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天津理工大学研究生学位论文




高精度相位计及其 GPIB 接口的研究
与设计


（申请硕士学位）










学科专业：检测技术与自动化装置
研究方向：传感器技术与自动检测系统
作者姓名：张金洲
指导教师：何宏 教授


2014 年 1 月
Thesis Submitted to Tianjin University of Technology for
the Master’s Degree






Research and Design of High Precision
Phasemeter and GPIB Interface











By
Zhang Jinzhou


Supervisor
Prof. He Hong



January 2014
摘要

本课题是以与天津市中环电子仪器有限公司合作的横向课题“高精度宽带相位计
的研制”为背景。相位差测量技术发展至今已经深入到众多领域，尤其是在电子技术、
电力系统、工业自动化，智能控制、航空电子等领域有着广泛的应用。目前国内专用于
相位差测量的相位计比较少见，而且普遍存在对被测信号幅度和频率要求过高、反应时
间慢、显示精度较低等问题，本文正是基于以上几点问题，设计出了一款高性能的高精
度相位计。本文的主要工作分为以下四个方面：
1、相位测量方法的研究。本文首先对国内外的相位测量技术进行了深入分析，详
细介绍和分析了示波器观察法、数字化测量相位差及过零鉴相法三种典型的相位测量方
法，并最终选择过零鉴相法作为相位计设计的理论基础。
2、自动换程电路的设计。自动换程电路主要包括衰减网络、放大电路、电平幅值
检测电路和逻辑控制电路四个模块，该电路采用循环计数法的原理，通过控制继电器的
开关闭合状态实现对输入信号不同程度的放大和衰减，有效地保护了整个相位计系统。
3、过零鉴相法的硬件实现。根据相位计系统的工作流程，整个系统电路分为整形
电路、鉴相电路、方波转电压电路、A/D 电路、测频电路以及显示电路等几个部分。整
形电路的作用是将输入的正弦信号整形为方波信号，鉴相电路和方波转电压电路将两路
被测信号之间的相位差转换成直流电压，此电压值与相位差成一定的比例关系。测频电
路同步直观地显示了当前输入被测信号的频率。
4、GPIB 接口的设计。为相位计配置可程控的 GPIB 接口，满足了高精度相位计的
智能化需求。本文首先对 GPIB 总线和