㈠ 平方環法的原理
在軟體無線電(SDR)技術實現的收發系統中,數字鎖相環在載波同步、位同步、相干解調、信號跟蹤、頻率選擇等方面發揮著重要作用,已成為數字調制/解調,數字上變頻/下變頻中不可缺少的核心器件。接收機為了提取載波,普遍採用平方環法和科斯塔斯環法,其中平方環以其電路結構簡單而得到了廣泛應用。但在平方環電路的設計中,由於NCO(或VCO)工作在2ωc頻率上,當環路鎖定後,其NCO(或VCO)的輸出需經過二分頻才能得到所需載波。而二分頻電路在實現過程中,特別是在對NCO進行數字分頻時,用FPGA實現太耗資源。
以下提出一種新的數字平方環電路,實現了從BPSK信號中提取相干載波的功能,簡單易行,便於實現,並對其進行了數學推導和建模模擬,具有良好的實用價值。
1鎖相環的結構
鎖相環(PLL)由鑒相器(PD)、環路濾波器(LF)以及數控振盪器(NCO)組成,如圖1所示。
鑒相器通常由乘法器來實現,鑒相器輸出的相位誤差信號經過環路濾波器濾波後,作為數控振盪器的控制信號,而數控振盪器的輸出又反饋到鑒相器,在鑒相器中與輸入信號進行相位比較。PLL是一個相位負反饋系統,當PLL鎖定後,數控振盪器的輸出信號相位將跟蹤輸入信號的相位變化,這時數控振盪器的輸出信號頻率與輸入信號頻率相等,但相位保持一個微小誤差。
2平方環法的工作原理
在平方環載波恢復電路中,BPSK信號經平方後得到兩倍載頻的頻譜分量,用鎖相環提取這一分量,然後進過二分頻可得到載頻分量,如圖2所示。
因鑒相器採用乘法器實現,則鑒相器輸出相位誤差信號為:
其中,Kd=KpA/4。環路濾波器的輸出僅與數控振盪器輸出和輸入信號之間相位差有關,控制電壓,以准確地對數控振盪器進行調整。顯然,當本地恢復的同相載波與調制載波達到同頻同相時,△φ=0。因此,解調的關鍵在於調整NCO輸出信號的頻率和相位,使其最終滿足△φ=0或在一個很小的范圍內,即相干解調的本地載波同步問題。鎖相環在工作時可能鎖定在任何一個穩定平衡點上。這意味著恢復出的相干載波可能與所需要的理想本地載波同相,也可能反相。由於本地參考載波有0,π模糊度,因而解調得到的數字信號可能極性完全相反,從而1和0倒置。這對於數字傳輸來說當然是不能允許的。克服相位模糊度最常用且最有效的方法是在調制器輸入的數字基帶信號中採用差分編碼。
3改進平方環的工作原理
改進的平方環載波恢復電路,如圖3所示。利用DDS產生的NCO數控振盪器能夠輸出完全正交的正餘弦信號,並考慮到三角函數之間的關系sin(2ωct+2△φ)=2sin(ωct+△φ)cos(ωct+△φ),因此這里將NCO的頻率鎖定在載波頻率ωc上,然後將NCO兩路正餘弦輸出通過一個乘法器再增益2倍,並且在FPGA實現時,只需要進行簡單的移位就能完成乘除法的運算,輸出就為傳統平方環的NCO輸出,由於數控振盪器將頻率鎖定在ωc上,所以它的正弦輸出即為提取的載波,省去了二分頻電路。由於傳統的二分頻電路均採用數字分頻電路,不能保持原有的正弦波形,因此還需要附加濾波器等電路。相比改進的電路要復雜得多,並且在實現上也不如改進之後的容易。
4環路部件
4.1 鑒相器
在鎖相環中,鑒相器(又稱為相位檢測器)是一個相位比較裝置。它是將輸入信號與數控振盪器的輸出信號的瞬時相位進行比較,產生一個輸出電壓。這個電壓的大小,直接反映兩個信號相位差的大小;這個電壓的極性,反映輸入信號超前或滯後於數控振盪器輸出信號的相對相位關系。由此可見,鑒相器在環路中是用來完成相位差與電壓變換的,其輸出誤差電壓是瞬時相位誤差的函數。
4.2環路濾波器
環路濾波器用於衰減由於輸入信號雜訊引起的快速變化的相位誤差和平滑相位檢測器泄露的高頻分量即濾波,以便在其輸出端對原始信號進行精確的估計,環路濾波的階數和雜訊帶寬決定了環路濾波器對信號的動態響應。文獻[5]對幾種常用的環路濾波器性能進行了詳細的分析。由於一階環路濾波器會產生穩態相差,從而降低系統誤碼性能;三階環路濾波器實際實現難度較大;二階環路濾波器在直流增益為無窮大,而頻偏為常數的情況下,仍然能夠實現穩態,實現難度適宜,即採用二階環路濾波器,其結構框圖如圖4所示。
式中:ξ為環路阻尼系數,通常取0.707;ωn為阻尼振盪頻率;Ts為頻率控制字更新周期;Kd為環路增益。詳細的推導見參考文獻[6]。因此環路濾波器參數的設計關鍵在於ωn,Kd。通常設計時用濾波器的雜訊帶寬Bn來取代ωn,即:。鎖相環路的各種性能對叫ωn,ξ的要求存在著矛盾和統一,增大叫ωn,ξ,可以增大捕獲帶,減小捕獲時間,加強對NCO雜訊的濾除,減小穩態相關,增大同步帶,增大同步掃描頻率;減小ωn,ξ,可以加強對輸入雜訊的濾除,延長平均跳周時間。增強一方性能,則會降低另一方性能,因此合理設計環路濾波器的參數能夠優化系統的性能。
4.3數控振盪器
NCO在環路中的作用就是產生理想的頻率可變的正弦和餘弦,確切地說是產生一個頻率實時可變的正弦樣本。正弦樣本可以用實時計算的方法產生,但在高速采樣頻率中,NCO產生正弦和餘弦的最有效辦法就是查找表法,即事先根據NCO正餘弦相位計算好相應的正餘弦值,並以相應的相位角度作為波形存儲器(ROM)的取樣地址來存儲對應相位的正餘弦值。NCO的相位,可通過固定的頻率控制字(載波頻率)與環路濾波器的輸出累加和相加得到,即可把存儲在波形存儲期內的波形抽樣值(二進制編碼)經查找表查出,完成相位到幅值轉換。NCO內部ROM正餘弦表的大小影響輸出波形的精度,越大的ROM正餘弦表,得到的波形輸出越理想,但同時增加了硬體資源。考慮到正弦信號的對稱性,只存儲1/4的周期,即0~π/2的波形,通過對輸入到波形ROM的地址及其輸出數據的關系,可按照一定演算法予以實現。
5模擬與分析
利用Simulink對改進的平方鎖相環進行了模擬。由於用FPGA實現時,可直接定義DDS為兩路正交的輸出,而在Simulink模型中,數控振盪器的輸出僅為一端輸出。在此為了簡單起見,搭建鎖相環模型時用到了兩個數控振盪器,為得到正交的輸出只需要將兩個數控振盪器的相位差定為π/2即可。這樣做不僅大大地簡化了搭建模型的時間,而且對模擬本身沒有任何影響,模擬核心部分如圖5所示。模擬條件:初始相差為π/3;初始頻偏為5 kHz;調制方式為BPSK;碼元速率為2 Mb/s;載波頻率為4 MHz。
模擬模型如圖6所示。其中,Bernoulli BinaryGenerator和sine Wave模塊分別產生伯努利分布的隨機二進制數序列和載波信號,將隨機二進制數序列通過簡單的變換模塊,生成雙極性不歸零碼,再一起送人Proct模塊完成BPSK調制。因為該模擬主要是驗證演算法的可行性,所以假設是在理想的信道下傳輸的。在接收解調端,使用乘法器Proct1完成平方功能,也可將該乘法器用絕對值模塊等非線性器件模塊代替。Proct2作為鎖相環的鑒相器,並且該鎖相環路為二階環。為了驗證該演算法的可行性,設置NCO的中心頻率與發送載波頻率之間有一定誤差,控制靈敏度也可通過模擬實驗確定。為了更好地比較模擬結果,SineWavel模塊的頻率與NCO設置的中心頻率一致,並將輸出一起送進示波器進行觀察分析。
示波器Scope2對比顯示了雙極性不歸零碼與相干載波乘積的輸出和未經過鎖相環路乘積的輸出。圖7給出了乘以載波之後的信號波形(示波器的橫坐標表示時間軸,物理符號是t,單位為s,物理量為2μs;縱坐標表示信號的強度)。為了更加清晰地觀察圖形,圖7波形是低通和抽樣判決器之前的波形。從圖中對比不難看出,改進的鎖相環路能夠很好地將信號解調出來,從而達到了預想的效果,並通過模擬得知其仍然能夠應用於相關的領域(如調制解調),然而對於有相位差和頻偏的載波已經不能解調出原始的信號了。模擬中,如果減小NCO的靈敏度,可觀察到鎖相環失鎖。示波器Scope對比顯示了原始雙極性不歸零碼和解調判決的輸出,如圖8所示(示波器的橫坐標表示時間軸,物理符號是t,單位為s,物理量為5μs;縱坐標表示信號的強度)。解調輸出的序列比原始序列稍有延遲,但是不難發現,改進的平方環載波恢復電路能夠准確地解調調制後的信號,延遲是由於解調模塊中的低通濾波和抽樣判決引起的。
6 結 語
講述了平方鎖相環的工作原理,並著重討論了設計思想和過程。在通信飛速發展的今天,進一步簡化了鎖相環路,該想法為以後的發展提供了很大的參考價值與創新理念,使得平方環不僅僅局限於應用到輸入信號載波頻率較低的環境中,在較高的條件下也能夠用它來實現,而且平方鎖相環的結構較科斯塔斯環要簡單。
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㈡ 激光主動相控陣雷達原理
原理
雷達是一種發射電磁波,藉由解算回波之種種數據來達到探測目的的一種裝置。隨著年代的演進而增加新的功能,但都不脫離兩個基本步驟:發射雷達波以及解算回波。
電磁波的發射,是利用正負電荷之往返震湯而發出的,在雷達上是在天線上產生正負電荷並使之震湯。發出電磁波之強度分布,為一"橫躺"在x軸上的"8"字繞y軸轉動後所產生的立體形狀,類似紅血球一般,天線指向y軸而以橫躺的8字中心為中心。設由原點向任一方向畫直線與此"紅血球形"交於p點,則原點到p點的長度代表該方向電磁波強度。也就是說在垂直於y軸之平面上電磁波最強,隨著與此平面之夾角增加電磁波隨之減弱,在天線方向上則沒有電磁波。以上所提對相控陣雷達原理之理解並不是那麼重要,不過將有助於我們觀察雷達天線的陣列情形。
當然,單一天線發射的雷達波依然是以球面擴散的,強度與距離平方成反比,所以當然不可能只用一個天線就能做成雷達啦,一定要有其他方法的,除了增強功率外,就是讓雷達波盡量平行發射啦。為了達到此目的,目前主要有拋物面雷達以及平面陣列雷達,兩者都是機械掃描雷達,但後者之原理與相控陣雷達有些相近。
拋物面雷達在拋物面焦點處安裝發射天線,經拋物面反射成近乎平行波束,目前直升機雷達以及陸基防空雷達、機場雷達等多使用這種雷達。這種雷達現在漸漸被取代,因為拋物面相當難做,一般都是用球面或橢球面來近似,不論如何進似,終究不是真正拋物面,因此就容易出現誤差。此外,這種雷達只由一個天線作收發工作,因而對單一天線性能要求就相當高,而天線故障整個雷達也就掛了。
這種雷達不是沒有好處的,他能接收單一天線感測不到的強度的回波:天線有其能感測的最低電磁波強度(單位面積的功率),若強度小於這個值,就無法感測或被當雜波濾除。拋物面天線可將回波反射回位於焦點的天線,故此時天線接收到的強度就是拋物面接收到之雷達波強度之加成。
平面陣列雷達則是在一個平面上布上許多天線,藉由波的干涉原理來製造近平行波束,基本發射原理與相控陣雷達相近故留待稍後解釋之。西方標準的第三代戰機以及俄國第四代戰機(除了MiG-31)多用這種雷達,中國自行研發的殲雷十也是平面陣列雷達。
此類雷達還仰賴"合成孔徑"技術,雷達的性能除了探測距離、資料更新率等等外,還有個很重要的,解析度。解析度不高的雷達無法精確知道敵人的位置,只能知道敵人來襲卻無法反制,因此要提高解析度,雷達的解析度與波束發散角(最外側行進方向與中央線的夾角)有關,發散角越小解析度越高,而要降低發散角,就要加大天線。再某些時候這是不好做的,因而有人想到能否利用相間的小天線(天線陣列)來達成相同效果,實驗證明是可行的,藉由對陣列上每個天線接收到的數據的合成處理,可以達到涵蓋這些陣列的拋物面雷達的解析度。也就是說,當兩天線相距d距離時,其解析度同等於以d為直徑的拋物面雷達,不過接收功率僅為2個天線之接收功率和。也因為沒有拋物面將回波"加成",因此對於強度小於單一天線能感測強度之最小值之回波,此種雷達是無法感應的。
不論是拋物面或平面陣列式雷達,皆屬於機械掃描雷達,靠機械轉動天線面來改變波束方向,因此其資料更新率與機械轉動周期有關,這受到機械結構等問題影響而不會太快,一般更新周期以秒計。
拋物面雷達於平面陣列雷達之比較
口徑相同時,兩者的解析度相同,不過拋物面雷達接收到的功率是整個面接收到的能量的加成,故能接收強度較小的回波。而平面陣列雷達接收到的功率是每個天線的加成,其平面不可能全部都是天線,因此總功率低於拋物面雷達,且無法接收強度低於天線感測下限的回波。因為製造工藝的因素,加上相同的解析度,因此戰機上拋物面雷達漸漸被取代。就好像如果可能的話,所有的天文學家都會希望有一個直徑跟地球一樣大的望遠鏡,但那是不可能的,因此只能藉由整合分開的小望遠鏡來達到要求的解析度。
關於雷達天線的指向
從觀察雷達天線的方向(就是電偶極/electric dipole的方向),可以大概知道雷達的功能。仔細觀察時,會發現目前飛機上的平面陣列雷達,其天線都是水平放置的,而像俄羅斯X-35/Kh-35"天王星"反艦導彈上的平面陣列雷達之天線,就是垂直放置的。詳細情形我目前也不太清楚,我猜想這是因為這些飛機雷達需要兼顧對地性能(平面陣列雷達出現後的飛機一般都已具備對地能力),而掠海飛行的反艦飛彈不需要下視,只要要求視野寬廣即可。
前面提到電磁波的發射,以及電偶極方向與電磁波強度之關系。從那裡我們可以看出水平放置以及垂直放置的天線發出電波的能量分布,並從中得到放置方式與功能的關系。在前者,電磁波在俯仰方向上是最強的,往兩側漸漸減弱;在後者,水平方向是最強的,而往上下兩側漸漸減弱。所以說當天線水平放置時,可以在俯仰方向維持高強度雷達波。故推測可能是為了兼顧對地處理能力而做這種布置。
相控陣雷達之波束產生原理與平面陣列雷達其實是相同的,但多了相位控制功能因而可不必藉助機械而改變波束方向。在解釋此原理前先介紹幾個波的專有名詞:波前、相位。波前定義為與波行進方向垂直之曲線或曲面,例如平行波波前即為垂直於波束之平面,球狀發射波之波前為球面波等,換言之可以用波前的擴散來想像波的行進。相位就是相角,與位置、波長、周期、時間等有關,相位差就是相位的差異。如果撇開數學,純粹定性的話,在雷達天線面上,各天線同時發射電磁波,則各電磁波就是同相,如果各天線發射電磁波有先後次序,則各天線發射之電磁波有相位差。這么解釋較容易體會吧!現在來考慮同相的情況,我們在x軸上等間格安置一模一樣的點波原,點波原在平面上傳波方式為圓形平面,現在只要考慮x軸以上,因為他與x軸以下情況是一樣的。今假設過了一段時間,各波原產生的波行進的距離是一樣的,因此可以各波原為圓心取相同半徑畫半圓,如此可得到各波波前交織在一起的圖像,如果繼續畫下去,不論裡面交得多亂,最前端的形狀幾乎是一樣的,即許多圓弧交線的最前端,事實上這就是其巨觀之波前。現在,我們在每兩點中間再加一個點波原,趙相同方法作圖,會發現最前端曲線,也就是合成波前,更加平滑,所以說,當點波原距離越近,合成波前就越接近與這些點波原連線平行之曲線(在此為直線),這就是"海更士原理",只不過海更士是倒過來說的:"波前可視為無線多個點撥圓的連線。"經由實驗可以知道這是成立的。對了,有沒有注意到,這就是平面陣列雷達產生近平行波束的原理!
接著,討論有相位差的情況了,這就是相控陣雷達控制波束的原理了。同樣的,我們在x軸上等間格安置一模一樣的點波原,為了方便說明,由左到又依次編號1,2,3....,並假設由1開始每格一個周期T的時間間隔下一個點波原才開始發射(時間間格可以自己挑,不過選擇一個周期最好畫)。好,開始畫圖吧:t=0時,1號開始發射。t=T時,2號開始發射,因為經過了一個周期,所以1也開始發射下一個波。t=2T時,以1號為圓心有兩個半圓,以二號為圓心有一個半圓,同時1,2,3同時發射下一個波。照這樣畫下去,就會發現跟先前同相時的例子一樣的圓弧交線,而且是朝著右上方傳遞的,當波原很接近時,該曲線就接近直線了。波就是這樣往右偏折的。同樣的道理,可以知道波如何往左、往上、往下偏。這就是電子掃描雷達的原理。當然要提升其效能就有其他復雜的工程問題了,如天線的密集度、處理資訊的能力等等。
因此相控陣雷達可選擇雷達面上相鄰的數個天線來當一個雷達用,或選用多個區塊構成多組雷達來偵查同一目標以增加解析度,有的書籍上說相控陣雷達的每一個天線都相當於一個雷達,這會造成相當大的誤解:如果每個都是雷達,何必選用一組去照射目標?每個天線固定在那裡,要怎麼去轉向?了解其原理,就能避開誤解了。由於是使用電子控制相位差掃描而不用機械,再加上可針對性的掃描,因此資料更新率以微秒計,遠優於機械式雷達。此外由於相控陣雷達可製造窄波束,因此也具有電戰功能,當然波束能多窄式取決於其他技術的,像美國APG-77雷達就可發射發散角僅2度(最外側波行進方向與中央線之夾角)的窄波束。具有更好的反探測及電戰能力
看看這里 ,就知道了。http://wenku..com/view/e7f3577fa26925c52cc5bf4a.html
㈢ 在相位比較法中,調節哪些旋鈕可以改變直線的斜率調節哪些旋鈕可以改變李薩如圖形的形狀
調節水平掃描和垂直掃描的同步時間,可以調節直線李沙育圖形的斜率;而調節水平掃面的頻率可以得到不同的穩定的李沙育圖形。
由於兩頻率源間頻率的差異和變化更靈敏和細致地反映在其相互間的相位信息中,所以相位比對的方法比直接測頻或測周期能更靈敏地反映出所測頻率源的情況。
比相法的原理是根據在某一特定時間間隔的始末兩頻率源間相位差的變化,來反映該段時間內兩頻率源間的平均頻率偏差。
(3)相位差異技術的實驗裝置圖擴展閱讀:
與其他測頻方法相比,比相法的測量結果不是以被測頻率的整周期值的差異來反映測試結果,而是以比這整數值更精細的相位變化的差異來反映測試結果的,所以直接相位比對的精度遠遠高於直接測頻或測周期方法的精度。
由於頻差倍增,所以差拍測周期的一系列測頻方法都是盡量擴大標准頻率源和被測頻率源之間的誤差成分,以便於提高顯示和觀察的解析度。
但因為設備較復雜,使用了大量的倍頻器和混頻器,所以線路雜訊使被誤差倍增後的信號的信噪比隨著倍增倍數的增加而呈現出一種非線性的關系。同時,因比對設備雜訊的引入,比對精度也在降低。
㈣ 《脈沖式線圈測試儀》 的測試款項:波形面積、波形面積差、電暈量,如何設定及是什麼意思
匝間沖擊測試儀電暈、面積、差積、相位
在電機、變壓器使用過程中,由於絕緣強度不夠,會引起工作電流過大、升溫過高、機殼帶電等故障,從而造成生產停頓、財產損失、人員傷亡等嚴重後果,因此對於匝間沖擊耐壓測試是非常有必要的.
根據我國GB775《旋轉電機基本技術要求》.GB14711《中小型旋轉電機安全 通用要求》標准,GB/T22714《交流低壓成型繞組匝間絕緣試驗規范》.GB/T22715《交流電機定子成型線圈耐電壓水平》.GB/T22716《直流電機電樞繞組匝間絕緣試驗規范》,GB/T22717《電機磁極線圈及磁場繞組匝間絕緣試驗規范》、GB/T22719.1.1《交流低壓電機散嵌繞組匝間絕緣 第1部分;試驗方法》, GB/T22719.2《交流低壓電機散嵌繞組匝間絕緣 第2部分;試驗限值》,必須對電機成品、半成品進行浸漆前後匝間耐壓絕緣試驗。 高壓電機定子線圈在通風槽口及出槽口處,其絕緣表面的電場分布是極不均勻的。當局部場強達到一定數值時,氣體發生局部游離,在電窩處出現藍色暈光,產生電暈。電暈的發生伴隨著熱、臭氧、氮的氧化物的產生,這些對電機絕緣都是極其有害的。另外由於熱固性絕緣表面與槽壁接觸不良或不穩定時,在電磁振動的作用下,將引起槽內間隙火花放電。這種火花放電造成的局部溫升將使絕緣表面受到嚴重侵蝕。這一切都將對電機絕緣造成極大的損害。
圖 2-1 面積比較示意圖
波形面積近似的與能量損失成正比,所以可以使用面積比較方法來判斷線圈中的能量損耗,有效的檢測線圈層間和匝間短路。
2.2.2 面積差比較
如圖2-2 所示,在任意指定A~B 區間內對被測線圈測試波形和標准波形的Y 軸方向的差異值進行計算(積分計算的結果為A~B 區間內的陰影部分)和標准波形在此區間的面積比較,基準用百分比來設定。
圖2-2 面積差比較示意圖
面積差比較方法主要表現了電感量L的差異和能量的損耗,這個比較方法可以有效的檢測標准線圈和被測線圈的電感量L的差異。
2.2.3 電暈放電比較
如圖2-3 所示,與波形的差異無關,在任意指定的A~B 區間內,僅在被測線圈測試波形包含的電暈放電尖峰中檢出高頻成分進行無損提取,並將計算結果與設定值進行比較,判定電暈放電量是否合格,設定值是一個整數。
2-3 電暈放電示意圖
2.2.4 相位差比較
如圖2-4 所示,用戶可以指定一個需要作比較的過零點,儀器判斷被測線圈測試波形和標准波形在這個過零點的偏移量,然後和標准波形的振盪周期作比較,並用這兩個量的百分比作為判斷依據,基準用百分比來設定。如圖中,A~B間是偏移量,C~D間是標准
波形振盪周期,設定的是比較波形的第三個過零點。
圖 2-4 相位差比較示意圖
F提示:儀器僅能設置第2~10個過零點,第一個過零點還不能反映線圈的實際性能,所以不予設置。在實際的相位差比較中,將會產生四種結果:PASS、FAIL、FAIL1和FAIL2。PASS 表示合格,FAIL 表示不合格;FAIL1 代表未找到過零點,即在被測線圈測試波形
上找不到所設定的過零點;FAIL2 代表在標准波形上找不到完整的周期,如圖2-4,若要使相位差比較能夠正常工作,應該保證第三個過零點的存在。
AN9692H匝間沖擊耐壓測試儀是數字式匝間沖擊耐壓測試儀,將標准線圈採集的振盪波形存儲於儀器中,測試時將被測品的波形與標准波形進行比較,根據電暈量、面積、面積差、相位差等參數進行判別,可有效、靈敏的檢測線圈的層間短路、相間短路、微短路、絕緣破損、鐵心鐵損大等問題。
艾諾AN9691H,AN9692H匝間沖擊耐壓測試儀適用於中小型電機(Y180以下)及防爆電機、分馬力電機、微特電機、家用電器電機、水泵電機、電動工具等行業,用於檢測電機繞組的匝間絕緣、電暈放電、局部短路、接線錯誤和圈數不均衡等故障。
㈤ 相位差鏡檢技術是什麼
建議:您好,相位差鏡檢紅細胞,異常的紅細胞形態超過70%以上可以診斷腎小球性血尿,也就是腎炎所引起,但是鏡下紅細胞超過10個以上才可以做出鏡檢的形態分型。
㈥ 聲速測量的駐波法和相位法有什麼異同
一、不同之處:
相位法測量聲速一般用於實驗室測量。通過對比接收波相對於發射波的相位變化,測出周期,再乘以頻率就可以得到聲速。相對於駐波法測聲速,准確度還是比較高的,一般可達1~2%。但是很多實際的聲波不是正弦波,這樣就無法用相位法測量了。
聲波在實際介質中傳播時,相位會隨介質密度的變化、混響等而變化,帶來誤差。另外對於固體介質,也較難進行測量。
所以實際上工程中較少應用,而是使用時差法,就是發射一個聲波脈沖,接收端測量時間差,知道傳播路程後就可測得聲速。這種方法幾乎適合大部分介質。
二、相同之處: 都用連續波測量,均依靠示波器測量
共振法:平行傳播的聲波與反射波產生干涉,形成駐波。改變半個波長的傳播路程,駐波的波幅變化一個周期,從而可測得波長,乘以頻率,得到聲速。
相位法: 比較接收波相對與發射波的相位差,改變一個波長的傳播路徑,相位變化360度,從而通過測看相點陣圖 ,就可測得波長,乘以頻率,得到聲速。
(6)相位差異技術的實驗裝置圖擴展閱讀:
與其他測頻方法相比,比相法的測量結果不是以被測頻率的整周期值的差異來反映測試結果,而是以比這整數值更精細的相位變化的差異來反映測試結果的,所以直接相位比對的精度遠遠高於直接測頻或測周期方法的精度。
另外,由於頻差倍增,所以差拍測周期的一系列測頻方法都是盡量擴大標准頻率源和被測頻率源之間的誤差成分,以便於提高顯示和觀察的解析度。但因為設備較復雜,使用了大量的倍頻器和混頻器,所以線路雜訊使被誤差倍增後的信號的信噪比隨著倍增倍數的增加而呈現出一種非線性的關系。同時,因比對設備雜訊的引入,比對精度也在降低。
㈦ RC電路中相位差是如何引起的
由於電壓電流隨時間的變化而產生的,由於電阻和電容在過渡過程中的差異,就產生了相位的變化,即相位差。
按電阻電容排布,可分為RC串聯電路和RC並聯電路;單純RC並聯不能諧振,因為電阻不儲能,LC並聯可以諧振。
RC電路廣泛應用於模擬電路、脈沖數字電路中,RC並聯電路如果串聯在電路中有衰減低頻信號的作用,如果並聯在電路中有衰減高頻信號的作用。
最基本的被動線性元件為電阻器(R)、電容器(C)和電感元件(L)。
這些元件可以被用來組成4種不同的電路:RC電路、RL電路、LC電路和RLC電路,這些名稱都緣於各自所使用元件的英語縮寫。它們體現了一些對於模擬電子技術來說很重要的性質。它們都可以被用作被動濾波器。本條目主要講述RC電路串聯、並聯狀態的情況。
在實際應用中通常使用電容器(以及RC電路)而非電感來構成濾波電路。這是因為電容更容易製造,且元件的尺寸普遍更小。
㈧ 大學物理簡諧方程中的相位差是取絕對值還是有正負的呀
都可以。
如果預先就知道一個超前另一個落後,就用絕對值計算方便;
如果預先不知道,那就取第一個相位減去第二個的,其差若大於零,就表示第一個超前第二個,若小於零,表示第一個落後第二個;若等於零,就同相。如果預先就知道一個超前另一個落後,就用絕對值計算方便;
如果預先不知道,那就取第一個相位減去第二個的,其差若大於零,就表示第一個超前第二個,若小於零,表示第一個落後第二個;若等於零,就同相。12這張圖橫坐標是x,給出的是某一時刻的波形,相當於在某個時刻給波拍了一張照片。
11這張圖,橫坐標是時間,給出的是原點處質點隨時間的振動。
對於,波形圖和振動圖,判斷質點的運動方向方法不一樣。
12這種波形圖,得看波形下一時刻的變化,比如圖中,波形一小段時間後,由a變到了b,所以原點的質點,是朝著虛線,也就是向下(y負方向)運動,初相位就是pi/2
11這種振動圖,曲線本身就代表了質點隨時間的變化,所以只要看橫坐標下一時刻,質點位置就行了,從圖中看質點向y正方向運動,初相位就。通常以度(角度)作為單位初相位:正弦電壓源U=Um sin(wt+φ); 。 相位(phase),即φ叫做初相位或初相角,波形循環一周即為,當t=0時。當訊號波形以周期的方式變化,也稱作相角,是描述訊號波形變化的度量,其中wt+φ稱為正弦量的相位角
㈨ 矢量傳聲器是如何測量粒子振速的
相位法測量聲速一般用於實驗室測量.通過對比接收波相對於發射波的相位變化,測出周期,再乘以頻率就可以得到聲速.相對於駐波法測聲速,准確度還是比較高的,一般可達1~2%.但是很多實際的聲波不是正弦波,這樣就無法用相位法測量了.而且,聲波在實際介質中傳播時,相位會隨介質密度的變化、混響等而變化,帶來誤差.另外對於固體介質,也較難進行測量.所以實際上工程中較少應用,而是使用時差法,就是發射一個聲波脈沖,接收端測量時間差,知道傳播路程後就可測得聲速.這種方法幾乎適合大部分介質.但其測得的是群速,與相位法測得的相速有區別.
實驗原理
由波動理論可知,波速與波長、頻率有如下關系:v = f λ,只要知道頻率和波長就可以求出波速。本實驗通過低頻信號發生器控制換能器,信號發生器的輸出頻率就是聲波頻率。聲波的波長用駐波法(共振干涉法)和行波法(相位比較法)測量。下圖是超聲波測聲速實驗裝置圖。
n 駐波法測波長
由聲源發出的平面波經前方的平面反射後,入射波與發射波疊加,它們波動方程分別是:
疊加後合成波為:
y = ( 2Acos2pX/l ) cos2p ft
cos2pX/l = ±1 的各點振幅最大,稱為波腹,對應的位置:
X =±nl/2 ( n =0,1,2,3……)
cos2pX/l = 0 的各點振幅最小,稱為波節,對應的位置:
X = ±(2n+1)l/4 ( n =0,1,2,3……)
因此只要測得相鄰兩波腹(或波節)的位置Xn、Xn-1即可得波長。
n 相位比較法測波長
從換能器S1發出的超聲波到達接收器S2,所以在同一時刻S1與S2處的波有一相位差:j = 2px/l其中l是波長,x為S1和S2之間距離