CN113466555A - 一种周期交变信号相位差检测电路及方法 - Google Patents

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王大龙
马立伟
王锣
李京涛
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Abstract

一种周期交变信号相位差检测电路及方法，包括第一交变电压信号源A1、第二交变电压信号源A2、高速光隔离器件U10、高速光隔离器件U11、D型同步触发器U9和计算模块；第一交变电压信号源A1连接高速光隔离器件U10，第二交变电压信号源A2连接高速光隔离器件U11；高速光隔离器件U10和高速光隔离器件U11均连接到D型同步触发器U9，D型同步触发器U9接入到计算模块。

Description

一种周期交变信号相位差检测电路及方法
技术领域
本发明属于电气工程领域，特别涉及一种周期交变信号相位差检测电路及方法。
背景技术
在机载设备常规配电中，为了实现飞机的安全、可靠飞行，常常设置多根汇流条，实现机载设备的双余度、甚至多余度供电。在飞机汇流条特别是交流汇流条进行转换时，两根汇流条上的相位差值，成为两个汇流条能不能正常并网的关键因素，交流并网通常必须具备四个条(1)频率相同，(2)电压相同,其最大误差应控制在5％以内，(3)相序相同(4)相位一致。相位差一致性的精确测量直接影响能否实现两个汇流条的并网运行。现有的检测方法大多通过分压电阻，再通过使用比较器设置阈值，对所需要的交变信号进行反转，计数计算相位差值。此种方法，容易受外界信号的干扰，导致比较器的输出有跳变，影响计算的准确性，且需要额外设置工作正负工作电源，为比较器提供电源的输入。而本发明则是使用高速的光隔器件进行交变信号的反转提取，再计算比较。
发明内容
本发明的目的在于提供一种周期交变信号相位差检测电路及方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种周期交变信号相位差检测电路，包括第一交变电压信号源A1、第二交变电压信号源A2、高速光隔离器件U10、高速光隔离器件U11、D型同步触发器U9和计算模块；
第一交变电压信号源A1连接高速光隔离器件U10，第二交变电压信号源A2连接高速光隔离器件U11；高速光隔离器件U10和高速光隔离器件U11均连接到D型同步触发器U9，D型同步触发器U9接入到计算模块。
进一步的，第一交变电压信号源A1和第二交变电压信号源A2为两个同频的交变信号。
进一步的，第一交变电压信号源A1和第二交变电压信号源A2分别通过第一电阻R17、第二电阻R18连接到高速光隔器件U10和U11的第1脚，高速光隔器件U10的第4脚通过上拉电阻R16与D型同步触发器U9的第3脚CLOCK1连接，高速光隔器件U11的第4脚通过上拉电阻R14与D型同步触发器U9的第11脚CLOCK2连接。
进一步的，D型同步触发器U9的第5脚D1、9脚D2、14脚VDD直接上接+3.3V，D型同步触发器U9的第6脚SET1、7脚VSS、8脚SET2直接接GND，D型同步触发器U9的第4脚REST1与第13脚Q2连接；D型同步触发器U9的第2脚Q1与第10脚REST2连接。
进一步的，高速光隔器件U10和U11的第1脚和第2脚之间分别连接两个高速的第1二极管VD5和第2二极管VD6。
进一步的，计算模块为单片机或CPLD或FPGA可编程门阵列器件；D型同步触发器U9的第1脚Q1接入到单片机或FPGA或CPLD的I/O口
进一步的，一种周期交变信号相位差检测电路的检测方法，包括以下步骤：
步骤1，通过光隔器件将同频的交变电压信号转变能够供同步D触发器存储记忆的方波脉冲信号；
步骤2，通过同步D触发器的逻辑记性功能，将具有同频的两个交变信号相位差值，转换为时间上的差值，通过同步触发器的输出Q1端输入到单片机或CPLD或FPGA或具有精准时间计算的微处理器；
步骤3，通过单片机或CPLD或FPGA或具有精准时间计算的微处理器解算时间差值，最后通过计算的时间差值，反算得到相位差值。
进一步的，步骤3具体为：
假设任意交变信号A1、A2的瞬时表达式分别为：
Figure BDA0003139651780000021
Figure BDA0003139651780000022
U1(t)、U1(t)分别为交变信号A1、A2的瞬时值，A1、A2分别为交变信号A1、A2的幅值，f1、f2分别为交变信号A1、A2的频率值，且f1＝f2，
Figure BDA0003139651780000031
分别为交变信号A1、A2的初始相位值；
两个交变信号相位差表达式为：
Figure BDA0003139651780000032
通过理论推导得出相位差和时间差值之间相互关系，即两个具有相同的频率交变信号，则有：
Figure BDA0003139651780000033
Δt为交变信号A1、A2相位差值所对应的时间差值，T为交变信号A1、A2的周期值，即T＝1/f1＝1/f2；
变换得到相位差和时间差值之间的表达关系
Figure BDA0003139651780000034
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明，抗干扰能力比较好，对外界的噪声信号能够很好的抑制，且无需设置专门的电源，电路简单，充分利用了触发器的短时记忆能力，检测精度较高；
有效抑制外界的干扰信号；
无需增加额外的电源电路设计，设计电路比较简单；
测量方法比较简单，测量精度高；
充分利用触发器的记忆功能，其输出的电平可以直接与多种型号的处理器直接级，无需进行额外的电平转换。
附图说明
图1是相位差检测电路原理图。
表1是触发器逻辑图及功能表。
图2是相位差为5°时交变信号及待反算波形图。
图3是相位差为10°时交变信号及待反算测波形图。
图4是相位差为30°时交变信号及待反算测波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1，一种周期交变信号相位差检测电路及方法，包含同频的交变电压信号源1、交变电压信号源2，高速光隔离器件U10、高速光隔离器件U11、同步触发器U9、第一电阻R17、第二电阻R18、第一二极管VD5、第二二极管VD6、第三上拉电阻R16、第四上拉电阻R13、输入功率地、输出地GND。
交变电压信号源1、交变电压信号源2分别通过第一电阻R17、第二电阻R18连接到高速光隔器件U10和U11的第1脚，光隔器件的第1脚和地2脚之间增加分别连接两个高速的第1二极管VD5和第2二极管VD6，高速光隔器件U10的第4脚通过第三上拉电阻R16与同步触发器U9的第3脚CLOCK1连接，高速光隔器件U11的第4脚通过第四上拉电阻R14与同步触发器U9的第11脚CLOCK2连接，同步触发器U9的第5脚D1、9脚D2、14脚VDD直接上接+3.3V，同步触发器U9的第6脚SET1、7脚VSS、8脚SET2直接接GND，同步触发器U9的第4脚REST1与第13脚Q2连接、同步触发器U9的第2脚
Figure BDA0003139651780000041
与第10脚REST2连接，最后将同步触发器U9的第1脚Q1接入到FPGA或CPLD的I/O口。
一种周期交变信号相位差检测电路及方法，包括以下步骤：
步骤1，通过两个高速光隔器件U10、U11，限流电阻R17、R18,半波整流二极管VD5、VD6实现对同频交变信号A1、A2进行采集变换，隔离输入到可供集成芯片触发器U9识别的跳变信号；
步骤2，请参见图1，将隔离得到的两组跳变信号分别输入到D触发器U9的CLOCK1和CLOCK2脚，利用触发器U9在暂存属性和逻辑状态，在不同的输入跳变信号下，会得到不同的输出状态信号。
步骤3，通过理论推导得出两个交变信号之间的相位差关系。假设任意交变信号A1、A2的瞬时表达式分别为：
Figure BDA0003139651780000051
Figure BDA0003139651780000052
U1(t)、U1(t)分别为交变信号A1、A2的瞬时值，A1、A2分别为交变信号A1、A2的幅值，f1、f2分别为交变信号A1、A2的频率值，且f1＝f2，
Figure BDA0003139651780000053
分别为交变信号A1、A2的初始相位值。
两个交变信号相位差表达式为：
Figure BDA0003139651780000054
通过理论推导得出相位差和时间差值之间相互关系，即两个具有相同的频率交变信号，则有：
Figure BDA0003139651780000055
Δt为交变信号A1、A2相位差值所对应的时间差值，T为交变信号A1、A2的周期值，即T＝1/f1＝1/f2。
变换得到相位差和时间差值之间的表达关系
Figure BDA0003139651780000056
步骤4，通过计算如图2、图3、图4中Δt值，便可反算计算得到两个同频交变信号的相位差值
Figure BDA0003139651780000057
表1
Figure BDA0003139651780000058
Figure BDA0003139651780000061

Claims (8)

1.一种周期交变信号相位差检测电路，其特征在于，包括第一交变电压信号源A1、第二交变电压信号源A2、高速光隔离器件U10、高速光隔离器件U11、D型同步触发器U9和计算模块；
第一交变电压信号源A1连接高速光隔离器件U10，第二交变电压信号源A2连接高速光隔离器件U11；高速光隔离器件U10和高速光隔离器件U11均连接到D型同步触发器U9，D型同步触发器U9接入到计算模块。
2.根据权利要求1所述的一种周期交变信号相位差检测电路，其特征在于，第一交变电压信号源A1和第二交变电压信号源A2为两个同频的交变信号。
3.根据权利要求1所述的一种周期交变信号相位差检测电路，其特征在于，第一交变电压信号源A1和第二交变电压信号源A2分别通过第一电阻R17、第二电阻R18连接到高速光隔器件U10和U11的第1脚，高速光隔器件U10的第4脚通过上拉电阻R16与D型同步触发器U9的第3脚CLOCK1连接，高速光隔器件U11的第4脚通过上拉电阻R14与D型同步触发器U9的第11脚CLOCK2连接。
4.根据权利要求1所述的一种周期交变信号相位差检测电路，其特征在于，D型同步触发器U9的第5脚D1、9脚D2、14脚VDD直接上接+3.3V，D型同步触发器U9的第6脚SET1、7脚VSS、8脚SET2直接接GND，D型同步触发器U9的第4脚REST1与第13脚Q2连接；D型同步触发器U9的第2脚Q1与第10脚REST2连接。
5.根据权利要求3所述的一种周期交变信号相位差检测电路，其特征在于，高速光隔器件U10和U11的第1脚和第2脚之间分别连接两个高速的第1二极管VD5和第2二极管VD6。
6.根据权利要求5所述的一种周期交变信号相位差检测电路，其特征在于，计算模块为单片机或CPLD或FPGA可编程门阵列器件；D型同步触发器U9的第1脚Q1接入到单片机或FPGA或CPLD的I/O口。
7.一种周期交变信号相位差检测电路的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，通过光隔器件将同频的交变电压信号转变能够供同步D触发器存储记忆的方波脉冲信号；
步骤2，通过同步D触发器的逻辑记性功能，将具有同频的两个交变信号相位差值，转换为时间上的差值，通过同步触发器的输出Q1端输入到单片机或CPLD或FPGA或具有精准时间计算的微处理器；
步骤3，通过单片机或CPLD或FPGA或具有精准时间计算的微处理器解算时间差值，最后通过计算的时间差值，反算得到相位差值。
8.根据权利要求7所述的一种周期交变信号相位差检测电路的检测方法，其特征在于，步骤3具体为：
假设任意交变信号A1、A2的瞬时表达式分别为：
Figure FDA0003139651770000021
Figure FDA0003139651770000022
U1(t)、U1(t)分别为交变信号A1、A2的瞬时值，A1、A2分别为交变信号A1、A2的幅值，f1、f2分别为交变信号A1、A2的频率值，且f1＝f2，
Figure FDA0003139651770000023
分别为交变信号A1、A2的初始相位值；
两个交变信号相位差表达式为：
Figure FDA0003139651770000024
通过理论推导得出相位差和时间差值之间相互关系，即两个具有相同的频率交变信号，则有：
Figure FDA0003139651770000025
Δt为交变信号A1、A2相位差值所对应的时间差值，T为交变信号A1、A2的周期值，即T＝1/f1＝1/f2；
变换得到相位差和时间差值之间的表达关系
Figure FDA0003139651770000026
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