手持激光测距仪的电路设计

范文一：手持激光测距仪的电路设计

第8卷第3期2009年6月常州信息职业技术学院学报JournalofChangzhouVocationalCollegeofInformationTechnologyVo.l8No.3

Jun.2009

手持激光测距仪的电路设计

陈黎敏朱江

(常州信息职业技术学院江苏常州 213164)

摘要:介绍了一种以单片机和CPLD为核心的手持式激光测距仪的电路设计,重点研究了激光测距仪的接收电路、电源、控

制和计数电路的结构。该测距系统使用雪崩二极管作为光电转换检测元件,用高速时钟进行计数测量,简化了设计,提高了数据采集的精度,能方便地实现无合作目标远程测量。

关键词:激光测距;CPLD;PIC单片机;雪崩二极管

中图分类号:TH761.2 文献标志码:B 文章编号:1672-2434(2009)03-0001-04

TheCircuitDesignofaHand-heldLaserRangefinder

CHENL-imin ZHUJiang

(ChangzhouCollegeofInformationTechnology,Changzhou213164,China)

Abstract:Thispaperintroducesthecircuitdesignofahand-heldlaserrangefinderwithSingle-chipandCPLDasthecore,focuseson

thereceivingcircuit,power,controlandcountscircuitstructureoflaserrangefinder.Thisrangefindersystemusesava-lanchediode(APD)asphotoelectricconversionelement,adoptshigh-speedclockcomponentstocount,andsimplifiesthedesign.Itimprovestheprecisionofthedataacquisitionsystemandcaneasilyachievelong-rangemeasurementswithoutco-operationtarget.

Keywords:laserrangefinder;CPLD;PICSingle-chip;APD

0.引言

手持激光测距仪和普通大型的激光测距仪一样也有两种实现方式:脉冲式和相位式。脉冲式以其峰值功率高、探测距离远、测距精度高、对光源相干性要求低等优点,在工业、航空航天、大地测量、建筑测量和机器人等领域得到了广泛的应用。相位法测距精度高,但测量速度慢、技术复杂、成本较高,最大缺点是它需有合作目标,即需要专用的全反射棱镜。手持激光测距仪一般要求无合作目标远程测量,测量精度为1米以内,本设计采用脉冲式测距,这种方式比较容易实现这个要求。

[1-3]

组成。脉冲激光测距系统是通过测距激光发射器发出的激光脉冲和光脉冲返回接收系统的时间间隔来

计算目标距离,其测量公式为:

=(1)22

式中S为目标距离,t为光脉冲往返时间间隔,S=

C为光在空气中传播的速度,n为计数器计数结果,f为计数时钟频率。

由式(1)可见,影响脉冲式激光测距精度的关键,在于发射和接收的激光脉冲之间的时间测量精度。由于激光的速度特别快,所以测量的脉冲时间间隔非常短。例如要测量1Km的距离,分辨率要求1CM,则时间间隔测量的分辨率要求高达67ps。因此时间测量对脉冲式激光测距仪来说是一个非常

手持激光测距仪主要由测距仪、电缆、蓄电池等

收稿日期:2009-04-17

基金项目:2006年院级自然科学计划项目(2006Z-16)

作者简介:陈黎敏(1971-),女,副教授、高级工程师,硕士,从事研究方向:光机电技术

[1]

常州信息职业技术学院学报2009年6月

重要的环节。本激光测距仪采用雪崩二极管作为光敏接收器件,使用美国Lattice的CPLDispMACH4A5高速可编程逻辑芯片作为计数芯片,并利用Microchip的PIC18F4520单片机作为系统控制的核心,控制时间间隔测量模块和显示模块。

2.电路系统

2.1 接收电路

在手持式激光测距仪中,激光从发射到接收,由于经过目标的漫反射以及衰减,接收到的激光信号非常微弱,使得检测相对比较困难,因此多采用雪崩二极管作为光敏接收器件。雪崩二极管具有很高的内部增益,响应速度非常快。雪崩二极管选用了美国Perkinelmer的C30950E,它的电路都集成在管子里面。

接收电路主要由光电传感器、AGC宽带放大器及射极跟随放大器组成。由于被测目标的激光回波信号强度一般来说反比于距离值,为保证放大器对远近距离的回波信号不失真地放大,由AGC信号控制放大器在测距时的增益从5~8db逐渐增加到大于38db,同时要求带宽为1.5~15MHz。

由于被测目标的远近及目标特性不一致,经放大以后的回波信号将不规则,这样就必须先将它们

[4]

1.系统组成及工作过程

测距仪主要由控制电源、激光器、光学系统、放大电路、控制逻辑计数、取样、显示等部分组成。手持激光测距仪工作原理如图1所示,一次激光可测

两个目标。

图1 手持激光测距仪工作原理

该手持激光测距仪工作过程如下:接通电源,接到测距选通工作信号时,产品进入选通工作状态,对选通电位器的值进行处理,使显示器显示相应的选通距离数值,完成测试距离的选择;当按下测距按键时,产品进入测距工作状态,首先令充电电源进行DC/DC变换,待几组电压建立后,发出复位信号,对计数电路进行复位及实现接收放大电路的增益控制,同时触发激光发射系统发出脉冲激光。由取样电路对发射激光进行光电转换,作为控制电路测距计数的开门信号,这时计数电路开始计数。射到目标反射回来的激光会聚于雪崩光电二极管光敏面上,进行光电转换及放大处理,输给控制电路作为测程计数的关门信号,计数电路停止计数,距离的测量结果由显示器直接显示出来,如图2

所示。

整形为前沿很陡、宽度和幅度一定的矩形脉冲,以保证控制电路可靠工作。

脉冲整形电路采用与非门组成的典型的积分单稳器。触发正脉冲经耦合电容到门输入端,产生约80~120Ls的负脉冲,再经反相成正脉冲输出。

2.2 充电电源

由于激光测距系统需要高压驱动激光管,系统主要由集成开关器件、功率管、充电变压器等组成他激式振荡充电电源,工作原理如图3所示。本系统通过开关电源芯片SG3524(U2)对系统低压直流电压进行升压,为激光管提供直流高压电源。+12V电压由VB端输入到T1变压器的初级,U2的15脚电源由VB1经V2输入,V1、V2构成对U2电源的控制。U2上电后,即由14脚输出PWM信号,控制V3大功率MOS场效应管,这样T1的次级产生580V的高压供激光管使用。

[5]

2.3 控制电路

本测距仪控制核心采用Microchip的PIC18F4520单片机,它功能强大,是一款采用10位A/D和纳瓦技术的引脚增强型闪存单片机,拥有4

图2 显示器的显示结果

1-瞄准点 2-测距工作指示 3-电源指示4-多目标指示 5-电池电压低指示 6-距离数

种功耗管理模式和灵活的振荡器结构,超低功耗设计手段使芯片的电流极小,因此特别适用于手持式设备中。它带有强大的处理能力,优化的C编译器,

-7]

写操作的增强型闪存程序存储器、硬件乘法器、可编程16级高低压检测模块等,这些功能满足了激光测

距仪测量、显示等功能的要求。

图3 直流升压电路

本手持激光测距仪控制电路如图4所示。U4为系统主处理器PIC18F4520单片机,其作用是接受产品操作信号,控制产品工作状态及一次测距的工作过程。主要有状态工作控制电路、测距工作控制电路和单片机应用系统电路组成。通过调整选通电位器值来实现选通距离的调节。当测距仪对准目标后,按下START键,单片机向激光器发出开始信号,激光器就发出一个很强很窄的光脉冲,同时当产品接到触发按钮触合信号(低电平)时,测距控制触发器控制充电电源电路工作,同时通过37和38引脚控制令计数电路开始计数,当部分光从原路反射回来,进入接收望远镜,经过滤光片、光电转换器、放大整形电路后,产生关门信号,终止计数。另外该测距仪还通过MAX232进行TTL电平与232电平转换,实现与计算机通信,完成测距数据的显示与控制激光测距仪。激光发射接收电路如图5

所示。

图5 激光发射接收部分

2.4 计数电路

计数电路的作用是在控制电路控制下,对时标脉冲计数。它主要由时标振荡器、计数器及位同步信号发生器等组成。

时标振荡器输出的脉冲是计数的基准和计数单位,它的频率f=1/t=c/2r,c为标准气象条件下大气中的光速(299704km/s);r为测距精度。本产品采用石英晶体振荡器,其频率稳定度为10,振荡频率取29.97MHz。

为了满足最大测程2km、分辨率1m的测距要求,需要四位计数器。计数芯片采用的是美国La-ttice的CPLDispMACH4A5。该系列提供5纳秒的速度锁定功能(Tpd)和高达182兆赫的工作频率。is-pMACH4A5系列提供比其他复杂逻辑器件更高密度的支持和更多I/O解决方案的设计。这一器件有宽广的选择余地,加之与速度锁定功能和低能耗的结合,使之成为大多数系统逻辑应用的最佳选择。其工作电路如图6所示。图6中ispMACH4A5高速可编程逻辑控制芯片,通过内部编程实现高精度计数器,及控制测距激光脉冲的调制及发射,并对激光测距仪关键器件雪崩二极管收到的激光脉冲进行计时,并输出计时数据,为PIC18F4520单片机对测距数据进行处理作

[8]

-5

图4

激光测距控制电路

准备。

脉冲激光测距仪的测距误差是受晶振稳定度、工作频率、激光脉冲波形、接收放大器带宽以及目标的特性、大气传播特性、主回波通路的延时等因素影响,

[9]

经实验验证,在标准场地、气候、目标距离情

况下,本测距仪总中误差为0.8m。

本文介绍的手持式激光测距仪系统,是集现代电子、光学、激光技术的新一代望远镜式测距仪,具有体积小、重量轻、测程远、操作简便、测距误差小、密封性能好、可靠性高等特点,采用PIC18F4520和CPLD数字设备为控制技术核心,简化了设计,提高了数据采集的精度,并设置了标准RS232串行接口,能方便地实现信号传输,实现测量距离为30m~2Km的无合作目标远程测量。参考文献:

[1] 王瑞凤,郭文成.用TDC-GPI芯片设计手持激光测距

仪[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(8):50-53.

图6

ispMACH4A5计数电路

[2] 夏界宁.手持式激光测距仪前级接收通道的相关问题

研究[J].大地测量与地球动力学,2007(2):93-95.[3] 史红,胡腾飞,张永德.基于MSP430单片机的激光

测距仪控制器开发[J].自动化技术与应用,2007,26(6):109-111.

[4] 孙懋珩,丁燕.雪崩光电二极管在相位式激光测距仪

中的应用[J].电子测量技术,2007,30(2):121-124.

[5] 王英,张敏明,邓国华.一种小型二极管泵浦固体激

光测距仪的发射和接收电路[J].激光杂志,2006,27(3):65-66.

[6] 马兹迪,麦金莱,考西.PIC技术宝典[M].李中华,

等,译.北京:人民邮电出版社,2008.

[7] 彭树生.PIC单片机原理与接口技术[M].北京:电

子工业出版社,2007.

[8] 张洪润,张亚凡.FPGA/CPLD应用设计200例[M].

北京:北京航空航天大学出版社,2009.

[9] 戴炳明,张雏,李东石.脉冲激光测距机的测距误差

分析[J].激光技术,1999,23(1):50-52.

当激光管高压准备好后,即由PIC18F4520单片

机控制输出激光,激光信号经取样后输入到ispMACH4A5的31脚,ispMACH4A5即开始计时。激光返回的信号由雪崩管收到后,进入到ispMACH4A5的30脚,收到信号后ispMACH4A5即停止计数。计数的结果由UispMACH4A5的9,10,11,12脚SPI接口,送到PIC18F4520中处理。

3.结束语

在用手握测距仪进行测距时,特别是在远距离小目标测量时,会因用手按了面板上的/测距0键后,使仪器抖动而无法瞄准目标,因而无法准确测量目标,此时应使用外接电缆,将外接电缆上的七芯插头插入主机七芯插座,轻按该电缆上的测距按钮,即可进行测距。另外,主机下部燕尾座可与经纬仪等其它测角机构连接,可固定在普通的三角架上。

范文二：光学专业优秀论文激光雷达测距电路设计

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

光学专业优秀论文激光雷达测距电路设计关键词:激光雷达测距电路设计时间间隔测量时刻判别电路前沿定时法

摘要:激光雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物，它具有分辨率高、抗干扰能力强等优点，可以用来进行测距、测角、角追踪、目标速度的测量，因此激光雷达在军事和民用领域都得到广泛的应用。本文研究了激光雷达理论和激光雷达的测距方法，基于激光脉冲测距原理，设计了一种结构简单，高精度的测距电路。时刻判别电路基于前沿定时法，采用高速比较器ADCMP600设计了结构简单的高速的时刻判别电路;脉冲测距法中的计时脉冲的精度制约着测距的精度，我们采用了一款高精度的时间间隔测量芯片TDC-GP1，计时精度达到250ps，这是传统计时方法无法达到的，并且大大简化了电路;采用STC单片机作为系统的

GP1的控制和数据的读出和处理，MCU通过C语言和汇编语言编程实现了对TDC-

并且实现了和上位机通讯。

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

正文内容

激光雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物，它具有分辨率高、抗干扰能力强等优点，可以用来进行测距、测角、角追踪、目标速度的测量，因此激光雷达在军事和民用领域都得到广泛的应用。本文研究了激光雷达理论和激光雷达的测距方法，基于激光脉冲测距原理，设计了一种结构简单，高精度的测距电路。时刻判别电路基于前沿定时法，采用高速比较器ADCMP600设计了结构简单的高速的时刻判别电路;脉冲测距法中的计时脉冲的精度制约着测距的精度，我们采用了一款高精度的时间间隔测量芯片TDC-GP1，计时精度达到250ps，这是传统计时方法无法达到的，并且大大简化了电路;采用STC单片机作为系统的MCU通过C语言和汇编语言编程实现了对TDC-GP1的控制和数据的读出和处理，并且实现了和上位机通讯。

激光雷达是激光技术和雷达技术相结合的产物，它具有分辨率高、抗干扰能力强等优点，可以用来进行测距、测角、角追踪、目标速度的测量，因此激光雷达在

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料军事和民用领域都得到广泛的应用。本文研究了激光雷达理论和激光雷达的测距方法，基于激光脉冲测距原理，设计了一种结构简单，高精度的测距电路。时刻判别电路基于前沿定时法，采用高速比较器ADCMP600设计了结构简单的高速的时刻判别电路;脉冲测距法中的计时脉冲的精度制约着测距的精度，我们采用了一款高精度的时间间隔测量芯片TDC-GP1，计时精度达到250ps，这是传统计时方法无法达到的，并且大大简化了电路;采用STC单片机作为系统的MCU通过C语言和汇编语言编程实现了对TDC-GP1的控制和数据的读出和处理，并且实现了和上位机通讯。

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料用了一款高精度的时间间隔测量芯片TDC-GP1，计时精度达到250ps，这是传统计时方法无法达到的，并且大大简化了电路;采用STC单片机作为系统的MCU通过C语言和汇编语言编程实现了对TDC-GP1的控制和数据的读出和处理，并且实现了和上位机通讯。

-GP1的控制和数据的读出和处理，并且通过C语言和汇编语言编程实现了对TDC

实现了和上位机通讯。

《《《特别提醒》》》:正文内容由PDF文件转码生成，如您电脑未有相应转换码，则无法显示正文内容，请您下载相应软件，下载地址为

http://www.400gb.com/file/75571905 。如还不能显示，可以联系我q q 1627550258 ，提供原格式文档。我们还可提供代笔服务，价格优惠，服务周到，包您通过。

垐垯櫃换烫梯葺铑?

endstream

endobj

x滌甸??*U躆? 跦??ǜ?l, 墀VGi?o嫅#^4K錶c&伣嘰呐q 虻U節鉡c姥 ?

?BL偤7.X 哖?]驳疗" g讍` l/<5蔍`7sq\i vs疖="">

[J%J

v I雓1傀 7鑥伍妰遠Y 魥靤 /W鐼E

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

霯q聊湝

ECu?knb?.:?澍羈 7?坋:;俐hEan[2

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料 P6?!八帊/=櫕貵`Wp?U脞姦%?qj

?颬儼噃I V 壂 G邊??Vг忣鏕裚?靈模? ?慞擭昄X?;萕屄P,' 枍U霩R嚵蝆RC`珵墂锬襵")焟滫?ob#噡滴覇羘幥d<?讫\E鼠 U閥?甅 Y _HT軷糣Q\渿拜&应U躨?淊Nv祌|揜JJ9B9?_+.^\\|莭?桌O姺 ?踱:R?截d襛jL` k崌? [ 謹 6m

図?b2頔?? YU???拰泅 ?E

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

稛擈?cH B? ?pR枣渹唱?上鴰\A

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料 Uq 陶誼?a_?坩j

?劷' a

?e b軌嬲 6?65苡?喱U椁-致a?頟狃鑃鋻?牥I

?鄞??摉敊? (毆s?6仿?

K@}2l肂 F蚻

{盜?J琬 {C 瓃!炻! 鸌 8?]?壽8?? S鰬F Q=-*?闲d(N该辭O ?!蕍池 ?E 柪8頬4syXr移 Js??脋翟?PB[针旌汉

R 紡斮銒0eh尸?XT Hz {K輫獞谪 k伬.K!e鼚V? ?;驭s磇嗔 5巐奌1 ;a/w,価*w= U#深@

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料啦厣#霵- ?

?懑刉覶瑼?l灏8Na? 谺[ |mL駰麲?橆C

啟拡铵邢 @哎"橶軹<??峾?

I^铈N?T蠿-h?暵^l2錛豵岂鋁釯訑9|@U忡H奙`{鑧n!挈嬶颊tKラ犨绸萑m E遰D5?`KU/燏

闪g菬3??6iL绌?'?8 L]愒?黴萧懨间蚷";0苸@|Z@~?牫氀k鱟m智{tC \ 呿腩%陏砂? 婁琊

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料蚩?p炊匌QE秝),? 3祲翓?l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒 l 壛枒

l 壛枒 l 壛枒 l

空/?鈈1贿$F< 0佚&煿网澟?釤h="">

裝y :M?^ 瘃d?? 襅絧 ?曄d鈅7橵 ZngQ Y穴甯 ?c 繋圁? 麾璃 c 旿^T珤z'4

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

v?/

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料鰍w玣?9樂]濖?峐晻?娴 ?翖H鎉詤闽s癜/? Z[? 骫/吐莁鳝恪叓?c緂羗燤蘦< :?编="" o6h挛="" w腃m="" d="" 寙妗m檂戴j`="" 炀??="" 砡="" z?d="" 嚘="" 槏f劃?徎耡?a汚?="">

螻8?ザ^

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

冚窉` & 竕?/t ?R 氍猜r'鴅兂su勢J`嫓-

?貀

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料鯼吔?啪"?l匢k 耭聨蕞?霡耋艔続 6挬aF 溭ku 罡? {0埪^ 怍m莫グ袍`逷 6&?+T?貇KPN:椴歋9wp?@ ? $%? 粿 ?感,腑 ?

U_? w?豒濈 ?J?_.cy鰻PY<腹 g卨b5啨喻$????="" 梉?娐="">

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

v_J U倧3x8碂F? 憛權J?B憹丽腃苐创

a{唨喂辙??E,f |灯掌亣3姬鄾壿摟妝?3 ?萌l> Peブt?Pf臕?m稅盠?恁

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

v_關lm ,OMK?^'vOp牯V睟艶頛4. ?鮠4l

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料 O??鼎? #濔%滷?腵鳐 #C?另 v|j'珬 i|葙K

羇胞Tt?"1鱳忞1? ?#1? ?#

谺?

豣?

豅? [Fb癳$ [Fb癳$ [Fb懊U虶: }獊 {u餕n梕-炯鈝羡 n馴弁?裦$k~琽腌羨鯞x8dz阞睩飫諥 ?R蛨)傣Nc鐓婤嬬踋D铅,j豃杮? 03o

膰澴饿垱,3cL Y 尧3?搮4kKh費Q C幎鲟f ?

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

洭孺V饞? \tY 囝 _?鮶}量躞 W 蔋/<??枞:?蚢]w龃欦恈宖xF?G??<>

K聭? W境O??赧M

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

E 6 ?诖佟U9y伞

?t3吁或i扡椌 T i/

] 'u?h4涱谌]f盭纐?匌%]囗

w祝綧

7啚W嬓駳谣酗8簮镄炯a*鞠 ?l

?娮Lp-6?鏷4 ?uv e2欐鈗锯bmIi滝多"?[4橳婱fbC貇?吷d#=驰D梟3 E凂

NI upG诘V陭 s?i4l@暺ォ窴誵w鰕?彽餥?靭. { n宒D 喇 1K??)?J癊{Y

銲?洃摀,?ゆ娒糍j鋷,稣9苣s骹囈x丏麈(j?錞斊恘迃?觸達沭?l睬Aw??s?

瑶f ?>熁疆??6??a瘄伮幨?.寒癧,拲梡ф?貃'毽?狎裦&的??紣兩D??孧璞?*讅A ~?G哊 $(L?翞漷獔苐眄\^?

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

A+y鯱\

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料 h'Q伛R濵崇@~練谰澠蕱劜(頓r )g?雴s ?l7g缣t1@苬? h蚫芦窼???? 媢J?|`兊欨^y镩飃袩?lN1囁9廥Z,薩j屻猆??5 郜?呁%8赻誵?揃^ 6査9??

狥U?噶8??l抔'瓫湾?摽郒i 鯦

捶摭? sr&螨?鶶呁菸?%`毎磆* ?R閁b太?.?? 6柧靘発蕯?俔; # x 刔彟2Z皙{,笜'?D 剧>珞H鏋K x時k,褝仆 ? 稀?i攸'闥-) 荮 vJ釔絓|?殢D蘰厣?籶(柶胊?0 7姻 R?l遜ee醳B?苒?甊袝t弟l?%G趓毘N蒖與叚繜羇坯嵎憛?

>U?Xd*蛥?-.臟兄+鮶m4,?嵸/@

E 厤 U閄r,塎偨匰忓 tQL綹e[b ??抔搉ok怊J?l?

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料庮蔘?唍@*舶裤爞K誵?X

r 蛈

翏磾寚缳nE駔殞梕壦e櫫蹴友搇]6碪近躍邀8顪??z'?Fi ?U钮嬧撯暼坻?7/??W?3RQ碚螅T憚磴炬B- 垥n國0fw丮"eI?a揦(?^7鳁?H?弋睟栴?霽N濎嬄 !盯鼴蝔4

sxr?溣?檝皞咃 hi#?攊(?v擗谂馿鏤刊x? 偨棆鯍抰}Lyy^|y箲丽膈淢m7汍衂法瀶?鴫C??,Q貖澔?wC(

? 9m.Ek?腅?僼}碓靔奲? D|疑維d[袣箈Q| 榉,慓採紤婏(鞄-h-蜪`7I冑?'匨+蘮.-

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料

懸6鶚?蚧?铒

【精品】毕业论文优秀毕业论文本科论文专业学术论文参考文献资料鷈?叛牪?蹾r R? ? ??*

[t ?檸??

籕

范文三：相位差测量电路设计

本科毕业设计

题目：

学院：

专业：

学生姓名：指导教师：合作导师：完成时间：

成绩：( 2015 届 ) 相位差测量电路的设计机电工程学院自动化学号：职称（学位）：讲师职称（学位）： 2015 年 5 月 28日

黄山学院教务处制

原创性声明

兹呈交的设计作品，是本人在指导老师指导下独立完成的成果。本人在设计中参考的其他个人或集体的成果，均在设计作品文字说明中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此设计作品而产生的权利和责任。

声明人（签名）：

年月日

摘要................................................................................................................................ 1

英文摘要........................................................................................................................ 2

1 绪论............................................................................................................................ 2

1.1 研究背景及意义.............................................................................................. 3

1.2 发展现状和发展趋势...................................................................................... 3

1.2.1 国外发展状况............................................................................................... 3

1.2.2 国内发展状况............................................................................................... 4

1.2.3 发展趋势....................................................................................................... 5

2 相位差测量的基本原理............................................................................................ 5

2.1 相位的基本概念.............................................................................................. 5

2.2 相位差测量原理.............................................................................................. 5

2.3 电路设计原理.................................................................................................. 6

3 设计与分析................................................................................................................ 6

3.1 移相电路.......................................................................................................... 6

3.1.1 方案分析....................................................................................................... 6

3.1.2 移相电路设计............................................................................................... 8

3.2 检测电路.......................................................................................................... 8

3.2.1 方案分析....................................................................................................... 8

3.2.2 检测电路设计............................................................................................. 11

3.2.3 LM339特性分析......................................................................................... 12

3.2.4 双稳态触发器............................................................................................. 13

3.3 计数显示电路................................................................................................ 14

3.3.1 方案分析..................................................................................................... 14

3.3.2 计数显示电路设计..................................................................................... 14

3.3.3 数码管工作原理......................................................................................... 15

4 仿真与调试.............................................................................................................. 16

5 实验分析.................................................................................................................. 18

总结.............................................................................................................................. 19

参考文献...................................................................................................................... 20 致谢.............................................................................................. 错误！未定义书签。

附录.............................................................................................................................. 21

相位差测量电路设计

机电工程学院自动化专业

指导老师：（讲师）

摘要: 随着计算机以及电子技术的发展，相位差测量技术作为常用的信号测量技术，得到了快速发展，已经成为现代科学研究不可或缺的一部分。相位检测在信号变换、信息采集、控制等方面有着重要的意义，特别是在电气、工业自动化、智能控制及通讯电子等许多领域都有广泛的应用。因此，相位差测量技术在信号的处理、检测方面有着极其重要的作用。为了满足本课题的要求，从相位差的测量方法入手，设计了一个相位差检测电路，该电路可测试一个经过移相电路的信号（正弦波）移相后与原信号间存在的相位差，可由测试电路检测并显示。

该设计主要包括三个方面的即移相电路设计、相位差测量电路设计、计数显示电路设计等。其主要过程是将源信号为一个正弦波经过由两级RC移相器和电压跟随器组成的移相电路后，得到一个移相后的正弦波，两个信号输入相位差检测电路进行整形电路和获得源信号和移相后信号的相位差信号，最后输出相位差波形的宽度，即源信号的过零点与被测量信号的过零点之间的时间差。然后再通过显示电路，最终由共阴极数码管显示出来。关键词：相位差；移相电路；检测电路；计数显示电路；整形电路

，

Design of Circuit in Phase Difference

Measurement

（College of mechanical and electrical engineering, Huangshan University, 245021） Abstract：With the development of computer and electronic technology, the phase difference measurement technology, as a common signal measurement technology, has been rapid development and has become an indispensable part of modern scientific research.Phase detection is of great significance in terms of signal transformation, data collection, control, especially it is widely used in many fields ,such as electrical, industrial automation, intelligent control and communications, electronics and so on. Therefore, phase difference measurement technology plays a very important role in signal processing and detection .

In order to meet the requirements of this subject, I designed a phase difference detection circuit starting from the phase difference measurement method . The circuit can test a after a phase shift circuit signal (a sine wave phase shifter between the original signal and the phase difference can be detected and display by the test circuit .

The design mainly includes three aspects: the phase shift circuit design, the phase difference measurement circuit design, the counting and display circuit design, etc.. Source after a sine wave by two stage RC phase shifter and voltage follower of phase-shift circuit, a phase shifting sine wave is the main process, the two input signal phase difference detection circuit shaping circuit and source signal and phase signal phase disparity signal, finally output phase difference waveform width, namely signal source of zero and measured signal zero crossing point between the time difference. And then through the display circuit, and ultimately by the common cathode digital tube display.

Key words: Phase difference ; Detection circuit ; Counting display circuit ; Display circuit ; Plastic circuit

1 绪论

1.1 研究背景及意义

随着微机和电子技术的快速发展，信号相位测量技术已成为现代科技社会不可缺少的一部分。相位差测量在多方面有着重要意义，包括信息的采集、信号的检测和控制等等方面，特别是在电力行业、工业自动化、智能化和其他的通讯电子等方面有着广泛应用。例如：

（1）确定电路谐振特性。当电路发生谐振时，该电路的L、C两端的电压相等但相位相反，所以两信号相互抵消，即可确定两个信号的相位为零。因此，根据相位差来确定该电路是否发生谐振。

（2）测量信号的传输特性。我们可以通过测量某个信号的幅频和相频的特性，然后根据以此来分析信号的传输特性。

（3）测量信号的延时特性。通过测量信号的相位差，可以分析该信号的延时特性。

（4）测量和校正伺服系统。伺服系统是自动控制的重要组成部分，因其电动机、解调器等都设计成响应于同相信号，故它需要经常测量信号的相位。

（5）测量功率因数。如在交流电路中，功率因数是电压与电流之间相位差的余弦，用cosθ表示。因为θ与cosθ是函数关系，因此可以通过使用相位差测量的方法，先测得θ值后再计算cosθ的值。

（6）测量距离和方向。该功能应用非常的广泛，如相位式激光测距，其原理是通过发出连续的调制光波来回往返产生的相位延迟进行测量，间接的测量出光经过被测物体距离的时间，从而求出被测距离[1]。

由此可见，相位差测量技术广泛应用于医疗、勘探、电力、航空航天、石油冶金等多种领域。

1.2 发展现状和发展趋势

1.2.1 国外发展状况

国外对于相位差测量的研究起步早，如俄罗斯、英国、德国尤其美国该技术一直处于领先地位。如美国的Agilent（安捷伦）、德国德图、日本横河等公司在相位差测量技术方面取得优异的成就，如图1-1所示，Agilent 53132A型通用计数器，该计数器频率分辨率达12位/秒；频率范围：CH1和2：dc～225MHz；测量速度可达到200次测量/秒在GPIB上。如图1-2所示，美国CH公司生产的型号CH6000A高精度相位计，其分别率达0.001°，是迄今最好的相位计，精度0.020°，频率响应：5Hz～1MHz,增加了USB接口，利用了最新的数字技术和优化模拟设计。

国外的产品主要特点是可以测量幅值、周期还包括相位、频率等多种参数的

测量，尤其重要的是他们的产品测量精度高，利用非常先进的数字芯片，这样的优点是测量精度高、频率范围宽、抗干扰好。

图1-1 Agilent 53132A型计数器

图1-2 CH6000A型高精度相位计

1.2.2 国内发展状况

与国外技术相比，我国该项目研究相对落后，它起步于上个世纪六、七十年代，我国在此后的几十年取得了较大成就，但是测量精度相对低、使用的频率范围窄以及采用的器件、方法和技术与国外相比还是有很大的差距。

随着国内技术发展迅速，国内相位计产品技术得到快速提高，如上海旺平电气有限公司生产的WP9066A多功能相位计，如图1-3所示，该相位计可用表或数字液晶显示。该相位计主要参数如表1-1所示，相位测量范围大、频率高、测量精度相对较高等众多优点，其功能主要用于双电力系统，测量交流电流，电压两电压之间，两电流之间，及电压、电流之间的相位角度。

图1-3 WP9066A多功能相位计

表1-1 WP9066A多功能相位计技术参数

类型

相位

电压

电流

频率

功能测量范围 0～360° 0～250V 0.1～40A 1Hz～9999Hz 的相位角度测量精度 ±1° ±1.5% ±2% 1Hz 测量交流电流，电压两电压之间，两电流之间，及电压、电流之间

总的来说，我国的相位差测量技术与发达国家相比还有很大的差距，主要表现在产品种类少、产品测试功能单一，尤其重要的是仪器测量精度、数字化和自动化程度低。

1.2.3 发展趋势

早期阶段的相位差测量技术一般采用的方法包括李沙育法、和差法、阻抗法等，这些测量方法虽然简单，但是重大弊端是测量精度低，不符合现在科学技术的发展和需要，所以出现利用数字电路、微处理器等构成电路系统，使得测量精度得到极大的提高。该技术极大的简化设计程序，使得测量精度更高、功能齐全，是目前社会未来发展的趋势。

目前，相位差测量技术广泛应用于众多领域和部门，如今测量电路具有运行速度快、高精度、低成本等优点，它的应用领域宽广并取得了许多新的进展。尤其国防技术的发展，需要发展高精度、多种功能的相位计。因此，在各种实时系统之中对于相位差测量技术极其重要。

为了满足本课题的要求，设计了一个相位差检测电路，包括移相电路和显示电路，该电路的主要功能是可以测量原信号和一个经过移相电路的信号（正弦波）移相后之间存在的相位差，并最终由数码管显示。

2 相位差测量的基本原理

2.1 相位的基本概念

相位是信号的三种特性之一，它说明谐振波振荡在某一瞬时的状态。在数学上定义为正弦或余弦的幅角，其数学模型为：

(t+θ) u(t)=Emsinω（2-1）

式（2-1）中Em称为幅值，且Em=2E，E称为有效值，θ是初始角，ωt+θ是相位角，通常称为相位，可表示为：

?(t)=ωt+θ （2-2）

2.2 相位差测量原理

只有两个同频率信号的相位差才有意义，我们可以通过式（2-2）可以看出

相位是时间t的线性函数，令?1(t)、?2(t)表示角频率为ω1、ω2的两个简谐振荡的相位，则有：

?(t)=?1(t)-?2(t)=(ω1-ω2)t+(θ1-θ2)=ωt+(θ1-θ2) （2-3）由式（2-3）可知相位差也是时间t的线性函数，若ω1=ω2时则有：

?(t)=?1(t)-?2(t)=θ1-θ2 （2-4）式（2-4）表明，两个同频率信号的相位差为常数，由其初相位角之差确定，即我们通常所说的静态相位差。假设，我们选定一个信号为参考信号，?=?1-?2=-θ2设它的初相角为零，如：θ1=0则

u1(t)=Esin(ωt) （2-5）

(t+θ2) （2-6） u2(t)=Esinω

由式（2-5）确定的信号叫做基准信号，式（2-6）确定的信号称为被测信号u1(t)、u2(t)的相位差：?=?1-?2=-θ2，负号表示?1滞后于?2或?2超前于?1。在实际测量中，首先找到基准信号u1(t)过零点时刻，然后通过判断此刻被测信号u2(t)的幅值，幅值为正，则?2超前于?1，否则为滞后[2]。

2.3 电路设计原理

本次设计采用数字式相位差检测和显示，这样的方法的一个最大优点就是它的干扰力小以及工作稳定。如图2-1所示是设计原理框图，源信号为一个正弦波它经过由两级RC移相器和电压跟随器组成的移相电路后，得到一个移相后的正弦波，两个信号经过整形后输入双稳态触发器，获得源信号和移相后信号的相位差信号，再经过由三个74LS192组成的计数器计数，然后通过锁存器74HC373进行锁存，最终由数码管显示。

图2-1 原理框图

3 设计与分析

3.1 移相电路

3.1.1 方案分析

通常最简单的模拟电路移相是RC移相和LC移相，我们一般采用的是RC

移相电路。如图3-1所示，是两个简单的RC移相电路。

图3-1 简单的RC移相

值得注意的是：移相电路对不同频率信号，所产生的移相角度是不相同的，所以必须要针对特定的频率进行，本次设计选取的频率是1KHz。

图3-2 有源移相电路

通常我们将RC与运放一起联系起来，如图3-2所示，组成有源的移相电路，是典型的可调移相电路。它的移相调节范围为0°～90°，在本设计中R1、R2取10 KΩ，其传递函数推导如下：

1-jωR3CRR1jωCu0=-1ui+(1+1)ui=-ui+2ui=ui （3-1） R2R1+jωRC1+jωRC233R3+jωC

所以： A(jω)=u01-jωR3C= （3-2） ui1+jωR3C

相频特性： (jω)=-2arctω aRn3C （3-3）

在本次设计中，1KHz的正弦波ω=2π?103rad/s，C为10nF,R3为可调范围为0~15 KΩ的滑动变阻器。本次采用两级RC移相器且为同频正弦波，所以相位差?=?1(ω)+2(ω)[3]。

3.1.2 移相电路设计

本次设计的移相电路由两级RC移相器和电压跟随器组成，采用电容滤波的方法。我们一般将RC与运放联系起来组成有源的移相电路，如图3-3所示，一级移相移动相位90°，两级移相180°。本次设计采用两级移相，故移相范围为0°～180°。

图3-3 移相电路图

3.2 检测电路

3.2.1 方案分析

目前测量相位差的方法有很多种类型，传统的主要有直接比较法、李沙育图形法。现在一般使用过零检测法。

方案一：直接比较法

比较法其测量原理是将同频率u1和u2分别直接接到双踪示波器的Y1和Y2通道。如图3-4所示，设：

u1(t)=Um1sin ωt （3-4）

ω(t-?) （ u2(t)=Um2sin 3-5）

则相位差计算公式为： ?=360???T T

=36?0?

或 =360??

其中，AB≈k(tB-tA),AC=k(tC-tA)[4]

tB-tA （3-6） tC-tAAB AC

图3-4 直接测量法

直接比较法的弊端就是误差大，主要的测量误差来源大概包括三种：首先，示波器水平扫描的非线性，即扫描用的锯齿电压呈非线性。其次，垂直通道一致性引入附加相位差。最后，人眼读数产生的误差。

方案二：李沙育图形法

设测量两个同频率的正弦信号S1、S2的相位差。以S1为x轴，以S2为y轴，作图。若图形为一条过零点的线且斜率为1，则相位差为0。若图形为一条过零点的线且斜率为-1，则相位差为。若图形为椭圆，如3-5所示。设该椭圆交y轴于点（0，y0），椭圆y向最大坐标ym，则相位差为arcsin(y0/ym)。将S1、S2接示波器的X输入端和Y输入端，可通过观察示波器上的图形得到相位差[5]。

图3-5 李沙育图形法

该方法虽然简单，但是由于是通过人的肉眼来观察，

所以很难以保证其测量

精度，也不能使测量自动化，是不符合现在科学技术的发展和需要。方案三：过零检测法

过零比较法是比较普遍的一种测量两信号间相位差的方法。它主要是分别判断出两个同频率正弦信号过零点的时刻，并且计算出它们之间的时间差，然后将这个时间转换为相应的时间差，从而测出相位[6]。

设u1(t)为被测信号，u2(t)为延时后的被测信号，其表达式分别是：

ω(t+?1) （3-7） u1(t)=um1sin

ω(t+?2) （3-8） u2(t)=um2sin

显然u1(t)和u2(t)的频率相同，相位差是一个与时间无关的常数，?t为延时时间，T为被测信号周期。

如图3-6所示，可以通过以下公式计算得到u1和u2的相位差θ。

?t θ=?2π （3-9） T

式中，?t为所测的两信号过零点时的时间差[7]。

图3-6 信号过零点的时间差

本设计使用数字化检测，所以需要对输入信号进行采样离散化，这样信号过

零时间差?t就会变为信号过零点之间的采样点数n。相位差θ的计算公式如下：

θ=?t2nπ?2π= （3-10）TT?f

式中，f为采样频率；T为周期信号[7]。

过零检测法的特点是电路简单，且具有测量分辨率高、线性好以及易于数字化等特点。

上述的三种测量相位的方法，各有优缺点，从测量范围、灵敏度、准确度、频率特性和谐波的敏感度等技术指标来看，在此次设计中将采用过零检测法。主要用到的是通过相位差转换成计数脉冲数进行测量，还易于实现数字化和自动化。综合所述，选择过零检测法比较合适。

3.2.2 检测电路设计

本次设计的检测电路模块主要包括整形电路和双稳态触发器的设计，其中，整形电路采用的是过零比较法将待测信号变成矩形波信号，然后再送到双稳态触发器进行下一步的处理。

图3-7 检测电路图

本次设计针对两路信号采用了施密特触发器组成的整形电路，由于施密特触发器是在单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络，因为正反馈的作用，它的门限电压随着输出电压的变化而变化，从而使施密特触发器有两个门限电压，所以可以提高输入电路的抗干扰能力。为了避免待测信号和源信号在整形电路中产生附加移相或者发生相对移相，必须保证两个施密特触发器的两个门限电平对应相等，这可以通过调节电位器来实现，这样即使发生移相也能保证二者的相对移相为0，最后经过双稳态触发器，得到相位差信号。如图3-7所示，其中，U1、U2分别是源信号和待测信号；U3、U4分别是经过过零比较整形后的两路矩形波信号[8]。

相位差检测波形图如图3-8所示，两个输入信号分别为U1和U2，，所得的输出波形为Q，其宽度即源信号的过零点与测量信号的过零点之间的时间差。

图3-8 相位差检测波形图

3.2.3 LM339特性分析

LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：

（1）失调电压小，典型值为2mV；

（2）电源电压范围宽。单电源为2～36V，双电源电压为±1V～±18V；

（3）对比较信号源的内阻限制较宽；

（4）共模范围很大，为0～(VCC-1.5V)V0；

（5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；

（6）输入端电位可灵活方便地选用。

LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压，另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态。

图3-9 LM339外型及管脚排列图

LM339集成块采用C-14型封装，图3-9所示，为外形及管脚排列图。LM339相当于一只不接集电极电阻的晶体管三极管，在使用时输出端到正电源一般需接一只电阻。选用不同阻值的上拉电阻会影响输出高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。所以要加上上拉电阻才能保证有高电平输出，本次设计采用的是10KΩ上拉电阻[9]。

3.2.4 双稳态触发器

双稳态触发器在相位差测量电路中起到测量时间差 t的作用，在这里我们选用的是74LS74芯片，74LS74芯片是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发D触发器电路[10]。

74LS74引脚图如图3-10所示：

图3-10 74LS74引脚图

74LS74的引脚功能：

Q1、Q2、Q1、Q2：数据输出端

CP1、CP2：时钟输入端 ____

D1、D2：数据输入端

CLR1CLR2：直接复位端（低电平有效）

PR1、PR2：直接置位端（低电平有效）

74LS74芯片的逻辑图如图3-11所示：

图3-11 74LS74 逻辑图

74LS74的输出输入波形图如图3-12所示，假设输入分别为A、B两个信号。

图3-12 74LS74输出输入波形图

3.3 计数显示电路

3.3.1 方案分析

计数显示电路是基于时间间隔测量法来设计，将相位差转换成时间间隔?t，然后根据计数器时钟脉冲计数测量其时间间隔，然后再用计数器的时钟脉冲频率乘以360?n，则最终数码管显示的值即以度为单位的相位差值。其计算公式如下：

θ=n?T0n?f ?36?0=?36?0 （3-11）Tf0

式中，n为在?t时间内计数脉冲的个数；f为被测信号频率；f0为时标信号频率[11]。

如若在1s内让计数器连续计数，即在1s内有f个门控信号，则其一共计数

θ360?为n1=f?n，所以n1=f?n=?f0，则θ=?n1。通过上式我们可以看360?f0

360?出，当时标频率f0取360KHz时，代入可得：θ=?n1=n1。 360

由此可见，在时标频率f0取360KHz前提下，计数器在1s内脉冲的累计数就是以度为单位的两个被测信号的相位差，这为本次设计带来了简便。

3.3.2 计数显示电路设计

本次显示电路采用的是数字检测和数码管显示被检测信号相位差，如图3-13所示，在本设计中我们首先使用74LS192 作为计数器来计数，捕获单元实现信号的数据采集，然后使用74HC373作为锁存器将相位差数值锁定，最后通过数据后期处理后由3个共阴极数码管显示出来[11]。

图3-13 计数显示电路图

3.3.3 数码管工作原理

为了能以十进制数码管直观地显示数字系统的运行数据，目前最广泛使用了七段数码管，这种数码管是由七段可发光的线段拼合而成的。常见的七段数码管有半导体数码管和液晶显示器等。

如下图3-14所示为半导体数码管的外形图，这种数码管的每个线段是一个发光的二极管。从各发光电极连接方式分有共阳极和共阴极两种，如图3-15所示。

图3-14 数码管外形图

图3-15 数码管共阴极和共阳极

数码管显示字型码如表3-1所示，本次设计采用的是共阴极数码管。

表3-1 数码管显示字型码

显示字符

9 共阴极字符 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH 共阳极字符 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 90H

4 仿真与调试

本设计使用软件Multisim进行仿真，画出电路图，通过调节变阻器R5、R8来改变移相电路的相位。如图4-1所示，所得到的源信号和移相信号的波形图。源信号的频率和移相信号的频率都为1KHz，相位较源信号滞后，此时滑动变阻器R5、R8都取7.5 KΩ 。

图4-2为两个D触发器将两个输入信号转化为的方波信号，我们可以通过图大概可以看出T2-T1=284.091μs，与图4-1数据一致。经过相位差公式3-10可

计算出相位差约为102°，由图4-3是经过数码管显示出的相位差，其显示数据为101°，与通过计算出的相位差相比较，可以看出数据非常的接近，基本实现了预期目标。

图4-1 信号波形图

图4-2 相位差波形

图4-3 数码管显示

5 实验分析

本次电路设计采用模块化设计方案，设计中使用了很多芯片，但是电路相对简单，最后相位差数值采用数码管显示，其优点是显示稳定，数值精确。但在调试过程中发现一些缺点，也是不可避免的问题，就是反应速度慢。如下表5-1所示，列出了通过调节变阻器R5、R8所得的相位测量数据，并计算了相对误差。根据公式 (jω)=-2arctanωR3C和?=?1(ω)+2(ω)可以计算出相位差的实际值，如R5、R8分别取60% 时，即数值为9KΩ，代入公式可得?=117.9°。同理，其他数据根据公式计算其实际值。

相对误差=（读数值 - 实际值）/ 实际值

表5-1 误差分析

参数

R3(15K) R6(15K) 实际值读数值误差

1 20% 20% 42.7 43 0.70% 2 3 30% 45% 30% 45% 63.1 91.9 63 92 -0.16% 0.11% 4

60% 60% 117.9 118 0.09% 5 80% 80% 148.0 148 0% 6 100% 100% 173.2 173 -0.12%

通过分析上面表格数据可以看出，本次设计的相位差测量电路最大的相对误差为0.70%，最小近似于0%。所以该电路的精度基本符合设计要求。在实际电路中，有电路损耗，给实验结果带来影响。比如移相电路，它的原理是利用了元件两端电压与流过它的电流间的相位关系来实现的。实际实验中我们所使用的电感器和电容器都有损耗电阻。主要来自电感器的损耗电阻的影响，因为一般电容器的损耗电阻很小，可以不用考虑在内。我们测量到的电感器两端的电压值，实际上是电感与其损耗电阻上电压的矢量和，而不是纯电感两端的电压。所以，电感器上电压超前电流的相位差不再是π/2，而是要小于它[12]。

由于在实际电路中有很多干扰以及电路的寄生效应，这样最终导致输入示波器的波形很不稳定。为了解决这个问题，在本次设计中我们在源信号和一级移相和二级移相之后都加了电压跟随，以确保整个环节电压幅度稳定[13]。

本次设计中，对相位差采用的是脉冲计数，这也是最大的误差且为一个脉冲，

因此，最大误差为:

式中，f为待测信号频率。

由公式5-1可知，误差随着电路频率的增加而减小即测高频时误差较小，但是

测

低

频

时

误

差

较

大

10%0 （5-1） f

参考文献

[1] 刘灿涛,赵伟,袁俊. 基于数字相关原理的相位差测量新方法[J]. 计量学报, 2002,5:15-18,25

[2] 吴静,金海彬. 高准确度的相位差测量方法[J]. 中国电机工程学报, 2010,2:4-5

[3] 叶琳,周弘,张洪,张杰. 相位差的几种测量方法和测量精度分析[J] . 电测与仪表, 2006,2:12-14

[4] 丁英丽. 相位差的测量方法[J]. 本溪冶金高等专科学科学报, 2002,2:11-13,15

[5] 张鹏,徐进,曹建荣. 一种基于数字分析的相位差测量方法[J]. 计算机测量与控制. 2004,3:228-230

[6] 刘琼章,张征平,陈艳峰. 电力信号相位差测量方法之探讨[J]. 电测与仪表, 2004,2:19-21 [7] 缪晓中,杜伟略. 相位差测量方法的研究与应用[J]. 仪表技术, 2008,3:12-13

[8] 肖鹏东,文伟宁,周兆英. 基于光学三角法的非接触测量技术及应用[J]. 中国仪器仪表, 1995,4:9-11

[9] 刘九庆,谢永华,蒋云飞. 基于单片机的相位差在线测量[J]. 辽宁省交通高等专科学校学报, 2003,2:10-13

[10] 刘龙飞,王根岭,肖培如. 相位差测量电路的设计[J]. 工业控制计算机, 2013,6:132-133 [11] 陆招兰,施文康. 相位差检测分析与仿真计算[J]. 武汉工业学院学报, 2009,28:45-48

[12] Zhenwei Shi, Shuo Yang, Zhiguo Jiang. Target detection using difference measured function based matched filter for hyperspectral imagery[J]. International Journal for Light and Electron Optics, 2013,17:122-123

[13] Huanhuan Mai,Weiwei Zhang,Yapeng Zhao. Slave System Dimension Expansion Approach for Robust Synchronization of Chaotic Systems with Unknown Phase Difference[J]. Journal of Control Science and Engineering, 2011,10:98-99

附录

范文四：相位差测量电路设计

题目: 相位差测量电路的设计

学院: 机电工程学院专业: 自动化学生姓名: 学号:

职称(学位): 讲师指导教师:

合作导师: 职称(学位): 完成时间: 成绩:

原创性声明

声明人(签名):

年月日

摘要................................................................................................................................ 1

英文摘要........................................................................................................................ 2 1 绪论............................................................................................................................ 2

1.1 研究背景及意义.............................................................................................. 3

1.2 发展现状和发展趋势...................................................................................... 3

............................................................... 31.2.1 国外发展状况................................

1.2.2 国内发展状况............................................................................................... 4

1.2.3 发展趋势....................................................................................................... 5 2 相位差测量的基本原理............................................................................................ 5