CN201690437U - 一种精密鉴相器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种精密鉴相器，包括：数据采集模块按照预设间隔时间采集第一输入信号与第二输入信号，发送到模数转换模块；模数转换模块对第一输入信号与第二输入信号后进行模数转换后发送到数据处理模块；数据处理模块存储数字量，并将该数字量转换为频域信号，处理得到第一输入信号与第二输入信号的相位角后发送到数模转换模块；数模转换模块对相位角进行数模转换后发送到数据输出模块；数据输出模块进行输出。本实用新型将模拟信号转换为数字信号，通过数字信号处理得到结果后转换为模拟信号予以输出，由于数字信号处理精度等级高，且容易控制，所以本实用新型的输出结果精度等级高，并可根据实际需要调整输出数据精密度。

Description

一种精密鉴相器

技术领域

本实用新型涉及一种精密鉴相器。

背景技术

鉴相器是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。表示其间关系的函数称为鉴相特性。目前，鉴相器是锁相环的基本部件之一，也用于调频和调相信号的解调。相差检测在多种应用中均具有重要的作用，如电机控制，雷达与通信系统，伺服系统以及解调器等。随着鉴相器的应用越来越广泛，对鉴相器的精度要求也随之提高。目前，鉴相器多采用模拟比较器来进行鉴向，这种原理的鉴相器输出精度不高，很难满足当前高精尖技术的需求。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种输出精度高的精密鉴相器。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种精密鉴相器，包括：

数据采集模块，所述数据采集模块按照预设间隔时间分别采集第一输入信号与第二输入信号，并将所述第一输入信号与第二输入信号发送到模数转换模块；

模数转换模块，所述模数转换模块接收到所述数据采集模块发送来的所述第一输入信号与第二输入信号后进行模数转换，并将转换后的数字量发送到数据处理模块；

数据处理模块，所述数据处理模块接收到所述模数转换模块发送来的数字量后，进行存储，并将该数字量转换为频域信号，然后计算处理得到所述第一输入信号与第二输入信号的相位角，并将该相位角发送到数模转换模块；

数模转换模块，所述数模转换模块接收到所述数据处理模块发送来的相位角后进行数模转换，并将转换后的模拟量发送到数据输出模块；

数据输出模块，所述数据输出模块接收到所述数模转换模块发送来的模拟量后进行输出。

进一步，所述数据处理模块包括存储单元、信号转换单元及计算单元，其中：

所述存储单元接收到所述数据采集模块发送来的数字量信号后进行存储；

所述信号转换单元按照预设周期从所述存储单元中调用时域信号，并将该时域信号转换为频域信号后发送到所述计算单元；

所述计算单元接收到所述信号转换单元发送来的频域信号后，进行计算处理得到所述第一输入信号与第二输入信号的相位角，并将该相位角发送到数据输出模块。

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型采用模数转换模块，将模拟信号转换为数字信号，通过数据处理模块进行数字信号处理，然后再将数字信号处理结果转换为模拟信号予以输出，由于数字信号处理精度等级高，且容易控制，所以本实用新型的输出结果精度等级高，并可根据实际需要调整输出数据精密度。

2、本实用新型结构简单、稳定性高，且成本低廉、可操作性强。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明：

图1示出了本实用新型一种精密鉴相器结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括数据采集模块1、模数转换模块2、数据处理模块3、数模转换模块4及数据输出模块5。

数据采集模块1按照预设间隔时间定时分别采集第一输入信号4与第二输入信号5，并将采集到的第一输入信号6与第二输入信号7发送到模数转换模块2。

该预设间隔时间根据实际需要确定，需要提高输出速度，则提高间隔时间；需要提高输出精度，则降低间隔时间。对第一输入信号6与第二输入信号7的采集必须是同步的，这样才能避免产生计算误差。

模数转换模块2，模数转换模块2接收到数据采集模块1发送来的第一输入信号6与第二输入信号7后进行模数转换，并将转换后的数字量发送到数据处理模块3。

使用模数转换模块2可直接将第一输入信号6与第二输入信号7转换为离散数字量。模数转换模块2可靠性高，便于制作和使用。

本实用新型中，数据处理模块3包括存储单元31、信号转换单元32及计算单元33。其中：

存储单元31接收到模数转换模块2发送来的数字量信号后进行存储。存储频率与数据采集模块1频率相同。

信号转换单元32按照预设周期从存储单元31中调用时域信号，并将该时域信号转换为频域信号后发送到计算单元33。信号转换单元32调用频率根据实际需要确定，通常远低于数据采集模块1频率。

计算单元33接收到信号转换单元32发送来的频域信号后，进行计算处理得到第一输入信号6与第二输入信号7的相位角，并将该相位角发送到数模转换模块4。

本实用新型中，数据处理模块3可采用DSP数字信号处理器。本实用新型中，数据处理模块3采用加汉宁(hanning)窗的快速傅里叶变换(FFT)进行计算。

加汉宁(hanning)窗的快速傅里叶变换(FFT)计算方法为采用基2的FFT，所以处理数据的点数FFT_N必须是2的n次方。加hanning窗是为了抑制由于非同步采样造成的泄露误差及栅栏效应，提高该算法计算的精度。Hanning窗的数学表达式为

ω＝0.5-0.5*cos(2π*n/FFT_N)(n＝0，1，2......FFFT_N)

则加窗后的ui(n)与uo(n)数学表达式为

Ui(n)＝ui(n)*[0.5-0.5*(cos(2πn*/FFT_N))]

Uo(n)＝uo(n)*[0.5-0.5*(cos(2πn*/FFT_N))]

其中，ui(n)：第一输入信号；uo(n)：第二输入信号。

然后对Ui(n)及Uo(n)进行傅里叶变换求取其相位值求出夹角Δθ。求出Δθ后将Δθ通过数模转化输出电压ud(t)。

由于计算的精度受到AD的位数、采样频率及FFT傅里叶变换的点数FFT_N的影响，AD位数越多、采样频率越高、傅里叶变换的点FFT_N越多则计算的精度越高，但是随着AD位数的增加、采样频率的提高、傅里叶变换点数的增加，数据的计算量及存储量就会加大，延时也会变长，从而导致实时性变差。在实际的处理中要根据实际的情况才确定AD的位数、采样频率及傅里叶变换的点数。

数模转换模块4接收到数据处理模块3发送来的相位角后进行数模转换，并将转换后的模拟量发送到数据输出模块5。

数据输出模块5接收到数模转换模块4发送来的模拟量后进行输出。

本实用新型采用模数转换模块2，将模拟信号转换为数字信号，通过数据处理模块3进行数字信号处理，然后再将数字信号处理结果转换为模拟信号予以输出，由于数字信号处理精度等级高，且容易控制，所以本实用新型的输出结果精度等级高，并可根据实际需要调整输出数据精密度。

本实用新型结构简单、稳定性高，且成本低廉、可操作性强。另外，本实用新型采用加汉宁(hanning)窗的快速傅里叶变换(FFT)进行相位角计算，精度等级高、计算速度块。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种精密鉴相器，其特征在于，包括：

数据采集模块(1)，所述数据采集模块(1)按照预设间隔时间分别采集第一输入信号(6)与第二输入信号(7)，并将所述第一输入信号(6)与第二输入信号(7)发送到模数转换模块(2)；

模数转换模块(2)，所述模数转换模块(2)接收到所述数据采集模块(1)发送来的所述第一输入信号(6)与第二输入信号(7)后进行模数转换，并将转换后的数字量发送到数据处理模块(3)；

数据处理模块(3)，所述数据处理模块(3)接收到所述模数转换模块(2)发送来的数字量后，进行存储，并将该数字量转换为频域信号，然后计算处理得到所述第一输入信号(6)与第二输入信号(7)的相位角，并将该相位角发送到数模转换模块(4)；

数模转换模块(4)，所述数模转换模块(4)接收到所述数据处理模块(3)发送来的相位角后进行数模转换，并将转换后的模拟量发送到数据输出模块(5)；

数据输出模块(5)，所述数据输出模块(5)接收到所述数模转换模块(4)发送来的模拟量后进行输出。

2.如权利要求1所述的精密鉴相器，其特征在于：所述数据处理模块(3)包括存储单元(31)、信号转换单元(32)及计算单元(33)，其中：

所述存储单元(31)接收到所述数据采集模块(2)发送来的数字量信号后进行存储；

所述信号转换单元(32)按照预设周期从所述存储单元(31)中调用时域信号，并将该时域信号转换为频域信号后发送到所述计算单元(33)；

所述计算单元(33)接收到所述信号转换单元(32)发送来的频域信号后，进行计算处理得到所述第一输入信号(6)与第二输入信号(7)的相位角，并将该相位角发送到数据输出模块(5)。

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