第6章 相位差测量
第六章 相量法(3)

7.复功率
为了用相量 和I来计算功率,引入“复 U 功率”
I
+ 定义:
U _
负 载
I * 单位 VA S U
S UI(Ψu Ψi ) UIφ Sφ UIcosφ jUIsinφ P jQ
复功率也可表示为:
S UI * ZI I * ZI 2 (R jX)I 2 RI 2 jXI 2
空载 cos =0.2~0.3 满载 cos =0.7~0.85
设备容量 S (额定)向负载送多少有功要由负载的阻抗角决定。 一般用户: 异步电机
日光灯
cos =0.45~0.6
(2) 当输出相同的有功功率时,线路上电流大,
I=P/(Ucos),线路压降损耗大。
+ u i Z
1 2
I
P UI cosφ UIG
Q UI sinφ UI B
2 2 S P 2 Q 2 U IG I B IU
S
P
Q
Z
R
X
U
UR
UX
I
IG
IB
相似三角形
无功的物理意义: 反映电源和负载之间交换能量的速率。
例
QL I 2 X L I 2L ω 1 L( 2 I )2 2 1 LI 2 2π fW 2π W ω max max T 2 m
40 L 0.127 H 100
方法二
PI R
2
P 30 R 2 2 30Ω I 1
又
U 50 | Z | 50Ω I 1
| Z | R 2 (L)2
第6章 相量法

(1) i1(t) 10cos(100 t 3 4) j 3 4 ( 2) 5 4
i2(t) 10cos(100 t 2)
j 5 4 2 3 4
(2) i1(t) 10cos(100 t 300 ) i2(t) 10cos(100t 1050 )
i2(t) 10sin(100 t 150 ) j 300 (1050 ) 1350
duC dt
uC
u(t )
i
+R
u
_
C L
两个正弦量的相加:如KCL、KVL方程运算。
i1 2 I1 cos(w t 1 ) i2 2 I2 cos(w t 2 )
正弦稳态电路特点: 若所有激励为频率相同的 正弦量,则线性电路响应 为同频率的正弦量。
6.1 正弦量
ui1, i
i2
角频率: w
a2b2 ) j(a2b1 b12 b22
a1b2 )
c1
jc2
c1
a1b1 b12
a2b2 b2 2
c2
a2b1 b12
a1b2 b22
6.2 复数
4.复数乘除运算——采用极坐标形式
若 A1=|A1| 1 ,A2=|A2| 2
则: A1 A2 A1 e j1 A2 e j2
*无线通讯频率:30 KHz - 3×104 MHz
6.1 正弦量
同一个正弦量,计时起点不同,初相位不同。
初相位:最大值与纵轴之间的
角度,与计时起点有关。
规定: ||
最大值点在 纵轴的左边
最大值点在 纵轴的右边
推迟到达 最大值点
提前到达 最大值点
【例】已知正弦电流波形如图,w=103rad/s, (1)写出i(t)表达式;
第六章 相量法(1)

>0, u超前 角,或i 落后u 角(u 比i先到达最大值); 超前i 先到达最大值) 超前 先到达最大值 u, i u i O
Im A2
图解法
(1)加减运算 (1)加减运算——采用代数形式 采用代数形式 加减运算 若 则
A1=a1+jb1, A2=a2+jb2 A1±A2=(a1±a2)+j(b1±b2)
A1 0 Re
乘除运算——采用极坐标形式 (2) 乘除运算 采用极坐标形式 若 则:
A1=|A1| θ 1 ,A2=|A2| θ 2
ψu ψi 先到达最大值. <0, i 超前 u 角,或u 滞后 i 角,i 比 u 先到达最大值. ,
ωt
特殊相位关系: 特殊相位关系:
=±π (±180o ) ,反相: 反相: ±π ±
u, i u u i 0 u, i u i 0 iω t
= 0, 同相: 同相:
u, i
0 = π/2: π/2
i , Im , I
5.正弦量的相量表示 5.正弦量的相量表示 问题的提出: ① 问题的提出:
电路方程是微分方程: 电路方程是微分方程: +i R C L
u
_
d uC duC LC + RC + uC = u(t ) dt dt
2
两个正弦量的相加: 方程运算. 两个正弦量的相加:如KCL,KVL方程运算. , 方程运算
相位差测量

第3章 信号发生器
可变相移器的改进: 前一页的RC相移器(图6.5-2)—最大调节度为0°~90° 改进一:下图(a):变压器式相移器--最大调节度为0°~180° ----但缺点:变压器体积大,能耗也大. 改进二:下图(b): RC+V(晶体管)相移器 特点:∵晶体管c极与 e极电压相移180°∴将RC接到ce极间
1。差接式相位检波器 2。平衡式相位检波器
第3章 信号发生器
1。差接式相位检波器(电路)
电路特点:元件参数严格对称:R1=R2;C1=C2; 测量条件:U1>>U2>1V; (信号1幅度>>信号2幅度)
R1C1、R2C2、R3C3 >>T(时间常数>> 被测信号周期)
u 工作原理:AB两点电压: AE = u1+u2(为两信号矢量相加) EB两点电压:uEB = u1-u2(为两信号矢量相减) F点电压: uF = -u2+U2mcos φ 经滤波除去u2后uF0 = U2mcos φ
经滤波除去第二项高频成份后 i=4a2U1mU2mcosφ ----只剩下与相差有关的项。 (与输入频率的项已不存在)
第3章 信号发生器
6. 5 零示法测量相位差
零示法又称比较法。 方法:通过精密移相器的相移值与被测相移值作比较来确 定被测信号间的相位差。
测量时:调节可变相移器进行移相, 当 平衡时:u1的相位= u2的相位; 指示器指示=0; 则: u1 u2的相位差=可变相移器的相移值.
第3章 信号发生器
一。直接比较法
如图所示为一双踪示波器测量信号时屏幕显示的图像。已知两被测正弦波信号的频 率相同。示波器 置于1V档, 置于1s 档。求:⑴两正弦波信号的幅度频率。⑵ 两信号的相位差。
第6章 单点定位

• 单位权中误差,其受伪距测量精度、星历精度及大气延迟 影响;
• 对应的协因数矩阵,它由卫星的空间几何分布决定
6.1 伪距单点定位
协因数矩阵中各个元素反映了在特定的卫星空间几何分布 下,不同参数的定位精度及其相关性信息。因此,利用这些信 息即可描述卫星空间几何分布对定位精度影响的精度因子: 常用的精度因子有: (1)几何精度因子(Geometric Dilution of Precision, GPOP)
式中 , Qx
qYX
qYY
qYZ
R
sin L0
cos L0
0
为坐标转换矩阵,
qZX qZY qZZ
cos B0 cos L0 cos B0 sin L0 sin B0
B0和L0分别为对应的大地纬度和大地经度。
6.1 伪距单点定位
由此可得到另两个常用的精度因子 (4)水平精度因子(Horizontal Dilution of Precision, GPOP)
23934824.154
23978631.5766+43
822.577
24181945.803 24298916.7595+116 967.755
22957572.280 22965399.9529+7 834.145
22385541.968 22355209.7858 30 330.506
ni
1
VX VY
VZ
=i
i0
+cV t
i
S
Ii Ti i
cVtR
若接收机同时接收n( n ≥4)颗卫星,则上式可写为:
6.1 伪距单点定位
l1
l2
l3
第六章例题

[例6-1]设有三相对称电流θcos I i a =,)120cos( -=θI i b ,)120cos(+=θI i c ,t 'ωθθ+= 。
若d ,q 轴的旋转速度为ω,即t ωαα+= 。
试求三相电流的d ,q ,0轴分量。
解:利用变换式(6-30),可得])'()cos[()cos(t I I i d ωωθαθα-+-=-= ])'()sin[()sin(t I I i q ωωθαθα-+--=--=00=i现就'''0,,2ωωωωω===三种情况,将a ,b ,c 系统和d ,q ,0系统的电流列于表6-2。
[例6-2]已知同步发电机的参数为:X d =1.0,X q =0.6,85.0cos =ϕ。
试求在额定满载运行时的电势E q 和E Q 。
解:用标幺值计算,额定满载时V=1.0,I=1.0。
(1) 先计算E Q 。
由图6-15的向量图可得22)cos ()sin (ϕϕI X I X V E q q Q ++==41.1)85.06.0()53.06.01(22=⨯+⨯+(2) 确定QE •的相位。
向量QE •和V •间的相角差2153.06.0185.06.0arctansin cos arctan=⨯+⨯=+=ϕϕδI X V I X q q也可以直接计算QE •同I •的相位差)(ϕδ+ϕδ+= 5385.06.053.0arctancos sin arctan=+=+ϕϕV I X V q(3) 计算电流和电压的两个轴向分量8.053sin )sin(==+=I I I d ϕδ6.053cos )cos(==+= I I I q ϕδ36.021sin sin === V V V d δ93.021cos cos === V V V q δ(4) 计算空载电势q E 。
qE =QE +(dX -q X ) dI =1.41+(1-0.6)⨯0.8=1.73[例6-3] 就例6-2的同步发电机及所给运行条件,在给出'd X =0.3,试计算电势'q E 和'E 。
电子测量技术频率时间与相位测量

第7页
电子测量原理
6.1.3 频率(时间)测量方法
1.直读法 在工程中,工频信号的频率常用电动系频率表进行测 量,并用电动系相位表测量相位,因为这种指针式电工仪 表的操作简便、成本低,在工程测量中能满足其测量准确 度。这种电动系频率表和相位表,可见本书第二章。 2.电路参数测量法 通过测量电路参数达到测量频率目的的方法有两种。 首先是电桥法,把被测信号作为交流电桥的电源,调节桥 臂参数使电桥平衡,由平衡条件可得出被测频率的结果。
图6-4中各处信号的波形关系,可见图6-5 所示。图中 的被测信号为正弦波形,整形后只是在过零变正的瞬间产 生脉冲,而且一个周期只产生一个脉冲。
第23页
电子测量原理
6.2.4 误差分析
由式(6-6)可得:
dfx dNdTs fx N Ts
(6-7)
最大误差: d ffxx ma x(d NN d T ssT )(|N||T|) (6-8)
第19页
电子测量原理
6.2.2 电子计数器测频的组成框图
电子计数器的组成框图见图6-4所示
fx
放大
整形
闸门
十进制 计数器
译码 显示
门控
晶振
1ms
K
10S 1s
10ms 0.1s
时标
放大 整形
十进分频
图中各电路的作用如下: 放大整形:放大是对小信号而言,整形是将各种被测
波形整形成脉冲(如采用施密特电路)。 晶振:石英晶体振荡器,产生频率非常稳定的脉冲信
第4页
电子测量原理
6.1.2 频率或时间标准
人们早期根据在地球上看到太阳的“运动”较为均匀 这 一现象建立了计时标准,把太阳出现于天顶的平均周期( 即平均太阳日)的86400分之一定为一秒,称零类世界时 (记作UTo),其准确度在10-6量级。考虑到地球受极运 动(即极移引起的经度变化)的影响,可加以修正,修正 后称为第一世界时(记作UT1)。此外,地球的自转不稳 定,进行季节性、年度性变化校正,引出第二世界时(记 作UT2),其稳定度在3×10-8。而公转周期却相当稳定, 于是人们以1900回归年的31556925.9747分之一作为历书时 的秒(记作ET),其标准度可达±1×10-9。
第6章-波动光学-课件

(2)相邻明条纹间距 b 对应 标准平板玻璃
空气膜厚度差是 ,故间距 a
2
对应空气膜厚度差应是 a 。
2b
图6.15
待检工件
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
二 牛顿环
由一块平板玻璃和一平凸透镜组成
d
光程差
Δ2d
2
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
牛顿环实验装置
Δ2nd
2
k, k1,2,明纹
Δ (2k1), k0,1,暗纹
2
n1 n1
第四章 机械振动
n
d
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
讨论
b
n1 n
L
b
(1)棱边处 d0
n
n /2 D
Δ 为暗纹.
2
n1
(k 1) (明纹)
d 2 2n
Байду номын сангаас
劈尖干涉
k 2n (暗纹)
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
(2)相邻明纹(暗纹)
b
n1 n 间的厚度差
L
b
n
n /2 D
n1
di1di
n
2n 2
D L
n 2
b
劈尖干涉
6.5 劈尖 牛顿环
第四章 机械振动
b
L
n1 n
n
n /2 D
n1
(3)条纹间距
b 2n
Dn L L
2b 2nb
b
劈尖干涉
6.5 劈尖 牛顿环
(4 )干涉条纹的移动
第四章 机械振动
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第6章 相位差测量
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;与标准移相器的比较(零示法)等。本章对 上述四类方法测量相位差的基本工作原理都作以介绍,
小数点位置,测量者可直接读出相位差。
只要使晶振标准频率满足式 (6.3—5),就不必测量待测信 号周期的数值,从而可节省一个闸门形成电路,一个计数显示 电路。依此思路,实用的电子计数式直读相位差计的框图如图6, 3—3所示。
图6.3—3 电子计数式相位差计框图
第6章 相位差测量
6.4 相位差转换为电压进行测量
但重点讨论把相位差转换为时间间隔的测量方法。
第6章 相位差测量
6.2 用示波器测量相位差
一、直接比较法 设电压
u1 (t ) U m1 sin(t ) u2 (t ) U m 2 sin t
(6.2-1)
为了叙述问题方便,并设式(6.2—1)中u2(t)的初相位为零。
第6章 相位差测量
式中Ym、Xm分别为光点沿垂直及水平方向的最大
位移。由式(6.2—6)(b)得sin t x / X m ,代入式(a)得
Ym 2 y ( x cos X m x 2 sin ) Xm
(6.2-7)
式(6.2—7)是一个广义的椭圆方程,其椭圆图形
如图6.2—30令式(6.2—7)中 x 0, y 0 ,求出 椭圆与垂直、水平轴的交点 y0、x0 分别等于
tB t A T 360 360 tC t A T
(6.2-2)
式中:T为两同频正弦波的周期; T 为两正弦波过零点 的时间差。
第6章 相位差测量
若示波器水平扫描的线性度很好,则可将线段AB 写为 AB k (tC t A ) ,线段 AC k (tC t A ) ,其中 秃为比例常数,则式(6.2—2)改写为
AB 360 AC
(6.2-3)
量得波形过零点之间的长度AB和AC即可由式 (6.2—3)计算出相位差 。
第6章 相位差测量
二、椭圆法 在§5。6中讲述了李沙育图形法测量信号频率,若频率
相同的两个正弦量信号分别接到示波器的X通道与Y通道,
一般情况下示波器荧光屏上显示的李沙育图形为椭圆,而椭 圆的形状和两信号的相位差有关,基于此点用来测量相位差
的方法称为椭圆法。
一般情况下,示波器的Y、X两个通道可看作为线性系统, 所以荧光屏上光点的位移量正比于输入信号的瞬时值。如图 6.2—2所示,u1加于y通道,u2加于X通道,则光点沿垂直 及水平的瞬时位移量y和x分别为
y KY u1 x K X u2
第6章 相位差测量
式中 KY、K X 为比例常数。设 u1、u2 分别为
(6.4-2)
由于 (U2m / U1m ) 1 ,因而 (2U2m / U1m ) cos 1 , 2 所以忽略式(6.4-1)\(6.4-2)中 (U2m / U1m ) 项,利
U 2m U AEm U1m 1 2 co s U1m U 2m U1m 1 1 co s U1m
第6章 相位差测量
第6章 相位差测量
6.1 概 述
6.2 用示波器测量相位差 6.3 相位差转换为时间间隔进行测量 6.4 相位差转换为电压进行测量 6.5 零示法测量相位差
6.6 测量范围的扩展
习 题 六
第6章 相位差测量
6.1 概
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
第6章 相位差测量
为消除系统固有相位差的影响,通常在一个通道前接一移相器 (如Y通道前),在测量前先把一个信号,如 u1 (t ) ,接入X通道和
经移相器接入Y通道,如图6.2-5(a)所示。调节移相器使荧光屏 另一个信号接入X通道进行相位差测量,如图6.2—5(b)所示。
上显示的图形为一条直线,然后把一个信号经移相器接入Y通道,
1 2
(6.1-4)
由此可见:两个频率相同的正弦量间的相位差是
常数,并等于两正弦量的初相之差。在实际工作中,
经常需要研究诸如放大器、滤波器、各种器件等的频 率特性,即输出输入信号间幅度比随频率的变化关系
(幅频特性)和输出输入信号间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 相干接收等学科领域,研究网络(或系统)的相频特性显 得更为重要。
由式(6,2—8)可解算得相位差
y0 x0 arcsin( ) arcsin( ) Ym Xm
y0 Ym sin x0 X m sin
(6.2-8)
第6章 相位差测量
图6.2—2 椭圆法测量相位差
图6.2—3 椭圆图形
图6.2—4 相位差刻度板
B 设椭圆的长轴为A,短轴为B,可以证明相位差 2 arctan A
一、差接式相位检波电路 图6.4—1(a)所示的鉴相电路应具有较严格的电路对 称:两个二极管特性应完全一致,变压器中心抽头准 确,一般取
R1 R2 , C1 C2 。下面介绍这种鉴相
电路的基本原理。
图6.4—1 差接式相位检波电路 图6.4—1 差接式相位检波电路
第6章 相位差测量
U AEm
如果在示波器荧光屏上配置一个如图6.2—4所示的刻度
板,测量时读取椭圆长、短轴刻度,由式(6.2—10)可算出 φ 。 由于椭圆总是与短轴垂直,测量视角小,同时短轴对φ的变化 很敏感,因而测量误差较小。 还应说及的是,示波器Y通道、X通道的相频特性一般不会 是完全一样的,这要引起附加相位差,又称系统的固有相位差。
uF u2 (t ) U1m U 2 m cos U1m u2 (t ) U 2m cos
第6章 相位差测量
流分量-u2(t),得直流输出电压 U0 U2m cos 二、平衡式相位检波电路
R3和C3组成一低通滤波器,滤除角频率为。的交 (6.4-9)
由4个性能完全一致的二极管D1一D4接成“四边形”,待 测两信号通过变压器对称地加在“四边形”的对角线上,输出
第6章 相位差测量
图6.2—5 校正系统固有相位差
第6章 相位差测量
6.3 相位差转换为时间间隔进行测量
一、模拟式直读相位计 图6.3-1(a)是模拟式直读相位计的原理框图,(b) 是相应的各点波形图。
图6.3—1 模拟直读相位计原理框图与各点波形
第6章 相位差测量
图6.3—1 模拟直读相位计原理框图与各点波形
u1 U m1 sin(t ) u2 U m 2 sin t
将式(6.2—5)代入式(6.2—4)得
(6.2-5)
y KY U m1 sin(t ) Ym sin(t ) Ym sin t cos Ym cost sin ( a ) (6.2-6) x K X U m 2 sin t X m sin t (b)
(1t 1 ) (2t 2 )
(1 2 )t (1 2 )
它们的瞬时相位差
第6章 相位差测量
显然,两个角频率不相等的正弦电压(或电流)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 1 2 时,则有
u Um sin(t 0 )
(6.1-1)
式中:Um为电压的振幅; 为角频率;0 为初相位。
0 设 t 0 ,称瞬时相位,它随时间改变,
是t=0时刻的瞬时相位值。两个角频率为 1、2 的正 弦电压分别写为
u1 U m1 sin(1t 1 ) u2 U m 2 sin( 2t 2 )
所以F点电位
uF u2 (t ) Uc1 U R1
(6.4-7)
式中UR1为电阻R1上的电压。因为R1=R2,故 U R1 U R 2 又 U R1 1 (U R1 U R 2 ) 1 (U c1 U c 2 ) U1m
2
2
将式(6.4—5)、(6.4—8)代入式(6.4—7)得
电压从两变压器的中心抽头引出,如图6,4—2所示。图中RL
为负载电阻,C为滤波电容。对信号频率 来说相对于短路。
图6.4—2 平衡式相位检波器
第6章 相位差测量
设二极管上的电流电压参考方向关联,其伏安特 性为二次函数,即 式中 a0、a1、a2 为实常数。当输入信号电压参考方
i a0 a1u a2u
第6章 相位差测量
以电流为例,其平均电流 联系式(6.2—2),得
T I0 360 Im
I0
T
Im
(6.3-1) (6.3-2)
由于管子导通电流Im是固定的,所以相位差与平均 电流I0成正比。 二、数字式相位差计 数字式相位差计又称电子计数式相位差计,这种 方法就是应用电子计数器来测量周期T和两同频正弦波 过零点时间差 T ,依式(6.2—2)换算为相位差。对
图6.2—1 比较法测量相位差
第6章 相位差测量
将ul、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,使在荧光屏上显示出 如图6.2—1所示的上下对称的波形。设u1过零点分别为
A、C点,对应的时间为
t A、tC ; u2
过零点分别为B、
D点,对应的时间为 tB、tD 。正弦信号变化一周是360o, 过零点A比u2过零点B提前 tB t A 出现,所以u1超前u2的 相位,即u1与u2的相位差