赵利用椭偏精确测量波片相位延迟
利用消光椭偏仪精确测量波片相位延迟量
1.引言
波片是基于晶体双折射性质的偏振器件，在光纤技术、光学测量以及各种偏振光技术等领域具有广泛的应用[1~3]。其中1/4波片及1/2波片在偏振器件中应
用尤其广泛。测量波片相位延迟量的方法主要有：光强探测法
[4]、旋光调制法[5]、半阴法[6]、光学补偿法[7]等。这些方法主要基于对光强的测量，容易受光源的不稳定及杂散光的干扰，精度受到一定的限制，测量误差一般在0.5°。我们从理论上分析了利用椭偏仪测量波片相位延迟量的可能性，讨论了其测量精度及误差来源，并利用HST-3型消光式椭偏仪[8]
测量了1/4波片以及1/2波片相位延迟量。实验表明：测量过程不受光强波动的影响，方法简单，操作方便，精确度高，测量波片相位延迟量精度达0.005°，是测量任意波片相位延迟量的有效及实用的方法。
2. 测量的原理
利用消光式椭偏仪测量波片相位延迟量时，光路要调整成直通的状态。如图1所示，其中P 为起偏器，Q 为标准1/4波片，C 为待测波片，A 为检偏器。
图1 椭偏仪测量波片相位延迟量光路图
由透射式椭偏方程为[9]：
tan ψ?e ?i =p
s T T = 2121P p s s E E E E = 1221s P s p
E E E E ? （1） 其中ψ和?为椭偏参数，可由椭偏仪测量。T p ，T s 分别是样品的p 分量和s 分量的透射系数，透射波的复振幅为（2P E ，2s E ），入射波的复振幅为（1p E ，1s E ）。
设θ为波片快轴与入射面的夹角，δ为其快慢轴之间的相位延迟量，则波片的通用矩阵为[10]：
G=222cos sin cos 2sin sin 2i i δδδθθ
-? -? 222sin sin 2cos sin cos 2i i δδδθθ-??+? (2) 取入射光1E =11p s E E ?? ???
，经过一个波片后，出射光2E 为： 22p s E E ?? ???=222cos sin cos 2sin sin 2i i δδδθθ
-? -? 222sin sin 2cos sin cos 2i i δδδθθ-??+??11p s E E ?? ??? =111222111222cos sin cos 2sin sin 2cos sin sin 2sin cos 2p p s s p s E iE iE E iE iE δ
δδδδδθθθθ--?? ? ?-+??
⑶ 令11s p
E E E =，（3）式代入（1）得 tan ψ?e ?
i = 222222cos sin cos 2sin sin 21cos sin cos 2sin sin 2i iE i i E δδδδδδθθθθ--+- ⑷ 所以（4）式就是测量样品的相位延迟量的椭偏方程，只要测量椭偏参数（ψ，?）值就能通过椭偏方程求出波片相位延迟量δ。为了便于测量，讨论特定的θ值下，（ψ，?）值与波片相位延迟量的关系：
(Ⅰ)当θ=0°时，即波片的快轴平行于入射面，则
tan ψ.e ?
i =2222cos sin cos sin i i δδδδ-+=i e δ- ⑸ 因此 tan 1ψ=， δ?=-。
(Ⅱ)当θ=45°时，波片的快轴与入射面成+45°，则
tan ψ.e ?
i =2222cos sin 1cos sin iE i E δδδδ-- ⑹ 由(6)式可知，（ψ，?）值可以通过数值反演得到（δ，E ）值。
(Ⅲ)当θ=90°时，即波片的快轴垂直与入射面，则
tan ψ.e ?
i =2222cos sin cos sin i i δδδδ+-=i e δ ⑺ 因此 tan 1ψ=，δ?=。
分析表明，椭偏仪的光路处于直通的形式，通过选择波片放置的θ值为0°
或90°，容易测量得到?值，即波片相位延迟量δ值。
3. 波片相位延迟量测量误差分析
影响波片相位延迟量测量准确度主要有：标准1/4波片的偏差及待测波片快轴与入射面夹角的误差等，下面从公式（4）出发，讨论两者误差对波片测量延迟量的影响：
（1）当标准1/4波片和待测1/4波片的相位延迟量都是理想的90时，得到与的关系如图1所示，的变化范围是－4～4。（下图要修改）
图2 当标准1/4波片理想时待测波片与的关系
可见，当标准1/4波片在理想情况下，待测1/4波片的方位角不影响其相位延迟量测量。
（2）实际上，由于波片受温度及制作工艺的影响，其相位延迟量不可能是理想的90。设待测1/4波片的相位延迟量为88.8，标准1/4波片在87～93内变化时，待测1/4波片相位延迟量与其方位角的关系如图3所示，图中仅给出其中“”号为实测的实验数据。（改图中的横坐标范围为－4～4,是否考虑91，92，93的情况）
图3 标准1/4波片有偏差时待测波片与其方位角的关系
分析图3曲线可知：（1）标准波片相位延迟量从087～090或93～90
变化时，该曲线逐步向理想情况下的曲线靠近，当标准波片相位延迟量为87时，理论曲线与实验测量数据吻合很好。若为的精度为0.1，这时的最大偏差为 ；（2）若标准波片相位延迟量为90时，待测波片安放方位角对测量波片相位延迟量影响很小；（3）若角度＝0，即待测波片没有安放方位角误差时，理论值与实验值完全重合。实验中只要能保证＝0，测量波片相位延迟量与标准波片实际相位延迟量无关。所以，利用消光式椭偏仪测量波片相位延迟量的准确度主要与标准波片相位延迟量的准确度及待测波片的方位角误差有关，测量波片相位延迟量的重复性精度由椭偏仪决定。对待测波片相位延迟量为180或其他角度时也得到类似的结论。
，模拟曲线，当标准波片相位延迟量087δ=时理论曲线与实验曲线吻合的比较好，在角度为0时理论值与实验值完全吻合。并且测量值与理论值之间的最大偏差小于0.2%，所以在实际测量时只要能保证角度为0，不论标准波片相位延迟量是否是090，对测量结果是没有影响的。
光线垂直入射到波片时，o 光与e 光的相位差为：
'2.()o e h n n πδλ
=- （8） 光线斜入射到波片时，o 光与e 光的相位差为：
''2.()cos o e h n n πδλθ
=- （9） 对于氦氖激光器（λ=632.8nm ）的四分之一云母波片来说，它的厚度应为0.0174mm ，在室温25°下，o n =1.54263，e n =1.55169，所以o e n n -=-0.00906。代入式（8）式得'δ=-1.5653°rad 。代入（9）得，如表所示。
云母波片o光与e光的折射率差()
0e
n n
-
不随波长的变化，而石英波片o光
与e光的折射率差()
0e
n n
-
随着波片的变化而变化，但是两种类型的波片都会随
着温度的变化而变化。
4. 测量过程及结果
4.1 HST-3型椭偏仪的结构组成
使用我们实验室研制的HST-3型智能化消光式椭偏仪，其中氦氖激光器的波长λ=632.8nm。椭偏仪的基本结构框架如图6所示[11]：
图6 HST-3型椭偏仪的基本结构框架
椭偏仪的结构主要有光机系统、电路控制系统及相关控制与数据处理软件构成，光机系统采用各部件兼容的模块化设计方案，光机部分成六个光学模块：光源发射装置、起偏器转动模块、检偏器转动模块、变入射角机构、样品台及光电接收模块。其中起偏器转动模块和检偏器转动模块可以相互兼容，以方便置换，各模块可独立装调，整机安装和调节方便。起、检偏器直接固定在步进电机的转轴上进行驱动电路系统采用主从机结合的控制和测量方式，实现椭偏参数的测量，并通过USB高速通信接口进行主从机之间的通讯。利用主机强大的数学运算处理能力，对从机送来的大量椭偏数据进行处理。HST-3型椭偏仪的主要性能指
标为：（1）入射角调节范围为0°～90°；（2）（ψ，?）的测量精度分别是0.01°
和0.02°；（3）折射率测量范围为1.001～2.500，测量精度为0.001；（4）膜厚测量范围为0～3000nm,精度为0.1nm。
4．2 测量相位延迟量的实验过程
调节标准补偿1/4波片的快轴位于+45°，起偏器P位于+45°，检偏器A 位于135°，这时系统达到了消光的状态。然后把待测波片安装在可转动样品带有刻度盘的支架上，垂直的插入在标准补偿的1/4波片与检偏器之间。转动待测波片，使得系统重新达到消光状态，这时待测波片的快慢轴应位于±45°。接着将待测波片的刻度盘旋转45°，那么待测波片的轴与仪器的0°方位重合。然后就按照一般的测量椭偏仪过程，寻找出两组消光点的起偏器方位角值和检偏器方
位角值，从而求出ψ和?。为了减少误差，再把待测波片的刻度盘旋转90°，
重复上述测量。
4．3 结果与分析
测量的波片由大恒公司提供的云母632.8nm波长的1/4波片及石测量结果如下：
仪测量波片的相位延迟量的方法是可行的。
结论
本文提出一种利用椭偏仪测量波片相位延迟量的方法。该方法不受光强波动的影响，测量的方法简单，测量精度高，测量的结果也符合理论的分析。
摘要：波片在偏振器件中的应用非常广泛，本文中提出利用椭偏仪测量波片的透射性质，并通过测量椭偏参数（ψ，?）从而求出波片相位延迟量。引入波片通
用的琼斯矩阵从理论上分析了该方法的可行性。我们使用HST-3智能化消光式椭偏仪精确测量波片的相位延迟量。该方法测量简单，不受光强波动的影响，测量精度高。
关键词：波片相位延迟量消光式椭偏仪琼斯矩阵测量精度
参考文献
[1]Liao Yan-biao. Polarization optics [M].BeiJing:Science
Press,2003:211-215
廖延彪.偏振光学[M].北京：科学出版社，2003：211-215
[2] Li Gang ,Wang Fei ,Yu Xin et al.The Research of Increasing AO Q-Swith's
Ability of Switching in Nd:YAG Laser by Quarter-waveplate[J].Acta Photonica Sinca.2006 35(4):490-493
李港，王菲，于欣，等.波片提高声光Q开关关断Nd:YAG激光能力研究[J].
光子学报.2006 35(4):490-493
[3]Zuo Fen,Chen Lei,Xu Chen.Dynamic Phase-shifting Interferometry for
Full Field Retardation Distributing of Quarter Wave Plate [J]. Acta Photonica Sinca.2008 37(11):2296-2299
左芬，陈磊，徐晨.1/4波片相位延迟分布的动态测量[J].光子学报. 2008 37(11):2296-2299
[4]Yu De-hong Li Guo-hua Su Mei-Kai Song Lian-ke. The Measurement of the
Phase Delay of Mica Plate [J].Optronics Lasers,1990,1(5):267-269 于德洪李国华苏美开宋连科.任意波长云母波片位相延迟的测量[J].光电子激光1990,1(5):267-269
[5]Xu Wen-dong Li Xishan.A New Method for Measuring Phase Delay
of Wave Plate [J].Acta Optica Sinica1，1994，14（10）：1096-1101 徐文东李锡善.波片相位延迟量精密测量新方法[J].光学学报，1994，14（10）：1096-1101
[6]Xue Qing-wen Li Gou-hua .Half-shade Method for Measuring the Phase Retardation of Quarter-wave Plate[J].Journal
of optoelectronics laser.1998 9(2):150-151
薛庆文李国华.半阴法测量 /4波片的相位延迟[J].光电子激光. 1998
9(2):150-151
[7]Duan Cun-li Zhang Su-juan Zhao Shun-yang.A New Measurment Method of Plate Phase Retardation[J]. Journal of optoelectronics laser.2009 20(1):71-73
段存丽张苏娟赵顺阳. 测量波片相位延迟量的新方法[J]. 光电子激光.
2009 20(1):71-73
[8]Huang Zuo-hua He Zhen-jiang Yang Fu Qiang Ning Hui-jun.The
Multifunctional ellipsometer [J].Optical Technique.2001
27(9):432-434
黄佐华何振江杨冠玲傅强宁惠军.多功能椭偏测厚仪[J].光学技术.
2001 27(9):432-434
[9]AzzamR.M.A.,Bashara,N.M.Ellipsometry and Polarized Light
[M].New York: North-Holland 1977,198-201
[10]Yu Dao-yin,Tan Heng-ying.Engineering Optics[M]. BeiJing：Mechanical
Industry Press,2006:442-444
郁道银,谈恒英.光程光学 [M].北京：机械工业出版社，2006：442-444 [11]肖国辉硕士论文
检测正弦信号相位差算法的研究(精)
检测正弦信号相位差算法的研究 程捷 (中国计量学院信息工程系, 杭州310034 摘要本文基于最小二乘原理和FFT 的选频特性, 讨论了二种测量正弦信号相位差的方法。该算法适用于短信号序列的相位测量。实验结果表明这二种算法具有数据处理量少, 准确度高的特点。关键词相位检测FFT 最小二乘法 一、引言 有直读法, 本文基于最小二乘原理和快速傅里叶变换(FFT 的选频特性, 提出了用最小二乘法和FFT 检测正弦信号相位差的算法。影响算法的主要因素是采样点数。利用最小二乘法数据处理量少, 准确度高, 而利用FFT 来检测相位差, 算法过程简捷。 二、算法的理论分析 11最小二乘相位测量的算法 假设有两正弦信号v 1(t 、v 2(t 被采样频率f s 采样, 得到一组M 个采样点。待处理的信号如下式所示: v 1(t =V 1sin (Ξt +Υ1 v 2(t =V 2sin (Ξt +Υ2 (1 展开上式可得 v 1(t =C 0sin Ξt +C 1co s Ξt v 2(t =D 0sin Ξt +D 1co s Ξt (2 其中: C 0=V 1co s Υ1, C 1=V 1sin Υ1 D 0=V 2co s Υ2, D 1=V 2sin Υ2故有 V
1C 2 +C 21 , Υ1=arc tg C 0 +〔1-sgn (C 0 2 V 2 D 20+D 2 1, 2tg D 0 2 (3 , C j 、D j 参数(j =0, 1 。为此, 需要应用最小二乘法。根据C j 、D j 参 数总的测量残差平方和最小, 用求偏导数的方法得到C j 、D j 参数的最小二乘估计。 假设信号频率为f =50H z , 采样频率为f s , 选取一定量的采样数据(取决于周期数K 的值 , 则M =I N T (Kf s f =I N T (KN , 这里, I N T 表示取整。采样间隔为?=1 f s , 对连续的 正弦信号按一定的时间间隔?进行采样, 得到 v i (n ? (i =1, 2, ; n =1, 2, …M 。对v 1(t 计算出各采样点值v 1(t 0 , v 1(t 1 , …, v 1(t M -1 , 可得到 v 1(t 的测量残差为: v i =C 0sin Ξt i +C 1co s Ξt i -v 1(t i i =0, 1, …, M -1 (4
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波片相位延迟量测量 创新 设计 实验报告
同时测量两任意波片相位延迟量 波片也称为相位延迟器，与偏光器件相配合可以改变光的偏振态，从而实现各种偏振态的调制或转换，被广泛应用于光纤通信、生物医学、光弹力学、光学精密测量等领域。在偏振光精密测量技术中，波片相位延迟量的误差对测量结果会产生较大的影响，因此，精确测量波片相位延迟量具有非常重要的意义。本实验不用标准1/4波片，或2个相位延迟量未知的波片，利用同一套实验系统实现对相位延迟量的精确测量。该方法有效地避免了以往方法中必须利用标准1/4波片或其他相位调制元件作为参考量或者调制量的局限性，同时还使得相位延迟量的测量更加灵活和方便。 【目的与要求】 1、学习并熟练掌握测量两任意波片相位延迟量的实验原理，掌握波片相位延迟量的基本测量方法。 2、实验并通过计算测定两任意波片相位延迟量。 3、进一步了解波片产生相位延迟的原理以及波片在光学系统中的应用。【实验仪器】 如图1所示，相位延迟量测量的实验系统主要组成：半导体激光器、起偏器P、待测波片B1、待测波片B2、检偏器A、光电探测器D，连接线等。 1.半导体激光器：DC 3V电源，输出650nm红光，功率2mW左右； 2.起偏器 3. 待测波片；4.检偏器；5.光电探测器；6.光功率计：量程为0~200mW和0~200μW 两档；7.光具座导轨（长50.0cm）
【实验原理】 1、波片 波片是能使互相垂直的两光振动间产生附加光程差（或相位差）的光学器件。通常由具有精确厚度的石英、方解石或云母等双折射晶片做成，其光轴与晶片表面平行。以线偏振光垂直入射到晶片，其振动方向与晶片光轴夹θ角（θ≠0），入射的光振动分解成垂直于光轴（o振动）和平行于光轴（e振动）两个分量，它们对应晶片中的o光和e光（见双折射）。 2、两任意波片相位延迟量测量系统 相位延迟量测量的实验系统如图1所示，由激光光源发出的单色光经过透振方向平行于纸面起偏器P，然后经过快轴方向与P的透振方向成45°的待测波片B1和快轴方向与P相同的待测波片B2，最后经过一透振方向垂直于纸面的检偏器A，出射光强由光电探测器D接收。图2只是把B1和B2的位置进行了互换.实验中采用格兰一汤普森棱镜作为起偏器和检偏器，因为其具有较大的视场角、优于10-5的消光比和大于90%的透射比，而且在整个视场范围内透射比几乎不受入射角的影响，从而减小了旋转P和A所带来的测量误差。 图2 相位延迟量测量系统1 图3 相位延迟量测量系统2
流量计相位差检测方法
科氏质量流量计相位差检测新方法 郑德智 樊尚春 邢维巍 (北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院 北京 100083) 摘要 基于科氏质量流量计的工作机理和实际工作情况下的信号频谱分析,提出了切实可行的相位差检测新方法。设计了改进的FI R数字滤波器,实现了对原始输出信号的实时滤波处理,有效地抑制了噪声的干扰,为科氏质量流量计的高精度测量提供了保证。同时该新方法提高了系统的动态品质。实验结果表明,所提出的方法和设计的信号处理系统具有实用价值。 关键词 科氏质量流量计 FI R滤波器 相位差检测 中图分类号 T H814+.6 文献标识码 A 学科分类与代码 460.4030 The Novel Method of Phase Difference Detection in Coriolis Mass Flowmeter Zheng Dezhi Fan Sha ngchun Xing Weiw ei (School of Instrumentation,Beihang University,Beijing100083,China) Abstract Based on the sensing mechanism of Co riolis mass flow meter and analyzing signal spect rum in actual w orki ng,the nov el applied method is devised fo r phase diff erence det ectio n.The improv ed FIR filt er i s designed and used for fil tering o rigi nal sig nals,so the noi se is rest rained ef fectiv ely and the measurement precision of the mass flowmeter is guaranteed.M eanwhile,the dynamic response perfo rmance of the syst em is improved by this novel method.The experimental resul ts showed that the method is well worthy applying. Key words Co riolis mass flow meter FIR filter Phase dif ference det ection 1 引 言 科里奥利质量流量计(以下简称为科氏质量流量计,即CM F)是一种利用被测流体在振动测量管内产生与质量流量成正比的科氏力为原理所制成的一种直接式质量流量仪表。CM F直接敏感被测流体的质量流量,同时可以检测流体的密度、体积流量,是一种应用广泛的新型多功能流量测量仪表。 图1中双U型管工作在谐振状态,流体在管中沿箭头方向流动。由于哥氏效应(Coriolis Effect)的作用,U型管产生关于中心对称轴的一阶扭转“副振动”。该一阶扭转“副振动”相当于U型管自身的二阶弯曲振动。同时,该“副振动”直接与所流过的“质量流量(kg/s)”成比例。因此,通过检测U型管的“合成振动”在B,B’两点的相位差就可以得到流体的质量流量[1～2] 。 图1 U型管质量流量计工作机理 质量流量和相位差的关系为: Q m k=K h B B(1)式中:Q m 为流过管子的质量流量(kg/s); 第26卷第5期 仪 器 仪 表 学 报 2005年5月本文于2003年9月收到,系国家自然科学基金(60274039)资助项目。
相位差检测电路
课程设计报告 课程电子测量与虚拟仪器 题目相位差检测电路 系别物理与电子工程学院 年级08级专业电子科学与技术 班级08电科（3）班学号0502083（02 14 23 24）学生姓名崔雪飞陈祥刘刚李从辉 指导教师徐健职称讲师 设计时间2011-4-25~2011-4-29
目录 第一章绪论 (2) 第二章题目及设计要求 (3) 2.1题目要求 (3) 2.2设计要求 (3) 第三章方案设计与论证 (4) 3.1移相电路设计 (4) 3.2检测电路设计 (4) 3.3显示电路设计 (5) 第四章结构框图等设计步骤 (6) 4.1设计流程图 (6) 4.2模块分析 (7) 4.2.1 移相电路 (7) 4.2.2 检测电路 (7) 4.2.3 显示电路 (8) 4.3结果显示 (9) 4.4总电路图 (11) 第五章误差分析 (12) 第六章总结体会 (13) 第七章参考文献 (14) 附录 (15)
第一章绪论 随着电子技术和计算机技术的发展,电子设计自动化(E-DA) 技术使得电子电路设计人员在计算机上能完成各种电路的设计,性能分析和有关参数的测试等大量的工作。Multi-sim2001是加拿大InteractiveImageTechnologies公司2001年推出的Multisim最新版本,是一个专门用于仿真与设计的工具软件,它丰富的元件库中提供数千种电路元件,随时可以调用;它提供了多种测试仪器仪表,可方便的对电路参数进行测试和分析。移相器在新一代移动通信、电子战、有源相控阵和智能天线等系统中获得广泛的应用。移相器在电子系统中的主要作用是调整系统接收 /发射时电路中的信号相位。本文将介绍用Multisim软件的部分集成电路和控制部件等各种元件来完成移相电路的设计和仿真。 使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 相位差的测量是研究网络相频特性中必不可少的重要方面，如何使相位差的测量快速、精确已成为生产科研中重要的研究课题。 测量相位差的方法很多，主要有：用示波器测量；把相位差转换为时间间隔，先测量出时间间隔，再换算为相位差；把相位差转换为电压，先测量出电压，再换算为相位差；与标准移相器进行比较的比较法（零示法）等。在测量相位差中主要有四种方法，即用示波器测量相位差、相位差转换为时间间隔进行测量、相位差转换为电压进行测量、零示法测量相位差。在此课程设计中主要用到的是相位差转换成计数脉冲数进行测量。
相位差检测
目录 一、题目要求 ........................................................ 错误!未定义书签。 二、方案设计与论证 ............................................ 错误!未定义书签。 移相电路 ......................... 错误!未定义书签。 检测电路 ......................... 错误!未定义书签。 显示电路 ......................... 错误!未定义书签。 三、结构框图等设计步骤................. 错误!未定义书签。 设计流程图........................ 错误!未定义书签。 电路图 ........................... 错误!未定义书签。 移相电路图................... 错误!未定义书签。 检测电路图................... 错误!未定义书签。 显示电路图................... 错误!未定义书签。 四、仿真结果及相关分析................. 错误!未定义书签。 移相效果 ......................... 错误!未定义书签。 相位差波形........................ 错误!未定义书签。 相位差度数........................ 错误!未定义书签。 五、误差分析........................... 错误!未定义书签。 误差分析 ......................... 错误!未定义书签。 六、总结与体会......................... 错误!未定义书签。 七、参考文献........................... 错误!未定义书签。 八、附录............................... 错误!未定义书签。 元器件清单........................ 错误!未定义书签。
如何使用相关技术测量相位差
如何使用相关技术测量相位差 测量两个周期信号之间的相位差通常需要采用诸如气象、计算和通信 等方面的科学技术。示波器提供了执行这种测量的快速简单方法。遗憾的是， 示波器的噪声、带宽和时间分辨率会限制其测量的精度。 示波器的采样率决定了其时间分辨率的大小。例如对于一个100MHz 的信号来说，相位上的1 度相当于时间上的27ps。很明显，对于1 度的相位测量精度，示波器的采样时间必须小于这个数值，因此采样率要求高于36GHz，这个数字已经超出了大多数示波器的指标范围。为了演示这种测量方法，我们选 用了Analog Arts 的SA985 USB 示波器，这种示波器具有100GHz 的采样率和1GHz 的带宽。你可以选用满足你应用时间要求的任何示波器开展这种测量。 就是有了合适的示波器，你也必须使用专门的技术才能获得精确的相位测量结果。 示波器的时间标线（人们经常用利萨茹曲线（对信号执行数学运算可以 增强相位测量性能。参考文献1、2 和3 中描写的技术就是这种运算操作的一 些例子。虽然每种方法可能适合某些应用，但测量结果还受到本文讨论范围之 外的其它多种因素影响。此外，这些技术大部分是针对正弦信号的。在诸如测 量FPGA 内部锁相环（PLL）产生的各种时钟相位性能等应用中，这些技术精度明显不高。 一种简单且精确的方法是对信号进行相关运算。相关运算是一种直接的 数学操作。有许多论文（参考文献4）对相关操作及其应用作过全面彻底的解释。由Aanlog Arts 公司开发的一种C#算法就是这种技术的一种实现。相关运算的一个关键优势在于能够发现大多数其它类型信号之间的相位差。这种技术 可以达到的精度主要受限于信号周期的相对精度和示波器的采样率。对于采样
基于集成运放的相位差检测电路设计
课程设计名称：电子技术课程设计 题目：基于集成运放的相位差检测 电路设计 学期：2016-2017学年第2学期 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 辽宁工程技术大学
课程设计成绩评定表
摘要 本课程设计主要要求是设计一个基于集成运放的相位差检测电路。整流滤波电路是提供直流电源的。首先，要把信号源进行移相，用到RC移相电路，配合上集成运放，然后同时把移相之前的信号源和移相之后的信号源给两个过零比较器，结果输出的不是高电平就是低电平，完成了对模拟信号转化成数字信号的任务。他们先异或，接着通过和一个来自555定时器的信号进行与逻辑，然后给在和计数器的clk端进行与逻辑，完成对周期长度和计时器的控制，达到采样的目的，最后数码管显示相位差。完成了相位差检测的功能。
目录 1、综述 2、原理及技术指标 3、单元电路设计及参数计算 3.1整流滤波电路 3.2 RC移相电路 3.3 555定时器电路 3.4计数器显示部分 3.5 参数计算 4、仿真 5、设计比较 6、结论 7、设计体会 参考文献
1 综述 振幅、频率和相位是描述正弦交流电的三个“要素”。以电压为例，其函数关系为 u=Umsin(ωt+φ0) 式中：U m 为电压的振幅；ω为角频率；φ0为初相位。 设φ=ωt+φ0,称为瞬时相位，它随时间改变，φ0是t=0时刻的瞬时相位值。两个角频率为ω1，ω2的正弦电压分别为 u 1=U m1sin(ω1t +φ1) u 2=U m2sin(ω2t +φ2) 它们的瞬时相位差为 Θ=(ω1t +φ1)- (ω2t +φ2) =(ω1-ω2)t+(φ1-φ2) 显然，两个角频率不相等的正弦电压（或者电流）之间的瞬时相位差是时间t的函数，它随时间改变而改变。当两正弦电压的角频率ω1=ω2=ω时，有 Θ=φ1-φ2 由此可见，两个频率相同的正弦量间的相位差是常数，等于两正弦量的初相位之差。在实际的工作之中，经常需要研究诸如放大器、滤波器等各种器件的频率特性，即输出、输入信号间的幅度比随频率的变化（幅频特性）和输出、输入信号间的相位差随频率的变化关系（相频特性）。尤其在图像信号传输与处理、多元信号的相干特性显得更为重要。 相位差的测量是研究网络相频特性中必不可少的重要方面，如何使相位差的测量快速、精确已成为生产科研中重要的研究课题。 测量相位差的方法很多，主要有：用示波器测量；把相位差转换为时间间隔，先测量出时间间隔，再换算为相位差；把相位差转换为电压，先测量出电压，再换算为相位差；与标准移相器进行比较的比较法（零示法）等。在测量相位差中主要有四种方法，即用示波器测量相位差、相位差转换为时间间隔进行测量、相位差转换为电压进行测量、零示法测量相位差。
调制偏振光相位延迟精确测量
中国石油大学物理创新训练1实验报告成绩： 班级：应用物理学1302班姓名：尹昊同组者：张栋、姜顺教师：亓鹏 调制偏振光相位延迟精密测量实验 调制偏振光在光学精密测量和光学传递中有重要的应用价值，光学相位延迟系统的研究，可以测量任意光学相位延迟量。本实验内容涉及调制偏振光、相位延迟精密测量、偏振光光电检测、电光调制、光点接收等多方面知识。 【实验目的】 1.理解电光调制原理； 2.观察晶体的会聚偏振光干涉图样； 3.使用不同方法测定铌酸锂晶体的透过率曲线（即T～U曲线），求出半波电 压Uπ，再算出电光系数γ22； 4.学会使用相位补偿器； 5.掌握调制补偿的组合使用 【实验原理】 1．偏振光的产生和检验 光是电磁波，可用两个相互垂直的振动矢量——电矢量E和磁矢量H表征。因物质与电矢量的作用大于对磁矢量的作用，习惯上称E矢量为光矢量，代表光振动。 光在传播过程中遇到介质发生反射、折射、双折射或通过二向色性物质时，本来具有随机性的光振动状态就会起变化，发生各种偏振现象。若光振动局限在垂直于传播方向的平面内，就形成平面偏振光，因其电矢量末端的轨迹成一直线，通称线偏振光；若只是有较多的电矢量取向于某固定方向，称作部分偏振光。再者，如果一种偏振光的电矢量随时间作有规律的变动，它的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆形，这种偏振光就是椭圆偏振光或圆偏振光。 人的眼睛不能直接检查偏振光，但可用一个偏振器面对偏振光进行检视，这个偏振器就成为检偏器。 2．马吕斯定律 如果光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上（图1），只有相当于它的成份之一的E y（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成份（E x=E cosθ）则被吸收。
一种软件测量相位差方法研究
一种软件测量相位差方法研究 作者：杨明1姜万东1宋国云2 （1.珠海万力达电气股份有限公司，广东珠海 519085； 2.酒泉超高压输变电公司，甘肃酒泉 735000) 摘要：传统测相位的办法是通过定时采样信息，经过快速傅立叶变换进行分析，这种做法要求采样点是整个周期的信息，还要进行复杂的作商、求反正切计算，运算量大，对系统时间造成一些浪费。作者根据传统测量方法进行拓展，提出了一种新颖的相位差测量方法，计算量小，用时少，精度高，特别适用于单片机环境下的软件测相位使用。 关键词：相位差；快速傅立叶变换（FFT）；单片机；软件测相位 相位差测量是工频交流电气测量技术的一个很重要的部分，电力系统中研究相位差是实现系统并列、准同期、无扰动合闸等工艺的重要前提条件，对系统稳定运行具有重要的意义。 传统的软件测相位的办法是通过定时采样一个周波的信息，利用快速傅立叶变换（FFT），将两个电气测量量的实部、虚部求出，然后对虚部差、实部差之商经过一次反正切计算，得出相位差。该方法运算量大，对系统资源浪费严重，对一些时间性要求比较苛刻的场合应用有局限性。为解决这一矛盾，本文利用考核过零点的时间差，求的相位差，研究数字滤波器，对提高测量精度有重要的意义。 1 信号采样 电气测量一般为50Hz的正弦波，为了满足测量精度、获得充裕的系统应用时间，本方 15电角度。通过单片机的定时中断，法使用的是每周24点的采样密度，既每个采样间隔是 读取中断时刻AD中各路模拟量的数值，分别储存至相应的寄存器数组中，如通道A、B的寄存器分别为AD_BUF_A[order]、AD_BUF_B[order]，其中order表示采样点次序，通道A、B采样点次序严格一致。 相位测量对所测的电气量的谐波要求比较严格，所以采样电路的前级的滤波措施要得当，专门的带通滤波器电路，可以很好地解决谐波问题，但是由于滤波回路会产生一些相角偏移，所以滤波器件的选型要严格。为了使测量误差尽可能的降低，为此，软件的滤波措施也要考虑。 2采样数据处理 以通道A为基本相位,研究通道A与通道B过零点的时间差，进而求解两者之间的相位
相位差检测
课程设计报告 课程电子测量与虚拟仪器课程设计 题目相位差检测电路 系别物理与电子工程学院 年级2008 专业电子科学与技术班级 2 学号 学生姓名 指导教师职称讲师 设计时间2011-3-28~2011-4-1
第一章绪论 (2) 1.1 相位差检测电路的介绍 (2) 1.2 相位差测量的简单介绍 (2) 第二章相位差检测电路 (3) 2.1 移相电路的设计 (3) 2.2 利用MULTISIM设计检测移相电路 (5) 2.2.1 仿真电路虚拟仪器参数调整 (6) 2.2.2移相电路的仿真与分析 (7) 2.3将相位差信号转换成直流电压信号检测 (9) 2.3.1将相位差信号转换成直流电压信号检测的原理 (9) 2.3.2 电路图及具体原理分析 (9) 2.3.3 仿真过程 (10) 2.3.4 系统测量的误差分析 (12) 主要参考文献 (13) 附录 (13)
第一章绪论 1.1 相位差检测电路的介绍 设计一个相位差检测电路，该电路可测试一个经过移相电路的信号（正弦波）移相后与原信号间存在的相位差，可由测试电路检测并显示。要求：设计移相电路；设计检测电路，可以使用MCU或者Labview；使用模拟式检测方法，将相位差信号转换成直流电压或者直流电流信号进行检测；要求分析系统最后的精度。 在此次的电子测量与虚拟仪器课程设计中，我们设计的相位差检测电路主要有两个模块，由这两个模块来实现对相位差的检测并用相应的器件来实现。第一个模块为移相电路，移相电路主要由两个放大器组成。一个放大器可以实现对输入信号进行0~900的移相，那么两个放大器可以实现对输入信号进行0~1800的移相。移相电路的结构比较简单，只要对放大器相应知识进行了解便能很快的设计出移相电路。在移相电路中还应用到了变位器和电容。通过调节变位器可以逐步实现每个度数的相位差；电容的作用则是实现对输入信号的滤波和使放大器工作在稳定的区域。第二个模块则是实现相位差的显示。此部分的模块主要由二极管、异或门以及放大器组成。二极管的作用是使信号工作在正负管压降之间，使电路快速的运行和工作。异或门有三个，异或门的作用主要是实现将信号与基准信号进行比较，将相位差转换成电压差的方法，然后通过电压表将电压显示，最后将电压放大一百倍即使所求的相位差。 1.2 相位差测量的简单介绍 振幅、频率和相位是描述正弦交流电的三个“要素”。以电压为例，其函数关系为 u=U m sin(ωt+φ0) 式中：U m 为电压的振幅；ω为角频率；φ0为初相位。 设φ=ωt+φ0,称为瞬时相位，它随时间改变，φ0是t=0时刻的瞬时相位值。两个角频率为ω1，ω2的正弦电压分别为
利用消光椭偏仪精确测量波片相位延迟量
利用消光椭偏仪精确测量波片相位延迟量 1.引言 波片是基于晶体双折射性质的偏振器件，在光纤技术、光学测量以及各种偏振光技术等领域具有广泛的应用[1~3]。其中1/4波片及1/2波片在偏振器件中应 用尤其广泛。测量波片相位延迟量的方法主要有：光强探测法 [4]、旋光调制法[5]、半阴法[6]、光学补偿法[7]等。这些方法主要基于对光强的测量，容易受光源的不稳定及杂散光的干扰，精度受到一定的限制，测量误差一般在0.5°。我们从理论上分析了利用椭偏仪测量波片相位延迟量的可能性，讨论了其测量精度及误差来源，并利用HST-3型消光式椭偏仪[8]测量了1/4波片以及1/2波片相位延迟量。实验表明：测量过程不受光强波动的影响，方法简单，操作方便，精确度高，测量波片相位延迟量精度达0.005°，是测量任意波片相位延迟量的有效及实用的方法。 2. 测量的原理 利用消光式椭偏仪测量波片相位延迟量时，光路要调整成直通的状态。如图1所示，其中P 为起偏器，Q 为标准1/4波片，C 为待测波片，A 为检偏器。 图1 椭偏仪测量波片相位延迟量光路图 由透射式椭偏方程为[9]： tan ψ?e ?i =p s T T = 2121P p s s E E E E = 1221s P s p E E E E ? （1） 其中ψ和?为椭偏参数，可由椭偏仪测量。T p ，T s 分别是样品的p 分量和s 分量的透射系数，透射波的复振幅为（2P E ，2s E ），入射波的复振幅为（1p E ，1s E ）。 设θ为波片快轴与入射面的夹角，δ为其快慢轴之间的相位延迟量，则波片的通用矩阵为[10]： G=222cos sin cos 2sin sin 2i i δδδθθ -? -? 222sin sin 2cos sin cos 2i i δδδθθ-??+? (2) 取入射光1E =11p s E E ?? ??? ，经过一个波片后，出射光2E 为： 22p s E E ?? ???=222cos sin cos 2sin sin 2i i δδδθθ-? -? 222sin sin 2cos sin cos 2i i δδδθθ-??+??11p s E E ?? ???
测量相位差的主要方法
一二测量相位差的方法主要有哪些？ 测量相位差可以用示波器测量，也可以把相位差转换为时间间隔，先测量出时间间隔，再换算为相位差，可以把相位差转换为电压，先测量出电压，再换算为相位差，还可以与标准移相器进行比较的比较法(零示法)等方法。 怎么用示波器来测量相位差? 应用示波器测量两个同频正弦电压之间的相位差的方法很多，本节介绍具有实用意义的直接比较法。将u1、u2分别接到双踪示波器的Y1通道和Y2通道，适当调节扫描旋钮和Y增益旋钮，使荧光屏显示出如图2.42所示的上、下对称的波形。 比较法测量相位差 设u1过零点分别为A、C点，对应的时间为t A、t C；u2过零点分别为B、D点，对应的时间为t B、t D。正弦信号变化一周是360°，u1过零点A比u2过零点B提前t B-t A出现，所以u1超前u2的相位。 u1超前u2的相位，即u1与u2的相位差为 (2.56) T为两同频正弦波的周期; ΔT为两正弦波过零点的时间差。 数字式相位计的结构与工作原理是什么?
三数字相位计框图 将待测信号u1(t)和u2(t)经脉冲形成电路变换为尖脉冲信号，去控制双稳态触发电路产生宽度等于ΔT的闸门信号以控制时间闸门的启、闭。晶振产生的频率为fc的正弦信号，经脉冲形成电路变换成频率为fc的窄脉冲。 在时间闸门开启时通过闸门加到计数器， 得计数值n，再经译码，显示出被测两信号的相位差。这种相位计可以测量两个信号的“瞬时”相位差，测量迅速，读数直观、清晰。 数字式相位计称做“瞬时”相位计，它可以测量两个同频正弦信号的瞬时相位，即它可以测出两同频正弦信号每一周期的相位差。 基于相位差转换为电压方法的模拟电表指示的相位计的测量原理是什么? 如图2.44所示，利用非线性器件把被测信号的相位差转换为电压或电流的增量，在电压表或电流表表盘上刻上相位刻度，由电表指示可直读被测信号的相位差。转换电路常称做检相器或鉴相器。常用的鉴相器有差接式相位检波电路和平衡式相位检波电路两种。 数字相位计框 图
数字相位差测量仪的设计
目录 1.设计任务书。 2.设计方案概述。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理。 4.电路的组成及参数选择。 4.1整形电路及信号C的形成。 4.2滤波电路的参任务计划书。 4.3V/f变换电路的设计。 4.4 89C52内部资源的利用。 5.应用实例。 6.结论。 7.总结。 一、设计任务书 （一）任务 设计仿真一数字相位计 （二）主要技术指标与要求： （1）输入信号频率为0HZ～250HZ可调 （2）输入信号的幅度为0.5V （3）采用数码管显示结果，相位精确到0.1° （4）采用外部5V直流电源供电 （三）对课程设计的成果的要求（包括图表） 设计电路，安装调试或仿真，分析实验结果，并写出设计说明书。要求图纸布局合理，符合工程要求，所有的器件的选择要有计算依据。 二、设计方案概述 根椐设计任务书的要求，我们参考了一些相关资料书，经过小组的讨论分析，提出了一种用v/f变换测量交流电的相位差的新方法：首先产生出其幅度正比与相位差大小的直流电，再有v/f变换器转换成反映相位差大小的频率信号，在单片机的配合下，最终得到相位差。这种方法具有分辨率高，适应与大范围的各种输入频率等优点。 正弦交流电电信号相位差的测量可以用多种方法实现。比较直接的数字式测量方法是在已知信号周期的前提下用定时的方法测得相位差角对应的时间，然后根据已知的周期将其换算成相位差角度。但
是，这种方法的测量精度依赖于定时器的精度和分辨率。在信号频率较高或频率虽不高但相位差较小时，都可以出现较大的误差。另外，由于直接测量得到的是时间，相位差角要由这一中间结果与信号的周期运算后才能得到，所以周期的测量不可缺少，其测量的精度也将影响相位差的精度。 在此用一种新的思路进行相位差的测量，用v/f变换器把相位差转换成一个其频率与之成正比的脉冲列，通过计算在一定时间内的脉冲个数测量相位差角。这种测量方法与信号的周期无关，可以得到较高的精度。题达到了0.1的测量精度，与此同时工业运行控制中现场操作，修改和设置等问题也得到了很好的解决，以上这些都在工业运行中得到了厂方的认可。存在的问题主要是本仪器通用性很不强，很难在更大的范围应用和推广，只能运用与某些特定的企业。今后的工作主要硬件和软件的改进上，列入增加一些通用行很强的功能模块。 3.V/f变换测量相位差角的工作原理 首先将输入的两个同频率但存在着相位差的信号进行整形，使之变成方波。如图1示A和B 再对A,B进行异或处理, 异或输出信号C 的脉冲宽度则反映相位差角.C 的脉宽T1对应的电角度是相位差角,C 的周期T2 是信号周期T 的1/2.如果信号角频率为w 则T1= /w. C为幅值为U 的方波其平均值Ud=UT1/T2=U 由此可见,C 的平均值( 亦即直流分量)仅与相位差角和脉冲幅 度有关与信号周期无关
相位差检测
目录 一、题目要求 (2) 二、方案设计与论证 (2) 2.1移相电路 (2) 2.2检测电路 (2) 2.3显示电路 (3) 三、结构框图等设计步骤 (4) 3.1设计流程图 (4) 3.2电路图 (5) 3.2.1移相电路图 (6) 3.2.2检测电路图 (6) 3.2.3显示电路图 (7) 四、仿真结果及相关分析 (8) 4.1移相效果 (8) 4.2相位差波形 (8) 4.3相位差度数 (8) 五、误差分析 (9) 5.1误差分析 (9) 六、总结与体会 (9) 七、参考文献 (10) 八、附录 (10) 8.1元器件清单 (10)
一、题目要求 设计一个相位差检测电路，该电路可测试一个经过移相电路的信号（正弦波）移相后与原信号间存在的相位差，可由测试电路检测并显示。要求： 1)设计移相电路； 2)设计检测电路，可以使用MCU或者Labview； 3)使用模拟式检测方法，将相位差信号转换成直流电压或者直流电流信号 进行检测； 4)要求分析系统最后的精度。 二、方案设计与论证 2.1移相电路 此次相位差检测电路的移相部分主要由RC移相电路构成，而RC移相电路主要利用了电容器的电流超前电压90度这一特性。 RC滞后移相电路是电阻器在前面，电容器在后面。输入信号从电阻器进入，输出信号是从电容器上输出。因为电容器要充电，所以电压要比电流滞后90度，等电容充满电后才有电压。输出电路是与电容器并联电压相等，所以输出电路的电压也滞后电流。RC超前移相电路是电容器在前面，电阻器在后面，电容器一样充电电压会滞后电流90度。 由于输入信号经过RC电路后，其幅值有一定的衰减，为了达到移相但不改变其幅值，我们在移相电路后追加了相应的放大器，以保证信号波形不变。 2.2检测电路 相位差的测量可以采用多种方法：一、将两个信号用模拟乘法器做乘法运算，得到的信号通过低通滤波器，将直流量分离出来，直流电压的大小反映了两个信号的相位差。二、采用两个比较器对信号进行过零比较，然后测量出两个上升沿之间的时间间隔，用时间间隔除以周期再乘以360就可以得到相位差。一般高
相位差测量电路设计
本科毕业设计 ( 20１５届） 题目：相位差测量电路的设计 学院:机电工程学院 专业:自动化 学生姓名：学号: 指导教师：职称(学位):讲师 合作导师:职称(学位）：完成时间:2015 年 5 月 28日 成绩: 黄山学院教务处制
原创性声明 兹呈交的设计作品，是本人在指导老师指导下独立完成的成果。本人在设计中参考的其他个人或集体的成果，均在设计作品文字说明中以明确方式标明。本人依法享有和承担由此设计作品而产生的权利和责任。 声明人(签名)： 年月日
目录 摘要.................................................................................................错误!未定义书签。英文摘要.?错误!未定义书签。 1 绪论?1 1.１研究背景及意义?错误!未定义书签。 1．2 发展现状和发展趋势?错误!未定义书签。 1．2．1国外发展状况........................................................错误!未定义书签。 1.2.2 国内发展状况?错误!未定义书签。 1.2.3 发展趋势........................................................................错误!未定义书签。 2 相位差测量的基本原理.............................................................错误!未定义书签。 ２.1 相位的基本概念.............................................................错误!未定义书签。 2.２相位差测量原理?错误!未定义书签。 2.3 电路设计原理...................................................................错误!未定义书签。3设计与分析.. (6) 3.1 移相电路...........................................................................错误!未定义书签。 3.1.1 方案分析?错误!未定义书签。 3.1.2 移相电路设计................................................................错误!未定义书签。 ３．2 检测电路?错误!未定义书签。 3.2．1 方案分析?错误!未定义书签。 3.２.2 检测电路设计?错误!未定义书签。 3.2.3 LM３39特性分析?错误!未定义书签。 3.２．4 双稳态触发器?错误!未定义书签。 3．3 计数显示电路................................................................错误!未定义书签。 3.3.1 方案分析?错误!未定义书签。 ３.3.2 计数显示电路设计......................................................错误!未定义书签。 3.３．3 数码管工作原理?错误!未定义书签。 4 仿真与调试?错误!未定义书签。 5实验分析...................................................................................错误!未定义书签。总结?错误!未定义书签。 参考文献?错误!未定义书签。 致谢?错误!未定义书签。 附录?错误!未定义书签。
实验二 相位差测量
实验二相位差测量 一、实验目的 1、掌握将相位差转换为电压的原理。 2、掌握脉冲电压的脉宽与电压平均值成正比的原理。 3、掌握磁电系仪表的基本读数是电流（电压）的平均值。 4、了解硬件电路的设计方法和基本的硬件调试方法。 二、实验类型 综合型 三、实验仪器 四、实验原理 1、原理图
Y 图1 相位表原理图 2、 电路原理 此电路可以检测-180--+180的相位差。两路输入信号Y1、Y2经整形后成为两路与原信号同频率同相位的方波。方波送入异或门CD4070，CD4070的输出是电压脉冲，脉冲宽度与输入信号的相位差绝对值成正比。用磁电式仪表测CD4070的输出电压（根据磁电系仪表的原理，测量值为电压的平均值），测量值Uo 与脉冲宽度成线性关系。因此可得Uo 与输入信号的相位差绝对值成正比。输入信号的超前、滞后由LED 显示，当Y1超前Y2时，LED1亮；当Y1滞后Y2时，LED2亮。 3、 相位差与时间差的关系 360?=T Δt φ 4、 脉冲电压的平均值与脉宽成正比 T U a dt U T dt u T U H a H T av ===??0 011 其中：a ——脉宽。T ——脉冲电压周期。U H ——脉冲电压高电平。 5、 磁电系电压表的读数是电压的平均值。 五、实验内容和要求 1、内容和要求
搭出相位差测量电路，并在具体电路上验证，调系数。具体要求：掌握基本的硬件插接技术，布线必须正确、接触良好，其次要求布线合理、清晰、美观。 2、测量数据 构造如图2所示的电路，信号发生器产生频率为100Hz 的正弦波，调节RC 参数可以改变Y1（电源电压）与Y2（电阻电压，与回路电流同相位）之间的相位差，记为0j 。Y1和Y2作为相位表的输入信号，用磁电系电压表（或万用表测量）测量相位表的输出电压，当输出电压测出后，脉宽a 就可以算出来，a 算出来后，相位差也就可以算出来，记为1j ，比较0j 和1j 。记录发光二极管（LED ）的状态，用以确定两路正弦信号的相位关系（超前/滞后）。 表1 阻抗角测量记录表格 Vcc 图2 用相位表测量阻抗角 3、硬件调试方法 制作硬件时，若输出电压值或LED 的状态不正确，需调试硬件电路，找出错误并改正。建议采用以下方法调试硬件： （1）用电压表测量各点电压，或者用示波器观察各点波形。
用虚拟相关法测量两个同频信号的相位差.
虚拟相关法相位差计的设计 摘要 传统测量仪器功能单一，多功能虚拟仪器是现代仪器技术的发展方向。利用Labview设计一种利用虚拟相关法测量相位差计的虚拟仪器，该仪器以测量两个同频正弦波的相位差为基本功能，具备了测量信号频率，显示信号波形、相位差和产生标准信号等功能，体现了虚拟仪器高集成度，一机多用的特点。 本题目属于应用类，设计主要内容利用互相关分析法实现相位差检测，在虚拟仪器设计平台上仿真实现，结合原理和公式进行数据计算分析，充分利用了Labview的性能。 关键词：相关法、相位差，虚拟仪器
目录 虚拟相关法相位差计的设计 (1) 1 引言 (3) 2 相位差测量仪的概述 (3) 2.1 相位差的定义 (3) 2.2 相位差测量仪的应用 (3) 3 Labview软件简介 (4) 3.1 Labview概述 (4) 3.2 Labview的应用 (5) 3.2.1 Labview应用于测试于测量 (5) 3.2.2 Labview应用于实验室研究与自动化 (5) 4 相位差测量方法原理简介 (6) 4.1 相关法相位差测量相位差原理 (6) 5 相位差计设计 (7) 5.1 设计要求 (7) 5.3 Labview平台下软件的实现 (8) 5.4 子模块(VI)设计 (10) 5.5 相位差计设计测试结果 (12) 结论 (16)
参考文献 (17) 1 引言 信号的相位差测量在电工技术，工业自动化，智能控制，通讯及电子技术等许多领域都有着广泛的应用。传统电子模拟式相位差测量采用乘法器法，二极管鉴相法等，需要完成对应的硬件电路。电路的温漂，噪声级干扰信号，都会导致测量结果产生误差。因此，传统的相位差检测方法正逐渐被软件测量方法所替代，通过软件算法来消除温漂、噪声及干扰信号的影响，使测量结果更加精确。 2 相位差测量仪的概述 2.1相位差的定义 相位差：两个频率相同的交流电相位的差叫做相位差，或者叫相差。这两个频率相同的交流电，可以是两个交流电流，可以是两个交流电压，可以是两个交流电动势，也可以是这三种量中的任何两个。 例如研究加在电路上的交流电压和通过这个电路的交流电流的相位差，如果电路是纯电阻，那么交流电压和交流电流的相位差等于零，也就是说交流电压等于零的时候，交流电流也等于零，交流电压达到最大值时，交流电流也将达到最大值。这种情况叫做同相位，或者叫做同相。如果电路含有电感和电容，交流电压和交流电流一般是不等于零的，也就是说一般是不同相的，或者电压超前于电流，或者是电流超前于电压。 加在晶体管放大器基极上的交流电压和从集电极输出的交流电压，这两者的相位差正好等于180?，这种情况叫做反相位，或者叫做反相。 2.2 相位差测量仪的应用 信号的相位差测量仪在电工技术，工业自动化，智能控制，