用微机测量两同频交变信号的相位差

　　在工程测试的实践中，例如对传动链传动精度的测量、转矩测量等，经常遇到如何准确地测量两同频交变信号间相位差的问题。当然，解决这一问题的方 法很多，分为模拟测相法和数字测相法两大类，且数字法更优。它具有测量准确度高;抗干扰能力强;信号可远传;易于与微机结合，进行测量数据分析、处理等许 多优点。但是，目前所用的数字测相法有一个明显的不足，即测量准确度受两待测信号的频率波动的影响大。本文介绍的方法可有效地改善这一不足。

　　一、常规的数字式测相法及不足

　　常规数字测相法的基本原理示图1。两待测信号A、B经整形、微分后，得到两组尖脉冲信号。信号刃、尸分别经过触发器去控制门电路，其中刃为开门 信号，君为关门信号。当1电路开启时，时钟发生器输出的时钟信号CP就输入到计数器。这时，计数器的计数结果是信号刃和尸之间的时间间隔山，它与两信号间 的相位差△夕成正比。设待测信号的周期为t，则根据山和t可计算求得△。

　　由于山的值不仅取决于两信号间的相位差△0，而且还与两信号的频率有关，因此，要获得高准确度的测量，就必须保证两比相信号和时钟信号均有很高 的稳定度。但在绝大多数的工程应用中，两同频比相信号的频率不可能恒定不变。实际测量时，就必须二次测量参数&和t(即图1中的N，及N)，才能 计算出△0。这在实用中有两点不足:一是对t的测量时间间隔长，两信号频率和△夕的波动会造成较大的测量误差;二是应用不便。虽然可以使用两个频率计数器 同时测定参数山和t，以减小一些误差，但因山的时间很短，测量准确度也不可能很高。

　　二、新方法的测量原理

　　该方法是在常规的数字测相法基础上，增加一路辅助测量信号C，其频率是原待测信号频率的K倍，并随待测信号频率的波动而变化。获取信号C的方 法:一是将原比相信号A(或B)进行K倍频;二是由辅助发讯器产生。对于A、B、C三种信号，A、B经波形变换电路形成两组尖脉冲刃、尸，信号C经波形变 换后形成矩形脉冲c‘。新的测量方法就是利用脉冲c‘和时钟脉冲CP对信号A、B间的相位差△口进行“二次细分测量”，其测量原理示于图2。测量过程如 下:

　　第一次细分:以刃为开门信号，尸为关门信号，用脉冲C‘、对相位差△0进行“粗”细分，获得计数值N。

　　第二次细分:利用时钟脉冲CP对脉冲序列C‘进行细分，以获得△N，这一步是测量的关键。具体方法是:通过测定关门信号尸到达的时刻t。及与之相邻的脉冲c‘到达的时刻t。、tl和t:，应用数学插值法求出△N。