專利名稱：相位角測量儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種相位角測量儀器，屬于電子測量技術領域。
背景技術：
在電子測量技術領域中，相位角是一個很重要的技術參數。目前對相位角的測量，主要是采用雙蹤示波器，通過觀察波形進行估測。這種方法有兩大缺陷一是測量精度低，誤差可達5度，遠不能滿足科研和生產的需要；二是人身危險大，容易損壞設備。尤其是在電力電子技術領域，使用雙蹤示波器對交流電過“0”點與晶閘管導通時刻之間的相位角進行測量時，為了安全，要求雙蹤示波器的兩路輸入信號的探針接地端必須接在一處，否則會發生電路局部短路，造成儀器或變流設備的損壞；在調試某些無變壓器變流設備或采用自耦變壓器的變流設備過程中，主回路與大地之間沒有絕緣，除了要求示波器接地端不能接地外，還必須將兩探針的接地端接在同一點上。如果示波器接地端接地，主回路通過探頭與大地之間的短路電流足以使主回路元件和示波器燒壞。在這種情況下，測試人員還必須倍加小心，保持身體與大地之間的絕緣，否則就會發生觸電事故。
發明內容針對現有技術的不足，本發明提供一種設計合理、使用方便安全、測量方法科學、測量精度高、讀數直觀的相位角測量儀。
一種由超前信號處理電路、滯后信號處理電路、滯后信號過“0”點檢測電路、超前信號過“0”點檢測電路、超前信號光電隔離電路、滯后信號光電隔離電路、相位角脈沖形成電路、單片機電路、電角度顯示電路和電源隔離電路組成的相位角測量儀，超前信號處理電路依次和超前信號過“0”點檢測電路及超前信號光電隔離電路連接，超前信號光電隔離電路同時分別和相位角脈沖形成電路、單片機電路連接；滯后信號處理電路依次和滯后信號過“0”點檢測電路、滯后信號光電隔離電路及相位角脈沖形成電路連接；相位角脈沖形成電路和單片機電路連接，單片機電路和電角度顯示電路連接；提供工作電流的電源隔離電路分別與上述電路連接。
相位角脈沖形成電路由兩個RC微分電路和RS觸發器組成，兩個RC微分電路的一端分別通過兩個倒相電路和兩個光電隔離電路連接，另一端和RS觸發器連接，RS觸發器和單片機連接。
RS觸發器可由下述電路之一構成(1)“與非門”集成電路；(2)“或非門”集成電路；(3)74L71專用集成電路；(4)PNP型三極管電路；(5)NPN型三極管電路；(6)N溝道場效應管電路；(7)P溝道場效應管電路。
相位角測量儀的工作方式如下(1)、超前正弦波信號輸入超前信號處理電路并經整幅后，送入超前信號過“0”點檢測電路，在超前信號過“0”點檢測電路確定交流信號上升沿與下降沿過“0”點的兩個時刻，形成一個矩形波a，即電路中a點的波形，上升沿過“0”點的時刻作為形成相位角的第一參考時刻，上升沿過“0”點與下降沿過“0”點之間的矩形波寬度定為180度的電角度；(2)、滯后正弦波信號輸入滯后信號處理電路并經整幅后，送入滯后信號過“0”點檢測電路，在滯后信號過“0”點檢測電路確定交流信號上升沿過“0”點的時刻，上升沿與下降沿過“0”點的時刻形成一個矩形波b，即電路中b點的波形，上升沿“0”點的時刻作為形成相位角的第二參考時刻；(3)、超前信號過“0”點檢測電路和滯后信號過“0”點檢測電路輸出的矩形波分別送到超前信號光電隔離電路和滯后信號光電隔離電路，使光電隔離電路前面的電路和后面的電路實現信號傳輸的電氣隔離；(4)、超前信號光電隔離電路將信號分成兩路，一路送給單片機電路的第一個外部中斷輸入端，另一路經過倒相后送到相位角脈沖形成電路的一個微分電路的輸入端；滯后信號光電隔離電路將信號倒相后送到相位角脈沖形成電路的另一個微分電路的輸入端。這兩個信號經微分電路后，取出它們的上升沿，超前信號的上升沿使RS觸發器的c點置“1”，滯后信號的上升沿使RS觸發器的c點置“1”，從而使RS觸發器將這兩個不同時刻到來的脈沖變成一個寬度與兩個脈沖到來時刻對應的脈沖c，即電路中c點的波形，并將脈沖c送給單片機電路的第二個外部中斷輸入端；(5)、單片機電路首先假定a點的脈沖是180度的電角度，再根據a、c兩點的脈沖上升沿的時間之差，計算出c點的脈沖對應的電角度并將這個電角度送給顯示電路。顯示電路在顯示器上顯示出的這個電角度就是超前信號和滯后信號之間的相位角。
在本發明中，由于采取了信號處理措施，使被測信號的相位角測量十分精確，并可以在顯示器上直接顯示出來。由于采取了電源隔離措施，使電源電路送給各電路的工作電流是與原直流電相隔離的直流電，再配以兩個光電隔離電路，實現了光電隔離電路前后電路在電氣上的互相隔離，確保了儀器在使用過程中的人身安全和設備安全。本發明具有設計合理、使用方便安全、測量方法科學、測量精度高、讀數直觀的特點。
圖1是本發明的電路結構方框圖。
圖2是本發明的電原理圖。
圖3是由“或非門”集成電路構成的RS觸發器電路圖。
圖4是由74L71專用集成電路構成的RS觸發器電路圖。
圖5是由PNP型三極管電路構成的RS觸發器電路圖。
圖6是由NPN型三極管電路構成的RS觸發器電路圖。
圖7是由N溝道場效應管電路構成的RS觸發器電路圖。
圖8是由P溝道場效應管電路構成的RS觸發器電路圖。
圖9是輸入信號為正弦波信號時圖1和圖2中a、b、c三點的波形圖。
圖10是輸入信號為矩形波信號時圖1和圖2中a、b、c三點的波形圖。
其中，1、超前信號處理電路，2、滯后信號處理電路，3、滯后信號過“0”點檢測電路，4、超前信號過“0”點檢測電路，5、超前信號光電隔離電路，6、滯后信號光電隔離電路，7、相位角脈沖形成電路，8、單片機電路，9、電角度顯示電路，10、電源隔離電路。
具體實施方式
實施例1本發明的電路結構如圖1、圖2所示。超前信號處理電路1依次和超前信號過“0”點檢測電路4及超前信號光電隔離電路5連接，超前信號光電隔離電路5同時分別和相位角脈沖形成電路7、單片機電路8連接；滯后信號處理電路2依次和滯后信號過“0”點檢測電路4、滯后信號光電隔離電路6及相位角脈沖形成電路7連接；相位角脈沖形成電路7和單片機電路8連接，單片機電路8和電角度顯示電路9連接；提供工作電流的電源隔離電路10分別與上述電路連接。
相位角脈沖形成電路7由兩個RC微分電路和RS觸發器組成，兩個RC微分電路的一端分別通過倒相電路和兩個光電隔離電路連接，另一端和RS觸發器連接，RS觸發器和單片機連接。RS觸發器由“與非門”集成電路構成。
本發明的工作方式如下(1)、超前正弦波信號輸入超前信號處理電路并經整幅后，送入超前信號過“0”點檢測電路，在超前信號過“0”點檢測電路確定交流信號上升沿與下降沿過“0”點的兩個時刻，形成一個矩形波a，即電路中a點的波形，上升沿“0”點的時刻作為形成相位角的第一參考時刻，上升沿過“0”點與下降沿過“0”點之間的矩形波寬度定為180度的電角度；(2)、滯后正弦波信號輸入滯后信號處理電路并經整幅后，送入滯后信號過“0”點檢測電路，在滯后信號過“0”點檢測電路確定交流信號上升沿過“0”點的時刻，上升沿與下降沿過“0”點的時刻形成一個矩形波b，即電路中b點的波形，上升沿“0”點的時刻作為形成相位角的第二參考時刻；
(3)、超前信號過“0”點檢測電路和滯后信號過“0”點檢測電路輸出的矩形波分別送到超前信號光電隔離電路和滯后信號光電隔離電路，使光電隔離電路前面的電路和后面的電路實現信號傳輸的電氣隔離；(4)、超前信號光電隔離電路將信號分成兩路，一路送給單片機電路的第一個外部中斷輸入端，另一路經倒相后送到相位角脈沖形成電路的一個微分電路的輸入端；滯后信號光電隔離電路將信號倒相后送到相位角脈沖形成電路的另一個微分電路的輸入端。這兩個信號經微分電路后，取出它們的上升沿，超前信號的上升沿使RS觸發器的c點置“1”，滯后信號的上升沿使RS觸發器的c點置“1”，從而使RS觸發器將這兩個不同時刻到來的脈沖變成一個寬度與兩個脈沖到來時刻對應的脈沖c，即電路中c點的波形，并將脈沖c送給單片機電路的第二個外部中斷輸入端；(5)、單片機電路首先假定a點的脈沖是180度的電角度，再根據a、c兩點的脈沖上升沿的時間之差，計算出c點的脈沖對應的電角度并將這個電角度送給顯示電路。顯示電路在顯示器上顯示出的這個電角度就是超前信號和滯后信號之間的相位角。圖1和圖2中a、b、c三點的波形圖如圖7所示。
實施例2本發明的電路結構和工作方式與實施例1相同，其中相位角脈沖形成電路7中RS觸發器由“或非門”集成電路構成。
實施例3本發明的電路結構和工作方式與實施例1相同，相位角脈沖形成電路7中RS觸發器由74L71專用集成電路構成。
實施例4本發明的電路結構和工作方式與實施例1相同，其中相位角脈沖形成電路7中RS觸發器由PNP型三極管電路構成。
實施例5本發明的電路結構和工作方式與實施例1相同，其中相位角脈沖形成電路7中RS觸發器由NPN型三極管電路構成。
實施例6本發明的電路結構和工作方式與實施例1相同，其中相位角脈沖形成電路7中RS觸發器由N溝道場效應管電路構成。
實施例7本發明的電路結構和工作方式與實施例1相同，其中相位角脈沖形成電路7中RS觸發器由P溝道場效應管電路構成。
權利要求
1.一種由超前信號處理電路、滯后信號處理電路、滯后信號過“0”點檢測電路、超前信號過“0”點檢測電路、超前信號光電隔離電路、滯后信號光電隔離電路、相位角脈沖形成電路、單片機電路、電角度顯示電路和電源隔離電路組成的相位角測量儀，其特征在于，超前信號處理電路依次和超前信號過“0”點檢測電路及超前信號光電隔離電路連接，超前信號光電隔離電路同時分別和相位角脈沖形成電路、單片機電路連接；滯后信號處理電路依次和滯后信號過“0”點檢測電路、滯后信號光電隔離電路及相位角脈沖形成電路連接；相位角脈沖形成電路和單片機電路連接，單片機電路和電角度顯示電路連接；提供工作電流的電源隔離電路分別與上述電路連接。
2.如權利要求1所述的相位角測量儀，其特征在于，所述的相位角脈沖形成電路由兩個RC微分電路和RS觸發器組成，兩個RC微分電路的一端分別通過倒相電路和兩個光電隔離電路連接，另一端和RS觸發器連接，RS觸發器和單片機連接。
3.如權利要求1或2所述的相位角測量儀，其特征在于，所述的相位角脈沖形成電路中的RS觸發器可由下述電路之一構成(1)“與非門”集成電路；(2)“或非門”集成電路；(3)74L71專用集成電路；(4)三極管電路；(5)場效應管電路。
4.如權利要求1所述的相位角測量儀，其特征在于，其工作方式如下(1)、超前正弦波信號輸入超前信號處理電路并經整幅后，送入超前信號過“0”點檢測電路，在超前信號過“0”點檢測電路確定交流信號上升沿與下降沿過“0”點的兩個時刻，形成一個矩形波a，即電路中a點的波形，上升沿“0”點的的時刻作為形成相位角的第一參考時刻，上升沿與下降沿之間的矩形波寬度定為180度的電角度；(2)、滯后正弦波信號輸入滯后信號處理電路并經整幅后，送入滯后信號過“0”點檢測電路，在滯后信號過“0”點檢測電路確定交流信號上升沿過“0”點的時刻，上升沿與下降沿過“0”點的時刻形成一個矩形波b，即電路中b點的波形，上升沿“0”點的時刻作為形成相位角的第二參考時刻；(3)、超前信號過“0”點檢測電路和滯后信號過“0”點檢測電路輸出的矩形波分別送到超前信號光電隔離電路和滯后信號光電隔離電路，使光電隔離電路前面的電路和后面的電路實現信號傳輸的電氣隔離；(4)、超前信號光電隔離電路將信號分成兩路，一路送給單片機電路的第一個外部中斷輸入端，另一路經倒相后送到相位角脈沖形成電路的一個微分電路的輸入端；滯后信號光電隔離電路將信號倒相后送到相位角脈沖形成電路的另一個微分電路的輸入端。這兩個信號經微分電路后，取出它們的上升沿，超前信號的上升沿使RS觸發器的Q端置“1”，滯后信號的上升沿使RS觸發器的Q端置“1”，從而使RS觸發器將這兩個不同時刻到來的脈沖變成一個寬度與兩個脈沖到來時刻對應的脈沖c，即電路中c點的波形，并將脈沖c送給單片機電路的第二個外部中斷輸入端；(5)、單片機電路首先假定a點的脈沖是180度的電角度，再根據a、c兩點的脈沖上升沿的時間之差，計算出c點的脈沖對應的電角度并將這個電角度送給顯示電路。顯示電路在顯示器上顯示出的這個電角度就是超前信號和滯后信號之間的相位角。
全文摘要
相位角測量儀由超前信號處理電路、滯后信號處理電路、滯后信號過“0”點檢測電路、超前信號過“0”點檢測電路、超前信號光電隔離電路、滯后信號光電隔離電路、相位角脈沖形成電路、單片機電路、電角度顯示電路和電源隔離電路組成，他們之間電連接。采取信號處理措施，使被測信號的相位角測量精確，并可以在顯示器上直接顯示出來。由于采取了電源隔離措施，并配以兩個光電隔離電路，實現了光電隔離電路前后電路在電氣上的互相隔離，確保了儀器在使用過程中的人身安全和設備安全。本發明具有設計合理、使用方便安全、測量方法科學、測量精度高、讀數直觀的特點。
文檔編號G01R25/00GK1487300SQ03138979
公開日2004年4月7日 申請日期2003年8月4日 優先權日2003年8月4日
發明者李全民 申請人:山東建筑工程學院