一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108535544A(43)申请公布日2018.09.14(21)申请号201810304441.9(22)申请日2018.04.08(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人李文兵杜远博陆泽晃(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人许恒恒李智(51)Int.Cl.G01R25/06(2006.01)G01R25/04(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图1页(54)发明名称一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，该方法包括以下步骤：(1)对待测信号进行数据采样得到数字信号；(2)根据数字信号构建第一参考信号和第二参考信号，然后分别乘以数字信号，接着对相乘后的信号进行滤波使其仅保留差频项，并将两个滤波后的信号相除，再通过求解反正切或反余切得到相除后所得信号的相位数值；接着，通过相位解缠并去除线性漂移即可得到待测信号的相位数据。本发明通过对该测量方法的整体流程设置、关键步骤及具体处理过程进行改进，实现了一种参数调节更为方便、相位测量原理和系统实现更为简单的高精度数字相位测量方法及相应系统，能够有效解决精密测量等科学研究中相位测量精度问题。CN108535544ACN108535544A权利要求书1/3页1.一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)数据采集：以包含待测相位信息的待测信号作为输入信号，对该待测信号进行采样得到数字信号；(2)相位测量：根据所述步骤(1)得到的所述数字信号构建第一参考信号和第二参考信号，所述第一参考信号和所述第二参考信号的相位之差为90°，两者频率相同；然后将所述数字信号分别与所述第一参考信号和所述第二参考信号相乘，接着对相乘后的信号进行滤波使其仅保留频率为所述数字信号和所述第一参考信号两者频率差值的信号，然后将两个滤波后的信号相除，再通过求解反正切或反余切得到相除后所得信号的相位数值；接着，通过对所述相位数值进行相位解缠并去除线性漂移后，即可得到所述待测信号的相位数据；优选的，所述步骤(2)中，所述第一参考信号与所述数字信号两者频率之差的绝对值小于100Hz，优选小于0.1Hz。2.如权利要求1所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其特征在于，记所述待测信号满足其中A为该待测信号的幅值，f0为该待测信号的频率，为该待测信号的待测相位，则所述步骤(1)得到的所述数字信号仍满足并且，所述步骤(2)具体包括以下子步骤：(2-1)构建第一参考信号B*sin(2πf1t)，其中B为该第一参考信号的预先设置的幅值，f1为该第一参考信号的频率；并且，如果记f0-f1＝Δf，则Δf满足|Δf|<0.1Hz；(2-2)将所述步骤(2-1)构建得到的所述第一参考信号其相位移动90°，产生第二参考信号B*cos(2πf1t)；(2-3)将所述数字信号与所述第一参考信号相乘，得到第一乘积信号(2-4)对所述步骤(2-3)得到的第一乘积信号进行滤波，得到第一滤波信号(2-5)将所述数字信号与所述第二参考信号相乘，得到第二乘积信号(2-6)对所述步骤(2-5)得到的第二乘积信号进行滤波，得到第二滤波信号(2-7)将所述第一滤波信号除以所述第二滤波信号，得到正切函数(2-8)对所述步骤(2-7)得到的所述正切函数求反正切，得到包含有所述待测信号相位信息的相位数值(2-9)对所述相位数值进行相位解缠，具体是在所述相位数值发生突变的位置加上或减去π的整数倍实现相位连续，即得到解缠后的相位数值；(2-10)从所述解缠后的相位数值中去除线性漂移2π(f0-f1)t，即可得到所述待测信号的相位3.如权利要求1所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其特征在于，2CN108535544A权利要求书2/3页所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法还包括步骤(3)：将所述步骤(2)实时测量得到的所述待测信号的相位数据以预先设置的存储速率进行存储；优选的，所述存储是存储至电脑磁盘上，优选是先将该相位数据存储率减小至不超过100Samples/s后进行存储的。4.如权利要求1所述基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述采样的采样频率大于所述待测信号频率的2倍。5.一种基于正交相位解调技术的高精度数字相位测量系统，其特征在于，该系统包括：数据采集模块：该数据采集模块用于以包含待测相位信息的待测信号作为输入信号，对该待测信号进行采样得到数字信号；相位测量模块：该相位测量模块用于根据所述数据采集模块得到的所述数字信号构