一种电信号瞬时相位的数字化测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电信号瞬时相位的数字化测量方法，也适用于低频率信号的瞬时 相位测量，属于信号检测的技术领域。
【背景技术】
[0002] 在日常生活、生产过程中常常需要测量电信号的瞬时相位，测量的瞬时相位越准 确，应用的效果往往更好。在现有的瞬时相位测量方法中，大多数采用传统的零交法测量 某一路信号的瞬时相位，这种算法易于实现，但是容易受到干扰的影响，使得测量的精度较 低。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中电信号的瞬时相位测量精度不够 准确，提出了一种电信号瞬时相位的数字化测量方法，相比较传统的零交法而言，在测量的 精度、抗干扰性等发明得到很大的提高。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005] -种电信号瞬时相位的数字化测量方法，包括以下步骤：
[0006] 步骤1)，对被测电信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号；
[0007] 步骤2)，以模拟或数字方法获取至少两个周波过负峰值后的过零点时间序列 Tzl，Tz2，…，Tzk，k为大于1的自然数；
[0008] 步骤3)，确定用于计算第j过零点时间的起始积分点时间T#其计算公式为 TfT&o+TXf，其中：T是根据过零点TzuA Tz(j_2)，…，Tz(j_k)计算得出的平均周期，参数 f e (〇. 5, 1)，j为自然数且j>k;
[0009] 步骤4)，在被测电信号的采样信号中，选择m个在采样时间上按次序排放的采样 点，设这m个采样点的采样时间分别为tph、. . . ti、ti+1、. . . tm，采样值分别为XpX2^ . . Xp xi+1. · · xm，其中L彡Tsj, t2>Tsj，i、m均为自然数且1彡i〈m ;
[0010] 步骤5)，在第1个采样点和第2个采样点之间通过线形插值的方式获取一个数字 积分开始点S，其坐标为（ x@ TsP ;令SiS数字积分开始点到第i采样点（Xi，ti)的数字积 分，则Si+1为数字积分开始点到第i+Ι采样点（x i+1，ti+1)的数字积分；当Si和si+1的乘积小 于等于0时，在第i个采样点和第i+ι个采样点之间通过矩形插值或者梯形插值的方式获 取一个数字积分结束点k，其坐标为（x k，tk)，使得从数字积分开始点到积分结束点的数字 积分为零，计算得出积分结束点k的虚拟发生时间t k;
[0011] 步骤6)，计算第j过零点时间 2
[0012] 步骤7)，重复步骤3)至步骤6)得到第j+1过零点时间Tz(j+1)，则被测电信号的周 期：Tpj=Tz(j+1)-Tzj，因此获得被测电信号的周期依次为T pl，Tp2, Tp3,......Tp^, η为大于1的 自然数；
[0013] 步骤8)，根据步骤7)获得的被测电信号的周期序列，预测被测电信号当前周波的 周期T p ;
[0014] 步骤9)，根据紧邻当前时间的前一个时段被测电信号的过零点的时间、步骤8)预 测的被测电信号当前周波的周期以及当前时间，计算得出被测电信号当前的瞬时相位。
[0015] 作为所述数字化测量方法的进一步优化方案，步骤1)所述对被测电信号进行采样 是等时间间隔采样或者是不等时间间隔采样。
[0016] 作为所述数字化测量方法的进一步优化方案，步骤1)所述的采样为对被测电信号 的整周波进行采样。
[0017] 作为所述数字化测量方法的进一步优化方案，所述步骤8)的具体步骤如下：
[0018] 根据步骤7)计算得到的被测电信号前几个周波的周期依次为 Tp(b-3)，Tp(b-2)，Tp(b-1)， Tpb 预测的当前周波的周期 Tp 为=Tp=K1 X Tpb+K2 X Tp(b4+K3 X Tp(b_a+K4 X Tp (b_3);其中，K1, K2, K3, K4为任意常数，但须满足条件WVK4=I, b为大于3的正整数。
[0019] 作为所述数字化测量方法的进一步优化方案，所述步骤9)的具体步骤如下： 设被测电信号的前一个时段过零点的时间为τ ζ，当前时间为T。，由步骤8)预测得到 的被测电信号当前周波的周期为Τρ，则被测电信号当前的瞬时相位以度数值表示为： 巧=X 360°，或者以弧度值表示为：C = 2 X ζ X 。 1P P
[0020] 作为所述数字化测量方法的进一步优化方案，所述数字积分为梯形积分或者矩形 积分。
[0021] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0022] 1)传统的零交法采用符号相反的两个连续点来确定零点并继而确定电信号的瞬 时相位，虽然算法物理概念清晰，但是容易受谐波、测量误差等的干扰，测量精度低。只有准 确定位零点，才能计算出精确的瞬时相位。针对电信号大多数是对称的特点，根据计算得 到的积分开始时间进行线形插值运算选取一个采样点P s作为积分开始点，之后进行数字积 分，通过插值的方式获取一个积分结束点，使得从积分开始点到积分结束点的数字积分为 零，由积分开始点的采样发生时间和积分结束点的虚拟发生时间计算电信号的零点。确定 了信号的过零点之后，可以计算出电信号的频率和周期。最后根据前一个时段电信号的过 零点的时间、预测的当前周波的周期以及当前时间，计算得出当前的瞬时相位。相比较传统 的零交法而言，运算量有所增加，但测量的精度、抗干扰性得到了很大的提高。
[0023] 2)本发明所涉及的采样可以是等时间间隔采样，也可以是不等时间间隔采样，如 果是等时间间隔采样的话，则运算量可以经过优化而进一步减少。
【附图说明】
[0024] 图1是计算获取积分开始点后采用矩形积分、矩形插值的方式计算得到积分结束 点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图；
[0025] 图2是计算获取积分开始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束 点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图；
[0026] 图3是计算获取积分开始点后采用梯形积分、矩形插值的方式计算得到积分结束 点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图；
[0027] 图4是采用传统的过零点比较法获取两个过负峰值后的过零点，计算获取积分开 始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，从而获取第 3个过零点的示意图；
[0028] 图5是采用传统的过零点比较法获取两个过负峰值后的过零点，计算获取积分开 始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，获取第10、 11、12个过零点的示意图。
[0029] 图6是采用梯形积分、梯形插值方式时计算某一个采样点瞬时相位的示意图；
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0031] 本发明的实质是采用数字积分并插值的方式处理连续的数字采样信号，对被测电 信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号；以模拟或数字方法获取至少 两个周波过负峰值后过零点时间；根据计算得到的积分开始时间进行线形插值运算选取一 个虚拟采样点P s作为积分开始点，在后续的采样点中会存在这样连续的两个点Pi和Pi+1，如 果从P s到Pi的数字积分数值和从Ps到Pi+1的数字积分数值的乘积小于等于零时，则可以 在P i和Pi+1之间通过插值的方式获取一个积分结束点Pk，Pk的获取条件是从P s到Pk的数 字积分为0。则可以由Ps的虚拟发生时间和Pk的虚拟发生时间计算电信号的零点，由一系 列电信号的过零点计算电信号的频率或周期。这里所谓的数字积分有如下几种方式：梯形 积分、矩形积分方式。最后根据前一个时段电信号的过零点的时间、预测的当前周波的周期 以及当前时间，计算得出当前的瞬时相位。选取的P s不宜过于接近零点，如果接近零点的 话容易受到噪声的干扰导致测量结果不够准确。
[0032] 为获得较为精确的测量结果，建议的采样点己的选取方案是：不宜过于接近零点。
[0033] 本发明的特点和优点将通过实例结合附图进行详细说明。本发明的原理通过测量 某一个采样点的瞬时相位来进行说明。
[0034] 本发明的具体实施过程如下：
[0035] 1、对被测电信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号，这里所 述的采样为对整周波进行的采样。可以是等时间间隔采样，也可以是不等时间间隔采样。；
[0036] 2、以模拟或数字方法获取至少两个周波过负峰值后的过零点时间序列 Tzi，Tz2, Tz3...；
[0037] 3、确定用于计算第j过零点时间的起始积分点时间T#其计算公式为 TsJ=Tz(j_D+TXf，其中T是根据过零点Τζ?_υ，T z(j_a，Tz(j_3卜·计算得出的平均周期， f e (〇· 5, 1)；
[0038] 4、在被测电信号的采样信号中，选择m个在采样时间上按次序排放的采样点， 设这m个采样点的采样时间分别为tp t2、. . . tp ti+1、. . . tm，采样值分别为x2、. . . Xp xi+1. · · xm，其中L彡Tsj, t2>Tsj，i、m均为自然数且1彡i〈m ;
[0039] 5、在第1个采样点和第2个采样点之间通过线性插值的方式获取一个数字积分开 始点s，其坐标为，!^);令S i为从数字积分开始点到第i采样点（Xpti)的数字积分，则 Si+1为从数字积分开始点到第i+Ι采样点（xi+1，ti+1)的数字积分；当S i和Si+1的乘积小于等 于0时，在第i个采样点和第i+Ι个采样点之间通过矩形插值或者梯形插值的方式获取一 个数字积分结束点k，其坐标为（xk，tk)，使得从数字积分