“波形和FFT-3”3) 时间差和相位 (续)

3.时间差和相位 (续)

有应用相位差的商品扭矩计。
看看这个波形吧。原理请参照以下地方。

扭矩检测器带有开关，根据轴 (扭杆) 的旋转方向来切换附属电动机的旋转方向。
附带马达转动内齿齿轮 (内径侧有齿轮)，这是为了即使轴 (扭杆) 停止也能进行测量而设计的。

图1初始相位 (无螺钉时)

假设扭矩检测器的开关设定为CW,负荷侧的轴被锁定 (固定) 。在此状态下，当驱动侧轴向左右稍微扭转时，信号输出E和F的波形如下所示。红色波形表示信号E (参考)，蓝色表示信号F。
观察扭转前 (空载) 的波形，可以看到初始相位差调整到约180度。

图2拧入CW时

扭杆与扭矩的大小成比例地轻微扭曲，这被检测为信号输出中E和F的相位差。在初始相位差中，为了将扭矩的值设为0,将其设定称为零调整。
施加在扭杆上的扭矩的大小作为相位差的大小被检测出来，向右 (CW) 扭转时相位差变大，扭矩计以极性+表示。向左 (CCW) 扭转时相位差变小，扭矩计以极性-表示。极性显示扭杆扭曲的方向。

信号E、F为发电式，通过内齿齿轮和齿轮A、B的旋转引起的磁通变化，输出近似正弦波。如果内齿轮和齿轮A、B (扭杆) 以相同方向旋转，则内齿轮和齿轮A、B之间的相对速度差消失。与此同时，磁通量的变化消失，信号的大小很小或不能发生，并且产生 【死区】 (不能操作的范围) 。因此，必须将内齿轮旋转到与轴相反的方向。当开关设置为CW时，它与轴相反转动。

如果将检测器的开关设置为CCW,则内齿轮的旋转方向相反。
正如旋转编码器中所说明的那样，E、F波形在CW波形中为从左向右经过时间的波形，而在CCW中则相反，为从右向左经过时间的波形，初始相位差发生变化。因此，在转矩计中，分别进行CW时的零调整和CCW时的零调整。

图3拧入CCW时

使用CCW时的极性在锁定负荷侧轴并将驱动侧轴扭转为CCW时显示为+ (相位差增大)，扭转为CW时显示为- (相位差减小)，使用CW时扭杆的扭转方向和极性显示将发生变化。
极性表示很难理解，开关是CW、CCW都是

• 如果负载侧为制动器，则极性为+
• 在发动机制动这种负荷侧为驱动的状态下，极性为-

(即使扭杆的旋转方向相同，扭曲方向也相反)
。请想象一下扭杆的扭曲方向。
扭矩计的原理虽然是相位差，但在实际的信号处理上下了更大功夫，以提高精度。

到目前为止，相位差有一个参考信号，但让我们考虑一个sin波的相位差。
相位差以某一 【时点】 为 【基准】，将其设为时间0,之后的差即为相位差。参考点是在旋转体上粘贴反射标记并用检测到的信号触发时反射标记的位置成为参考点。当没有参考信号时，FFT分析器假设相同频率的cos波，并根据它显示相位差。
以下所示为0V下触发的sin波的相位差。由于精细采样对于精细观察波形 (具有较高的 [时间分辨率] ) 是更好的选择，我们将sin波设置为100Hz,频率范围设置为40kHz,采样长度设置为8192并且放大X轴以便于查看。前半部分显示sin波，后半部分显示cos波。在测量中，您可以看到相位差分别约为-90度和0度。100Hz以外的频率是噪声波形的分析，请注意100Hz的相位差。

图4-1 Sin (Cos) 波为1个时的相位差

图4-2 sin波形 (放大X轴)

图4关注-3 cos波形100Hz的相位 (X轴的放大显示)

用表达式表示sin波

sin (2πft-Φ) Φ:±相位差
f=1/T T:1周期的时间 (s) f:频率
2πf=360/T

您已经知道了。
电角有 【Radian】 单位和度 (deg) 单位之分，Φ有Radian和度 (deg) 单位之分。

如果相位延迟90度，则
sin (2πft-Φ) Φ=90度，2π/4 Radian

如果相位超前90度，则
sin (2πft+Φ) Φ=90度，2π/4 Radian

相位延迟用-表示，相位超前用+表示。
众所周知，当sin波前进90度时，它将成为cos波，而当cos波延迟90度时，它将成为sin波。考虑到sin波和cos波都是相位偏移90度的关系，似乎可以考虑任何一种。首先，FFT分析仪的功率谱被认为是sin波的振幅......但实际上认为cos波更方便。原因是下次​

点

sin波由振幅A、频率f和相位表示。
Asin (2πft+φ) φ=0:无延迟
φ=+的值:前进
φ=-的值:延迟

(摘自2007年2月22日发行的电子邮件杂志)