“波形与FFT-2”2、时间差与相位

2.时间差和相位

由于我们在前面​讨论了触发器和sin波，我们将讨论与此相关的 [相位] 。
有2个信号时，注意该信号间的 【时间延迟】 。
以旋转编码器波形为例。
旋转编码器的信号1和信号2除输出被称为 【相位差90度】 信号的2个 【脉冲信号】 外，还输出被称为信号Z或 【Z信号】 的1转1脉冲信号。信号1被称为 【A相】，信号2被称为 【B相】 。

作为一个简单的实验，将RP-405ZA-500P/R型旋转编码器连接到电源并从恒定旋转状态关闭电机以减速时的信号状态如下所示。这是前半部分用Z信号触发，将触发位置设为-512测量的波形，但最后由于不旋转1圈就停止，因此将改变触发测量的波形连接到信号1进行显示。
RP-405ZA-500P/R的信号1、2输出1圈500脉冲的信号和信号Z。

顺时针 【CW:clockwise】 时的波形示例如图1所示。
信号1启动后，信号2稍晚启动。如果将此时间延迟视为信号1 (或信号2) 的一个周期，则延迟时间大约为1/4。例如，在电信号中1个周期被定义为360度，并且在1个周期中的哪个位置由 【电角】 表示，例如旋转体轴的1次旋转被称为360度。因此，1/4周期是90度，并且旋转编码器的信号1和2被称为“具有90度相位差的信号”。
相位是关注 【定时】 的用语。

图1

旋转编码器为逆时针旋转 【CCW:counterclockwise】 时，结构图的狭缝圆盘进行逆旋转，因此，以图1的波形考虑，形成经过时间从右端开始，左端为20ms的波形。图2是CCW的波形。

图2

如果信号1领先于信号2 (信号2在信号1处于高电平时上升)，则信号2转向CW。如果信号2领先于信号1,则信号2转向CCW。可以根据信号1和2的相位关系确定旋转方向。
如果使用360P/R (Pulse/Revolution) 的旋转编码器的脉冲数，则当轴旋转1次时输出1个脉冲，因此通过计算从某个时间点开始的脉冲数，可以知道旋转了多少次。在生产线的滚筒上安装旋转编码器后，根据滚筒的周长可以知道1个脉冲相当于多少mm,可以测量长度。然后，通过将CW的时间计数为+，将CCW的时间计数为-，即使正转反转，也可以知道当前位置。作为应用这个的东西，有线性仪表盘。

旋转编码器的信号1 (或信号2) 是连续的脉冲波形，这种波形称为 【方波】 。方波将脉冲宽度相对于一个周期的占有率表示为 【占空比】 。
占空比不是占有率，而是采用高电平与低电平之比，常被称为“占空比为1:1”。
根据轴的旋转速度，1个周期的时间会发生变化，但占空比不会发生变化，因此常用作表示方波性质的用语。

图3:占空比

那么，FFT分析器如何显示相位差呢?要测量信号1和信号2之间的相位差，请使用频率响应函数的相位表示。然后读取 【基频】 的相位差。图4显示了相对于CW时的信号1的信号2的相位差。

图4:功率谱和频率响应函数 (相位)

从图4的功率谱来看，基本频率为600Hz,其整数倍为 【谐波】 (2倍、3倍、...频率的分量)。
基本频率是关注波形一个周期的时间T的倒数。第二次谐波是指基本频率的2倍的频率。sin波只有基频，但谐波的振幅随波形而变化，例如方波、占空比不是1:1的方波或 [三角波] 。
频率响应函数的相位表示可读作“与信号1的基频为600Hz的sin波相比，信号2的基频为600Hz的sin波晚94度。”。整个相位数据是一个复杂的数据。功率谱的非峰值部分本来就没有信号成分。由于该部分显示由设备的微噪声等获得的相位差，因此需要注意读取，例如忽略它，因为它是无意义的数据。
显示相位时，频率不同1周期的时间也不同。请注意，即使600Hz的-90度相位差和1200Hz的-90度相位差相同为-90度，如果转换为600Hz的时间差，则为0.4ms (=1÷600×90÷360)，如果转换为1200Hz的时间差，则为0.2ms,这与时间差不同。

(摘自2007年1月26日发行的电子邮件杂志)