位,一開始都是周期信號的屬性,頻率是單位時間內的周期數,初相位指周期信號相對所選時間原點的位置,瞬時相位則是指周期信號在任一時刻“走到了一個周期中的哪一步”。

對上面的公式,如果從數學角度理解:

    頻率就是相位的微分(相位的“行進速度”)或者相位是頻率的積分。這種關系,從數學上推廣一步,即使f是變量也成立,再回到物理世界,就發現,不必強求“嚴格的”周期信號,頻率和相位都可以是瞬時值。

頻率不同,“初相位”之差是沒有意義的,但“瞬時相位”之差仍然存在,不就是兩個 2πft + α之差么?

    所謂鑒相器的“相”,指的是就是這種瞬時相位,所以自然不必局限于周期信號,當然也不必局限于“同頻”信號,否則“鑒相器”就是個錯誤的詞了。鑒相器的功能,理論上把這種瞬時相位差變換成電壓值(當然實際電路總需要經過一段時間才能得出結果,不可能完全“瞬時”)。

相位的測量

兩正弦電量可以同為電壓、電流,或一為電壓、一為電流等。對應點常取正弦電量由負到正的過零點,相當于正弦電量函數的初相角。相位差的單位是度或弧度,正、負號表示**或滯后關系。

待測相位差的正弦電量的頻率范圍很廣,因此采用的測量方法和儀器一般隨頻率的高低來選擇。常用的方法是直接法和間接法。

直接法 使用專用的儀表如指針式相位表、數字相位表,或采用陰級示波器來測量相位差。采用陰極示波器時,將兩同頻正弦電壓信號分別加到示波器的X、Y軸,得到如圖1所示的橢圓圖形,則兩正弦電壓之間的相位差∮=arc sin(b/α)。這一方法不能判斷兩信號哪一個**或滯后,并且在∮值接近零時,橢圓也退化接近成為一條直線,即b值很小,所以∮值很難測準。

間接法 通常采用三電壓表法。一般要求兩電壓信號有一公共點(設為a點),當分別測出兩信號電壓Uab、Uca,以及兩電壓的差值Ubc,可畫出如圖2所示的電壓三角形。按余弦定理,兩信號電壓間的相位差當∮很小時,可將UabUca中較大的一個信號電壓分壓,使分壓后兩信號的數值相等。

相位差測試儀的發展與現狀

相位測量技術的研究由來已久,最早的研究和應用是在數學的矢量分析和物理學的圓周運動以及振動學方面,隨之在電力部門、機械部門、航空航天、地質勘探、海底資源等方面也相應得到重視和發展。隨著電子技術和計算機技術的發展,相位測量技術得到了迅速的發展,目前相位測量技術已較完善,測量方法及理論也比較成熟,相位測量儀器已系列化和商品化。

現代相位測量技術的發展可分為三個階段:第一個階段是早期采用的諸如阻抗法、和/差法、三電壓法、對比法和平衡法等,雖方法簡單,但測量精度較低,第二階段是利用數字專用電路,微處理器、FPGA/CPLD、DSP等構成測相系統,使測量精度得以大大提高,第三階段是充分利用計算機及智能化虛擬測量技術,從而大大簡化設計程序,增強功能,使得相應的產品精度更高,功能更全,同時各種新的算法也隨之出現。




頻率相位測試儀實物圖如下所示:

頻率相位測試儀

頻率相位測試儀廠家簡介

目前市場上有許多頻率相位測試儀多數廠家都以貿易為主,沒有自己的核心技術,更沒有自己的研發團隊,售后更沒有保證,今天以市場上最有實力,有著自己的核心技術及專業的研發團隊的公司-西安同步電子科技有限公司為例,進行詳細的說明:

公司簡介:

西安同步電子科技有限公司是一家集研發、生產、銷售、服務為一體的綜合性高科技公司,成立于2012年,坐落于陜西省西安市高新技術產業開發區,一直專注于頻率相位測試儀的研發、生產和銷售,為顧客提供端到端一站式專業化時頻同步系統解決方案。

公司擁有一支團結奮進、富有創新、朝氣蓬勃的專業團隊,形成了從硬件到軟件的一系列成熟的系統解決方案,目前我們的產品和方案已成功應用在通信系統、鐵路交通、天文研究、石油石化、金融證券、航空航天、海洋船舶、智能電網、計量測試、公安消防、雷達通訊、網絡服務、衛星監測、醫療和兵器等各個領域。

產品簡介

時間服務器、時間檢定儀、IRIG-B碼產品、cPCIe授時卡、北斗授時產品、脈沖分配器、高穩晶振、銣原子頻率標準(GPS/北斗馴服)、多通道時間間隔測試儀、相位計、頻率相位測試儀、時間測試儀、PTP精密時鐘、數字面板表、子母鐘、U盤讀寫模塊等等。

客戶簡介

西安同步電子科技有限公司的客戶群主要以軍隊、研究所/院、高校、銀行、電廠、供電局、通訊行業(如中國電信)等等,大部分客戶名單如下:中國兵器213所、204所、測試研究院,中船重工717所、760所,總裝32基地,中國煤科院,中國鋁業,中科院國家天文臺、四川電力研究院、光電技術研究所、長春光機所、蘇州電科院,玉林計量所,臨海計量所,塔城計量所,大連計量所,解放軍6909工廠、1001工廠、63871部隊,中航試飛中心,中航613所,陜西烽火,哈工大,西交大、西工大、上海大學,平安集團等等。

公司宗旨

“專注時頻,用心服務”是我們的基本宗旨;“品牌就是風格,品牌就是價值”是我們的經營理念;唯實、守信,求真、創新是我們的行為準則;互惠互利、合作共贏是我們奉行的基本思想;為國家現代化提供優秀的產品和服務,以艱苦創業,為振興和發展中國民族工業而傾盡全力,為用戶提供更多,更優質的產品和售后服務。