JPH0426065B2 - - Google Patents

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JPH0426065B2
JPH0426065B2 JP58137214A JP13721483A JPH0426065B2 JP H0426065 B2 JPH0426065 B2 JP H0426065B2 JP 58137214 A JP58137214 A JP 58137214A JP 13721483 A JP13721483 A JP 13721483A JP H0426065 B2 JPH0426065 B2 JP H0426065B2
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JP
Japan
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phase
signal
input
signals
phase detection
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JP58137214A
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JPS6028306A (ja
Inventor
Toshuki Yagi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hewlett Packard Japan Inc
Original Assignee
Yokogawa Hewlett Packard Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G01R25/04Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents involving adjustment of a phase shifter to produce a predetermined phase difference, e.g. zero difference

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Measuring Phase Differences (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は位相検波方法、特に位相曲がりに基づ
く誤差を除去するようにした位相検波方法に関す
る。
位相検波は2つの交流信号のうち一つを未知信
号、他方を基準信号とした場合、基準信号に対す
る未知信号の0゜成分や90゜成分を検出するために
使用される。未知信号が供試素子(コンデンサや
インダクタなど)の大きさを表わす場合、前述の
0゜成分や90゜成分は供試素子の抵抗分やリアクタ
ンス分の大きさを表わす。したがつてこれら抵抗
分等を正確に求めるには、正確に位相検波を行な
うことが必要である。
第1図は従来の位相検波方法を説明するための
位相検波回路のブロツク図、第2図は第1図に示
す2個の入力信号(未知の信号)のベクトル図、
第3図は第1図に示す2個の入力信号を発生する
具体的回路図である。第3図において、4を信号
源、7を高利得演算増幅器、5を供試素子(コン
デンサ、インダクタ等)、6を帰還抵抗器とする
と、 E2=R/X+jYE1(Xは抵抗分、Yはリアクタン ス分)となる。
一方第2図において、E3を基準信号(信号源
4の信号)とし、E3=sin(ωt−θ)とすると、
E1=Asin(ωt+φA)、E2=Bsin(ωt+φB)と表わ
すことができる。φAは線路による位相曲り、φB
は供試素子5による位相曲がりである。
第1図において、位相検波器2の一方の入力端
子には、スイツチ1を介して2個の未知信号E1
またはE2が、他方の入力端子には基準信号E3
入力される。位相検波器2の出力信号は出力回路
3に印加される。出力回路3は後述するようにア
ナログデジタル(A/D)変換回路を含む。
基準信号E3による2個の未知信号E1,E2の位
相検波は次のように行なわれる。まずスイツチ1
をv側に接続してE1に入力し、θ=0゜として位相
検波すると第2図のa成分が求まる。次にスイツ
チの位置をそのままにし、θ=90゜とするとb成
分が求まる。同様にスイツチ1をw側に接続して
θ=0゜,90゜に対して位相検波するとc,d成分
が求まる。このようにa,b,c,d成分は時分
割で求められる。ここでa,b,c,d成分は例
えば出力回路3中のA/D変換回路にデユアルス
ロープ回路を使用し、a,b,c,d成分をそれ
ぞれ一定期間T1だけ積分し、直流電圧eにより
放電することにより、放電期間T2,T3,T4,T5
によりそれぞれデジタル的に求められる。
第4図は出力回路の動作を示したタイムチヤー
トである。そしてベクトル電圧|E2/E1|,X,Y は次式で求められる。
X=T2・T3+T4・T5/T2 2+T4 2 Y= T2・T5−T3・T4/T2 2+T2 4 したがつて供試素子5の抵抗分や、リアクタンス
分を求めることができる。かかる関係について
は、特開昭53−30375号に述べられている。
第1図に示した位相検波方法において、θ=
0゜,90゜の切換えは、基準信号を作るために使用
されるクロツク信号を制御することにより行なわ
れ、これは例えば特開昭54−72657号に述べられ
ている。かかる制御は、正確な繰返し周期をもつ
クロツク信号の位相をづらす方式であるのでθ=
0゜,90゜を正確に作り出すことができる。しかし
ながら、1個の位相検出器を用い、a,b,c,
d成分を時分割で各別に求める方式であるため、
長時間を要し、ベクトル電圧比を求める場合には
測定スピードが遅くなる。
第5図は従来の他の位相検波方法を説明するた
めの位相検波回路のブロツク図である。11,1
2は位相検波器で各一方の入力端はスイツチ1の
共通端子へ、他方の入力端は位相信号発生器13
に、出力端子は出力回路14,15にそれぞれ接
続される。出力回路14,15は第1図の出力回
路3と同様にA/D変換器を含むものとする。こ
こで位相検波器11,12への基準信号をE4
E5,E4とE5との間の位相差90゜からの位相誤差を
ε、そして位相検波器11,12の変換効率の差
をαとする。E4,E5は次式で表わされる。
E4=sin(ωt−θ), E5=(1+α)cos(ωt
−θ−ε) 第6図はE4(θ=0゜)を基準としたE1,E2のベ
クトル図である。スイツチ1を接点v側に接続し
たとき、位相検波器11の出力XA=Acos(φA
θ)、位相検波器12の出力YA=A(1+α)sin
(φA+θ+ε)となる。そしてθ=0゜のときXA
a=AcosφA,YA=g=A(1+α)sin(φA+ε)
となる。即ちg成分中にα,εが誤差成分として
含まれる。同様にスイツチ1をw側に接続し、未
知入力信号E2を入力とし、θ=0゜としたとき、位
相検波器11の出力XB=c=BcosφB、位相検波
器12の出力YB=h=B(1+α)sin(φB+ε)
となる。
したがつてベクトル電圧比|E2/E1|,X,
Yを求めたとき、α,εが誤差として含まれる欠
点がある。一方、位相検波器を2個使用している
ので第1図に示した位相検波方法に比較し測定ス
ピードを1/2に短縮できる利点がある。
本発明は第1図で説明した測定精度と第2図で
説明した測定スピードとの両者の利点を有する位
相検波方法を提供せんとするものである。本発明
による位相検波方法によれば、2個の位相検波器
の一方の入力端に印加される基準信号の位相をあ
る角度だけ順次ずらして複数回の測定を行ない、
これら測定値を平均することにより正確な値が求
められる。
以下本発明の動作を説明する。
本発明による位相検波方法は第5図に示した位
相検波回路により実現できる。E4=sin(ωt−
θ),E5=(1+α)cos(ωt−θ−ε)とすると、
θをある角度だけ順次正確にずらし、各E4,E5
に対する位相検波器11,12の出力信号が求め
られる。角度θと測定回数(i)との関係は次式で表
わされる。
θ=(2π/N)・i ここでN=1,2,3,……とすると、iは0
から(N−1)までである。即ちN=4とした場
合90゜づつ角度をずらし、4回の測定が行なわれ
る。即ち、N=4のとき、i=0,1,2,3と
なり、θ=0゜,90゜,180゜,270゜で4回の測定が行
なわれる。前述したXA,YAは次式で表わされ
る。
XA(2π/N・i)=Acos(φA+2π/Ni) YA(2π/N・i)=A(1+α)sin(φA+2π/N
i+ ε) そして未知信号E1,E2のベクトル電圧比は次
式で表わされる。
N=4とした場合、θ=0゜,90゜,180゜,270゜と
してそれぞれの場合のXA,YA,XB,YBを求め、
|各E2/E1|を求め、次に平均した|E2/E1|が求 められる。
N=4の場合、上記式の計算結果によれば、誤
差は約α/50,ε/50となり、精度は50倍向上す
る。またN=8とすると、約α/250000,ε/
250000となり、実質的に誤差は零になる。
第7図は第5図に示した出力回路の動作を示し
たタイムチヤートであり、本発明による位相検波
方法の測定シーケンスの一例を示したタイムチヤ
ートである。第7図は出力回路14,15中に
A/D変換器を含み、N=4とした場合のシーケ
ンスである。第7A図は位相検波器11の出力信
号をA/D変換するシーケンス、第7B図は位相
検波器12の出力信号をA/D変換するシーケン
スを示しており、それぞれスイツチ1をv側に接
続した場合を示している。XA,YAはT6〜T13
測定することによりデジタル信号に変換される。
同様にスイツチ1をw側に接続し同様な測定を行
なうことによりXB,YBはデジタル信号に変換さ
れる。これらデジタル信号を演算装置(図示せ
ず)により前述した数式に基づき処理することに
より、高精度を測定を行なうことができる。
また本発明においては位相検波器を2個使用す
るので、未知信号E1,E2の0゜成分、90゜成分の各
測定に対して第1図の場合に比べて2倍の時間を
使用することができる。換言すれば、第1図の場
合と本発明の場合とを同一測定時間とした場合、
本発明では2倍のS/N比を得ることができる。
同一S/N比を得る場合には1/2の測定時間でよ
い。
以上説明したことより明らかなように、本発明
によれば高速且つ高精度で位相検波を行なうこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の位相検波方法を説明するための
位相検波回路のブロツク図、第2図は第1図に示
す2個の入力信号のベクトル図、第3図は第1図
に示す2個の入力信号を発生する具体的回路図、
第4図は第1図に示した出力回路の動作を示した
タイムチヤート、第5図は従来の他の位相検波方
法を説明するための位相検波回路のブロツク図、
第6図は第5図に示す2個の入力信号のベクトル
図、第7図は第5図に示した出力回路の動作を示
したタイムチヤートである。 1……スイツチ、2,11,12……位相検波
器、13……位相信号発生器、3,14,15…
…出力回路、4……信号源、5……供試素子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1、第2位相検波器の一方の入力端子に第
    1交流信号E1または第2交流信号E2を入力し、
    第1位相検波器の他方の入力端子に第1基準信号
    を入力し、第2位相検波器の他方の入力端子に第
    1基準信号とほぼ90゜離れた第2基準信号を入力
    して第1、第2交流信号E1,E2を順次位相検波
    すると共に、前記第1、第2基準信号の位相関係
    を維持しながら前記第1、第2基準信号の位相を
    予定量だけ順次づらして第1、第2交流信号E1
    E2を複数回位相検波し、そして第1、第2位相
    検波器の出力信号より第1、第2交流信号E1
    E2のベクトル電圧比を平均して求めるようにし
    た位相検波方法。 2 第1交流信号E1は供試素子に生づる電圧を
    表す信号であり、第2交流信号E2は前記供試素
    子に流れる電流を表す信号である特許請求の範囲
    第1項に記載の位相検波方法。
JP58137214A 1983-07-27 1983-07-27 位相検波方法 Granted JPS6028306A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58137214A JPS6028306A (ja) 1983-07-27 1983-07-27 位相検波方法
US06/634,907 US4654585A (en) 1983-07-27 1984-07-26 Phase detection method

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58137214A JPS6028306A (ja) 1983-07-27 1983-07-27 位相検波方法

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JPS6028306A JPS6028306A (ja) 1985-02-13
JPH0426065B2 true JPH0426065B2 (ja) 1992-05-06

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JPS6028306A (ja) 1985-02-13
US4654585A (en) 1987-03-31

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