专利名称：相位角测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种相位角测量仪器，属于电子测量技术领域。
背景技术：
在电子测量技术领域中，相位角是一个很重要的技术参数。目前对相位角的测量，主要是采用双踪示波器，通过观察波形进行估测。这种方法有两大缺陷一是测量精度低，误差可达5度，远不能满足科研和生产的需要；二是人身危险大，容易损坏设备。尤其是在电力电子技术领域，使用双踪示波器对交流电过“0”点与晶闸管导通时刻之间的相位角进行测量时，为了安全，要求双踪示波器的两路输入信号的探针接地端必须接在一处，否则会发生电路局部短路，造成仪器或变流设备的损坏；在调试某些无变压器变流设备或采用自耦变压器的变流设备过程中，主回路与大地之间没有绝缘，除了要求示波器接地端不能接地外，还必须将两探针的接地端接在同一点上。如果示波器接地端接地，主回路通过探头与大地之间的短路电流足以使主回路元件和示波器烧坏。在这种情况下，测试人员还必须倍加小心，保持身体与大地之间的绝缘，否则就会发生触电事故。
发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种设计合理、使用方便安全、测量方法科学、测量精度高、读数直观的相位角测量仪。
一种由超前信号处理电路、滞后信号处理电路、滞后信号过“0”点检测电路、超前信号过“0”点检测电路、超前信号光电隔离电路、滞后信号光电隔离电路、相位角脉冲形成电路、单片机电路、电角度显示电路和电源隔离电路组成的相位角测量仪，超前信号处理电路依次和超前信号过“0”点检测电路及超前信号光电隔离电路连接，超前信号光电隔离电路同时分别和相位角脉冲形成电路、单片机电路连接；滞后信号处理电路依次和滞后信号过“0”点检测电路、滞后信号光电隔离电路及相位角脉冲形成电路连接；相位角脉冲形成电路和单片机电路连接，单片机电路和电角度显示电路连接；提供工作电流的电源隔离电路分别与上述电路连接。
相位角脉冲形成电路由两个RC微分电路和RS触发器组成，两个RC微分电路的一端分别通过两个倒相电路和两个光电隔离电路连接，另一端和RS触发器连接，RS触发器和单片机连接。
RS触发器可由下述电路之一构成(1)“与非门”集成电路；(2)“或非门”集成电路；(3)74L71专用集成电路；(4)PNP型三极管电路；(5)NPN型三极管电路；(6)N沟道场效应管电路；(7)P沟道场效应管电路。
相位角测量仪的工作方式如下(1)、超前正弦波信号输入超前信号处理电路并经整幅后，送入超前信号过“0”点检测电路，在超前信号过“0”点检测电路确定交流信号上升沿与下降沿过“0”点的两个时刻，形成一个矩形波a，即电路中a点的波形，上升沿过“0”点的时刻作为形成相位角的第一参考时刻，上升沿过“0”点与下降沿过“0”点之间的矩形波宽度定为180度的电角度；(2)、滞后正弦波信号输入滞后信号处理电路并经整幅后，送入滞后信号过“0”点检测电路，在滞后信号过“0”点检测电路确定交流信号上升沿过“0”点的时刻，上升沿与下降沿过“0”点的时刻形成一个矩形波b，即电路中b点的波形，上升沿“0”点的时刻作为形成相位角的第二参考时刻；(3)、超前信号过“0”点检测电路和滞后信号过“0”点检测电路输出的矩形波分别送到超前信号光电隔离电路和滞后信号光电隔离电路，使光电隔离电路前面的电路和后面的电路实现信号传输的电气隔离；(4)、超前信号光电隔离电路将信号分成两路，一路送给单片机电路的第一个外部中断输入端，另一路经过倒相后送到相位角脉冲形成电路的一个微分电路的输入端；滞后信号光电隔离电路将信号倒相后送到相位角脉冲形成电路的另一个微分电路的输入端。这两个信号经微分电路后，取出它们的上升沿，超前信号的上升沿使RS触发器的c点置“1”，滞后信号的上升沿使RS触发器的c点置“1”，从而使RS触发器将这两个不同时刻到来的脉冲变成一个宽度与两个脉冲到来时刻对应的脉冲c，即电路中c点的波形，并将脉冲c送给单片机电路的第二个外部中断输入端；(5)、单片机电路首先假定a点的脉冲是180度的电角度，再根据a、c两点的脉冲上升沿的时间之差，计算出c点的脉冲对应的电角度并将这个电角度送给显示电路。显示电路在显示器上显示出的这个电角度就是超前信号和滞后信号之间的相位角。
在本发明中，由于采取了信号处理措施，使被测信号的相位角测量十分精确，并可以在显示器上直接显示出来。由于采取了电源隔离措施，使电源电路送给各电路的工作电流是与原直流电相隔离的直流电，再配以两个光电隔离电路，实现了光电隔离电路前后电路在电气上的互相隔离，确保了仪器在使用过程中的人身安全和设备安全。本发明具有设计合理、使用方便安全、测量方法科学、测量精度高、读数直观的特点。
图1是本发明的电路结构方框图。
图2是本发明的电原理图。
图3是由“或非门”集成电路构成的RS触发器电路图。
图4是由74L71专用集成电路构成的RS触发器电路图。
图5是由PNP型三极管电路构成的RS触发器电路图。
图6是由NPN型三极管电路构成的RS触发器电路图。
图7是由N沟道场效应管电路构成的RS触发器电路图。
图8是由P沟道场效应管电路构成的RS触发器电路图。
图9是输入信号为正弦波信号时图1和图2中a、b、c三点的波形图。
图10是输入信号为矩形波信号时图1和图2中a、b、c三点的波形图。
其中，1、超前信号处理电路，2、滞后信号处理电路，3、滞后信号过“0”点检测电路，4、超前信号过“0”点检测电路，5、超前信号光电隔离电路，6、滞后信号光电隔离电路，7、相位角脉冲形成电路，8、单片机电路，9、电角度显示电路，10、电源隔离电路。
具体实施方式
实施例1本发明的电路结构如图1、图2所示。超前信号处理电路1依次和超前信号过“0”点检测电路4及超前信号光电隔离电路5连接，超前信号光电隔离电路5同时分别和相位角脉冲形成电路7、单片机电路8连接；滞后信号处理电路2依次和滞后信号过“0”点检测电路4、滞后信号光电隔离电路6及相位角脉冲形成电路7连接；相位角脉冲形成电路7和单片机电路8连接，单片机电路8和电角度显示电路9连接；提供工作电流的电源隔离电路10分别与上述电路连接。
相位角脉冲形成电路7由两个RC微分电路和RS触发器组成，两个RC微分电路的一端分别通过倒相电路和两个光电隔离电路连接，另一端和RS触发器连接，RS触发器和单片机连接。RS触发器由“与非门”集成电路构成。
本发明的工作方式如下(1)、超前正弦波信号输入超前信号处理电路并经整幅后，送入超前信号过“0”点检测电路，在超前信号过“0”点检测电路确定交流信号上升沿与下降沿过“0”点的两个时刻，形成一个矩形波a，即电路中a点的波形，上升沿“0”点的时刻作为形成相位角的第一参考时刻，上升沿过“0”点与下降沿过“0”点之间的矩形波宽度定为180度的电角度；(2)、滞后正弦波信号输入滞后信号处理电路并经整幅后，送入滞后信号过“0”点检测电路，在滞后信号过“0”点检测电路确定交流信号上升沿过“0”点的时刻，上升沿与下降沿过“0”点的时刻形成一个矩形波b，即电路中b点的波形，上升沿“0”点的时刻作为形成相位角的第二参考时刻；
(3)、超前信号过“0”点检测电路和滞后信号过“0”点检测电路输出的矩形波分别送到超前信号光电隔离电路和滞后信号光电隔离电路，使光电隔离电路前面的电路和后面的电路实现信号传输的电气隔离；(4)、超前信号光电隔离电路将信号分成两路，一路送给单片机电路的第一个外部中断输入端，另一路经倒相后送到相位角脉冲形成电路的一个微分电路的输入端；滞后信号光电隔离电路将信号倒相后送到相位角脉冲形成电路的另一个微分电路的输入端。这两个信号经微分电路后，取出它们的上升沿，超前信号的上升沿使RS触发器的c点置“1”，滞后信号的上升沿使RS触发器的c点置“1”，从而使RS触发器将这两个不同时刻到来的脉冲变成一个宽度与两个脉冲到来时刻对应的脉冲c，即电路中c点的波形，并将脉冲c送给单片机电路的第二个外部中断输入端；(5)、单片机电路首先假定a点的脉冲是180度的电角度，再根据a、c两点的脉冲上升沿的时间之差，计算出c点的脉冲对应的电角度并将这个电角度送给显示电路。显示电路在显示器上显示出的这个电角度就是超前信号和滞后信号之间的相位角。图1和图2中a、b、c三点的波形图如图7所示。
实施例2本发明的电路结构和工作方式与实施例1相同，其中相位角脉冲形成电路7中RS触发器由“或非门”集成电路构成。
实施例3本发明的电路结构和工作方式与实施例1相同，相位角脉冲形成电路7中RS触发器由74L71专用集成电路构成。
实施例4本发明的电路结构和工作方式与实施例1相同，其中相位角脉冲形成电路7中RS触发器由PNP型三极管电路构成。
实施例5本发明的电路结构和工作方式与实施例1相同，其中相位角脉冲形成电路7中RS触发器由NPN型三极管电路构成。
实施例6本发明的电路结构和工作方式与实施例1相同，其中相位角脉冲形成电路7中RS触发器由N沟道场效应管电路构成。
实施例7本发明的电路结构和工作方式与实施例1相同，其中相位角脉冲形成电路7中RS触发器由P沟道场效应管电路构成。
权利要求
1.一种由超前信号处理电路、滞后信号处理电路、滞后信号过“0”点检测电路、超前信号过“0”点检测电路、超前信号光电隔离电路、滞后信号光电隔离电路、相位角脉冲形成电路、单片机电路、电角度显示电路和电源隔离电路组成的相位角测量仪，其特征在于，超前信号处理电路依次和超前信号过“0”点检测电路及超前信号光电隔离电路连接，超前信号光电隔离电路同时分别和相位角脉冲形成电路、单片机电路连接；滞后信号处理电路依次和滞后信号过“0”点检测电路、滞后信号光电隔离电路及相位角脉冲形成电路连接；相位角脉冲形成电路和单片机电路连接，单片机电路和电角度显示电路连接；提供工作电流的电源隔离电路分别与上述电路连接。
2.如权利要求1所述的相位角测量仪，其特征在于，所述的相位角脉冲形成电路由两个RC微分电路和RS触发器组成，两个RC微分电路的一端分别通过倒相电路和两个光电隔离电路连接，另一端和RS触发器连接，RS触发器和单片机连接。
3.如权利要求1或2所述的相位角测量仪，其特征在于，所述的相位角脉冲形成电路中的RS触发器可由下述电路之一构成(1)“与非门”集成电路；(2)“或非门”集成电路；(3)74L71专用集成电路；(4)三极管电路；(5)场效应管电路。
4.如权利要求1所述的相位角测量仪，其特征在于，其工作方式如下(1)、超前正弦波信号输入超前信号处理电路并经整幅后，送入超前信号过“0”点检测电路，在超前信号过“0”点检测电路确定交流信号上升沿与下降沿过“0”点的两个时刻，形成一个矩形波a，即电路中a点的波形，上升沿“0”点的的时刻作为形成相位角的第一参考时刻，上升沿与下降沿之间的矩形波宽度定为180度的电角度；(2)、滞后正弦波信号输入滞后信号处理电路并经整幅后，送入滞后信号过“0”点检测电路，在滞后信号过“0”点检测电路确定交流信号上升沿过“0”点的时刻，上升沿与下降沿过“0”点的时刻形成一个矩形波b，即电路中b点的波形，上升沿“0”点的时刻作为形成相位角的第二参考时刻；(3)、超前信号过“0”点检测电路和滞后信号过“0”点检测电路输出的矩形波分别送到超前信号光电隔离电路和滞后信号光电隔离电路，使光电隔离电路前面的电路和后面的电路实现信号传输的电气隔离；(4)、超前信号光电隔离电路将信号分成两路，一路送给单片机电路的第一个外部中断输入端，另一路经倒相后送到相位角脉冲形成电路的一个微分电路的输入端；滞后信号光电隔离电路将信号倒相后送到相位角脉冲形成电路的另一个微分电路的输入端。这两个信号经微分电路后，取出它们的上升沿，超前信号的上升沿使RS触发器的Q端置“1”，滞后信号的上升沿使RS触发器的Q端置“1”，从而使RS触发器将这两个不同时刻到来的脉冲变成一个宽度与两个脉冲到来时刻对应的脉冲c，即电路中c点的波形，并将脉冲c送给单片机电路的第二个外部中断输入端；(5)、单片机电路首先假定a点的脉冲是180度的电角度，再根据a、c两点的脉冲上升沿的时间之差，计算出c点的脉冲对应的电角度并将这个电角度送给显示电路。显示电路在显示器上显示出的这个电角度就是超前信号和滞后信号之间的相位角。
全文摘要
相位角测量仪由超前信号处理电路、滞后信号处理电路、滞后信号过“0”点检测电路、超前信号过“0”点检测电路、超前信号光电隔离电路、滞后信号光电隔离电路、相位角脉冲形成电路、单片机电路、电角度显示电路和电源隔离电路组成，他们之间电连接。采取信号处理措施，使被测信号的相位角测量精确，并可以在显示器上直接显示出来。由于采取了电源隔离措施，并配以两个光电隔离电路，实现了光电隔离电路前后电路在电气上的互相隔离，确保了仪器在使用过程中的人身安全和设备安全。本发明具有设计合理、使用方便安全、测量方法科学、测量精度高、读数直观的特点。
文档编号G01R25/00GK1487300SQ03138979
公开日2004年4月7日 申请日期2003年8月4日 优先权日2003年8月4日
发明者李全民 申请人:山东建筑工程学院