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一種相位式導線中電信號傳輸時間測量方法及裝置.pdf

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一種 相位 導線 電信號 傳輸 時間 測量方法 裝置
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摘要
申請專利號:

CN201310697730.7

申請日:

2013.12.18

公開號:

CN103676621A

公開日:

2014.03.26

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G04F 5/14申請日:20131218|||公開
IPC分類號: G04F5/14 主分類號: G04F5/14
申請人: 哈爾濱工程大學
發明人: 鐘志; 單明廣; 張雅彬
地址: 150001 黑龍江省哈爾濱市南崗區南通大街145號哈爾濱工程大學科技處知識產權辦公室
優先權:
專利代理機構: 代理人:
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201310697730.7

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.02.15|||2014.04.23|||2014.03.26

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明屬于時間測量領域,特別涉及一種相位式導線中電信號傳輸時間測量方法及裝置。該裝置包括時鐘源,主控單元,標準信號發生單元,調理放大單元,相位差測量單元,待測導線和顯示單元。本發明利用高穩定的標準正弦波信號的周期作為導線中電信號傳輸的標尺,能夠有效地進行溯源;通過估計標準正弦波通過導線傳輸前后的相位差進行傳輸時間測量。

權利要求書

權利要求書
1.  一種相位式導線中電信號傳輸時間測量方法,其特征在于:
(1)調制頻率為f的正弦波信號經過調理放大后分成兩路,一路作為參考信號直接進入相位差測量單元,另一路進入待測導線,通過導線延遲后作為待測信號進入相位差測量單元;
(2)通過相位差測量單元,測得待測信號與參考信號之間的相位差,由以下公式

計算獲得待測導線中電信號的傳輸時間τ,其中,N為電信號在待測導線中傳輸的整周期個數。

2.  一種相位式導線中電信號傳輸時間測量裝置,該裝置包括時鐘源(1),主控單元(2),標準信號發生單元(3),調理放大單元(4),相位差測量單元(5),待測導線(6)和顯示單元(7),其特征在于:其中時鐘源為原子鐘,主控單元為FPGA,標準信號發生單元為DDS,原子鐘輸出的頻率為10MHz的正弦波信號,通過FPGA輸出給DDS生成頻率為120MHz的正弦波信號,再通過調理放大單元生成兩路正弦波信號,一路直接輸出給相位差測量單元,另一路通過待測導線后輸出給相位差測量單元,相位差測量單元測量兩路信號的相位差并將測量結果輸出給FPGA,與顯示單元共同完成測量結果顯示。

3.  根據權利要求2所述的一種相位式導線中電信號傳輸時間測量裝置,其特征在于:所述的時鐘源還可以為高穩定晶振、主控單元還可以為DSP,標準信號發生單元還可以為鎖相環設備。

說明書

說明書一種相位式導線中電信號傳輸時間測量方法及裝置
技術領域
本發明屬于時間測量領域,特別涉及一種相位式導線中電信號傳輸時間測量方法及裝置。
背景技術
時間間隔測量技術廣泛用于航空航天、雷達定位、激光測距、衛星及導航、原子物理、機械狀態監測與故障診斷及工業測量等領域。為了精確校準時間間隔測量裝置,常采用標準延遲線(JJG 953-2000精密時間間隔測量儀檢定規程),即固定長度的導線作為標準時間間隔發生器,從而使導線中電信號傳輸時間的測量成為一個難點問題。為了測量導線中電信號的傳輸時間,國內外已經有多種研究方法。
一種常用方法是間接測量法,該方法采用導線長度與傳輸速度比值的方式來計算導線中傳輸時間測量,但該方法除了存在導線長度測量不準確的問題,還存在不同材料、不同尺寸的導線中電信號傳輸速度不一樣的問題,從而導致導線中電信號傳輸時間測量精度較低。
另一種常用方法是時域反射測量法,該方法采用通過測量低壓注入脈沖在導線終點與測量端之間的運動時間來測量導線中電信號的傳輸時間。該方法技術成熟,精度高,但存在電路設計復雜,造價昂貴等問題。
西北核技術研究所李憲優等提出利用示波器測量導線中電信號的傳輸時間(李憲優,魏學榮,于麗娟,王玲.利用示波器精確測量傳輸線延遲時間.核電子學與探測技術.2010,30(3):367-369),該方法仍采用時域反射法,但因為可利用通用儀器-示波器,使用方便,成本較低,但同時其測量精度受限于示波器。
發明內容
本發明的目的在于提供一種提高系統測量精度、降低系統復雜度的相位式導線中電信號傳輸時間測量方法,本發明的目的還在于提供一種滿足和適用于上述方法的相位式導線中電信號傳輸時間測量裝置。
本發明的目的是這樣實現的:
(1)調制頻率為f的正弦波信號經過調理放大后分成兩路,一路作為參考信號直接進入相位差測量單元,另一路進入待測導線,通過導線延遲后作為待測信號進入相位差測量單元;
(2)通過相位差測量單元,測得待測信號與參考信號之間的相位差,由以下公式

計算獲得待測導線中電信號的傳輸時間τ,其中,N為電信號在待測導線中傳輸的整周期個數。
一種相位式導線中電信號傳輸時間測量裝置,該裝置包括時鐘源,主控單元,標準信號發生單元,調理放大單元,相位差測量單元,待測導線和顯示單元,其中時鐘源為原子鐘,主控單元為FPGA,標準信號發生單元為DDS,原子鐘輸出的頻率為10MHz的正弦波信號,通過FPGA輸出給DDS生成頻率為120MHz的正弦波信號,再通過調理放大單元生成兩路正弦波信號,一路直接輸出給相位差測量單元,另一路通過待測導線后輸出給相位差測量單元,相位差測量單元測量兩路信號的相位差并將測量結果輸出給FPGA,與顯示單元共同完成測量結果顯示。
時鐘源還可以為高穩定晶振、主控單元還可以為DSP,標準信號發生單元還可以為鎖相環設備。
本方法包括:
(1)調制頻率為f的正弦波信號經過調理放大后分成兩路,一路作為參考信號直接進入相位差測量單元,另一路進入待測導線,通過導線延遲后作為待測信號進入相位差測量單元;
(2)通過相位差測量單元,測得待測信號與參考信號之間的相位差,由以下公式

計算獲得待測導線中電信號的傳輸時間τ,其中,N為電信號在待測導線中傳輸的整周期個數。
一種相位式導線中電信號傳輸時間測量裝置,該裝置包括時鐘源,主控單元,標準信號發生單元,調理放大單元,相位差測量單元,待測導線和顯示單元,其中時鐘源為原子鐘,主控單元為FPGA,標準信號發生單元為DDS,原子鐘輸出的頻率為10MHz的正弦波信號,通過FPGA輸出給DDS生成頻率為120MHz的正弦波信號,再通過調理放大單元生成兩路正弦波信號,一路直接輸出給相位差測量單元,另一路通過待測導線后輸出給相位差測量單元,相位差測量單元測量兩路信號的相位差并將測量結果輸出給FPGA,與顯示單元共同完成測量結果顯示。
時鐘源還可以為高穩定晶振、主控單元還可以為DSP,標準信號發生單元還可以為鎖相環設備。
相位式導線中電信號傳輸時間測量方法有以下特點和有益效果:
1.利用高穩定的標準正弦波信號的周期作為導線中電信號傳輸的標尺,能夠有效地進行溯源;
2.通過估計標準正弦波通過導線傳輸前后的相位差進行傳輸時間測量。
本發明裝置具有如下顯著特點:
1.本發明原理簡單,結構緊湊,方便溯源;
2.本發明時間測量的分辨率高,系統的不確定度小;
3.本發明裝置操作方便靈活,穩定性高。
附圖說明
圖1為導線中傳輸時間測量裝置示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施實例作詳細說明。
圖中件號說明:1時鐘源,2主控單元,3標準信號發生單元,4調理放大單元,5相位差測量單元,6待測導線,7顯示單元。
一種相位式導線中電信號傳輸時間測量方法,該方法包括以下步驟:
①、調制頻率為f的正弦波信號經過調理放大后分成兩路,一路作為參考信號直接進入相位差測量單元,另一路進入待測導線,通過導線延遲后作為待測信號進入相位差測量單元;
②、通過相位差測量單元,測得待測信號與參考信號之間的相位差,由以下公式

計算獲得待測導線中電信號的傳輸時間τ,其中,N為電信號在待測導線中傳輸的整周期個數。
一種相位式導線中電信號傳輸時間測量裝置,包括時鐘源,主控單元,標準信號發生單元,調理放大單元,相位差測量單元,待測導線和顯示單元。
時鐘源為高穩定晶振或原子鐘或其它能夠提供穩定時鐘的器件。
主控單元為FPGA或DSP或其它微處理系統。
標準信號發生單元可為數字頻率直接合成(DDS)設備或鎖相環設備或其它可外部提供高穩定的正弦波信號發生設備。
本發明的裝置包括:時鐘源1,主控單元2,標準信號發生單元3,調理放大單元4,相位差測量單元5,待測導線6和顯示單元7,其中時鐘源為原子鐘,主控單元為FPGA,標準信號發生單元為DDS。該裝置的信號傳輸路徑為:原子鐘輸出的頻率為10MHz的正弦波信號,通過FPGA輸出給DDS生成頻率為120MHz的正弦波信號,再通過調理放大單元生成兩路正弦波信號,一路直接輸出給相位差測量單元,另一路通過待測導線后輸出給相位差測量單元,相位差測量單元測量兩路信號的相位差并將測量結果輸出給FPGA,與顯示單元共同完成測量結果顯示。
利用上述的相位式導線中電信號傳輸時間測量裝置,本發明測量方法的具體實施方式包 括以下步驟:
首先,完成測量系統調整后,打開電源開始測量,原子鐘輸出頻率為10MHz的正弦波信號,通過主控單元FPGA后輸出給DDS生成頻率為120MHz的正弦波信號,再通過調理放大單元生成兩路正弦波信號,一路作為參考信號直接輸出給相位差測量單元,另一路進入待測導線,通過導線延遲后作為待測信號進入相位差測量單元;
然后,通過相位差測量單元,測得待測信號與參考信號之間的相位差,并輸出給主控單元FPGA;
最后,FPGA由以下公式

計算獲得待測導線中電信號的傳輸時間τ,其中,N為電信號在待測導線中傳輸的整周期個數,通過對一定導線長度進行預估計得到,并與顯示單元共同完成測量結果顯示。
此實施實例具有重復性好,準確性高,計算簡單,處理速度快,溯源方便等優點。

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