用光信號同步的間接測量方法和結構

本設計采用了一種間接的測量方法，不需要將2個現場交流信號引入到同一個設備，即測量過程是分別在各個信號的回路獨立進行的。這種間接的測量方法的條件是必須有一個同步信號作為測量基準，這樣才能在各個獨立回路的測量回路之間建立起關聯，以便最后測量出Δtx和T0。在這里采用的是紅外光信號進行同步相位測量的方法，利用光信號作為同步信號源，不需要在電路上的連接關系就可以進行同步，同時還可以利用它作為數據通信的載體。

本系統包含一個主機和幾個測量部件。主機是系統的核心部分，而測量部件的數量取決于實際測量的需要(例如在測量六角圖時，就應該是6個測量部件)，主機是由MCS-51系列的AT89C51單片機為主體的部分，外圍電路比較簡單。它主要依靠一個光發射器和一個光接收器構成通信接口，單片機的輸出端經過反相器驅動以后控制光發射器向測量部件發出調制光信號。而單片機的輸入直接與光接收器相連，光接收器把測量部件發來的調制光信號進行解調，單片機則可以通過程序識別編碼信號。光發射器主要用來啟動測量過程，而光接收器則實現主機與測量部件之間的數據通信。

每個測量部件也是一個由AT89C51單片機為核心的智能化的測量電路，其外圍部分主要包括光發射器、光接收器和測量電路(如圖1所示)。測量電路是由OP07組成的放大電路和LM311組成的整形電路組成，主要功能是將交流信號轉換為相應的方波信號。方波的輸出與單片機的I/O線相連接，利用單片機內部的定時/計數器，可以測量到相關的時間值，進而計算出相位角。光發射器和光接收器的作用主要是實現測量,同時完成與主機的雙向通信。

圖1 測量部件的電路原理框圖

間接測量法的原理

主機一方面控制測量過程，向各個測量部件發出紅外光同步信號啟動測量，另一方面各個部件完成測量以后，通過紅外光通信將各個部件的測量數據匯總到主機，然后進行計算以確定被測參數，即引入三維變量的間接測量方式取代直接測量法。這種間接測量方式不再需要直接測量時差，只需建立每個參數和光同步信號之間的時間關系，再通過計算求出時差。回路不再需要在電路上的連接，僅僅依靠一個光同步信號就能夠間接地測量到多個測量回路參數之間的相位關系。

這種方式的優點在于：各個測量回路不再需要參考點的連接，回路相對獨立，分別測量各自的交流信號過零時刻與光同步信號之間的時間差，以作為相位測量的基本參數。它們之間的關聯不是靠電路形式的連接，而是依靠光信號，這樣就可以杜絕回路之間的短路發生，另外，還可以減少儀器的連線。光信號除了作為同步信號外，還作為數據傳輸通道，各個測量回路將測量數據通過光的傳輸，集中在主機部分最終完成參數的數值顯示。

工作過程

在一個測量周期開始，由主機控制光發射器發出一個同步紅外光信號，測量部件的光接收器都能在同一時刻接收到這一信號，各個測量部件的單片機會同時啟動進行各自的測量過程，完成測量過程后，再由各個部件的單片機依次將測量數據傳送回主機，主機單片機通過光接收頭，依次接收到各個測量部件的數據并匯總這些基本數據，最后通過計算后主機就顯示相應的數字值，至此完成一個測量周期。