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小相角测量技术的研究

作　者: 朱冬梅
导　师: 童子权
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 测试计量技术与仪器
关键词: 小相角测量差频法事件捕捉统计法 FPGA
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

相角测量作为一种重要的信号测量技术，已经广泛应用于科学研究和工程应用的诸多领域。在研究常规相位测量方法及电路的基础上，着重研究了零相角附近相位测量的精度不高、抗干扰性差等问题。尤其是小相角测量难度非常大，采用传统方法测不准，甚至不能测。因此本文研究了小相角测量的优化方案，设计了相关的测量电路。本文在研究常规相角测量方法的基础上，确定了小相角测量系统的总体方案，并分析了过零点比较脉冲计数法测量相角的过程中各种误差出现的原因。为了提高相角测量的准确度和抗干扰能力，提出了优化方案。在模拟电路方面，将采用差频法，较高频率的被测信号通过差频法的处理转变为比较容易测量的低频率信号，这样就降低了由于被测信号的频率过高，量化误差过大的问题。在数字电路方面，为了解决由于脉冲计数时钟频率低，量化误差过大的问题，将采用FPGA锁相环把脉冲计数时钟的频率提高到400MHz。并设计了相应的数字电路来测量两路被测信号的周期以及相角。针对两路被测信号在干扰环境下过零点抖动的问题，将采用事件捕捉统计法来减小零点抖动带来的测量误差。并对事件捕捉统计法进行了Matlab仿真。仿真结果表明该方案能显著提高小相角的测量的精度。0.1°的相角仿真测量的绝对误差为0.003°。因此该方案具有很好的推广价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外发展现状  11-14
    1.2.1 国外发展现状  11-13
    1.2.2 国内发展现状  13-14
  1.3 论文主要研究内容  14-15
第2章总体方案的确定  15-26
  2.1 常见的相角测量方法  15-23
    2.1.1 鉴相方法  15-20
    2.1.2 相位差信号的处理方法  20-21
    2.1.3 信号频率的测量方法  21-23
  2.2 本文小相角测量的方案  23-24
  2.3 相角测量误差的分析  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章相位测量信号调理电路  26-32
  3.1 调理电路的设计  26-31
    3.1.1 阻抗选择和衰减电路的设计  26-28
    3.1.2 AC/DC 耦合电路的设计  28
    3.1.3 阻抗变换和低通滤波器的设计  28-29
    3.1.4 放大电路的设计  29-30
    3.1.5 比较器电路的设计  30-31
  3.2 本章小结  31-32
第4章减小量化误差的优化方法  32-49
  4.1 脉冲计数方法的基本原理  32
  4.2 提高计数脉冲信号频率的方法  32-41
    4.2.1 FPGA 的介绍  32-35
    4.2.2 通过 PLL 提高计数时钟频率  35
    4.2.3 脉冲计数电路的顶层模块  35-37
    4.2.4 脉冲计数电路  37-39
    4.2.5 存储电路  39-40
    4.2.6 输出电路  40-41
  4.3 差频法  41-47
    4.3.1 采用差频法的原因  41-42
    4.3.2 差频法的实现电路  42-47
  4.4 两种方法的结合  47
  4.5 积分扩展法  47-48
  4.6 本章小结  48-49
第5章提高抗干扰能力的优化方法  49-61
  5.1 软件优化方法  49-51
    5.1.1 多重计量法减小幅相误差  49-50
    5.1.2 减小极性误差的方法  50-51
  5.2 事件捕捉统计法的方案设计  51-54
    5.2.1 事件捕捉统计法的工作原理  51-52
    5.2.2 事件捕捉统计法的实现电路  52-54
  5.3 对事件捕捉统计法的 Matlab 仿真  54-60
    5.3.1 理想状态下信号的仿真及分析  54-55
    5.3.2 叠加直流偏置信号的仿真分析  55-57
    5.3.3 参杂直流分量和噪声信号的仿真及分析  57-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-66
致谢  66

小相角测量技术的研究

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