本发明专利技术提供了一种交流信号有效值测量装置，包括绝对值变换电路、高频三角波发生电路、PWM信号调制电路、前端积分电路、后端积分电路、复位电路、采样保持电路、除法电路、开方电路和定时电路。本发明专利技术通过将被测信号v(t)的绝对值|v(t)|与单极性对称高频三角波信号vc(t)进行调制得到远高于v(t)频率的高频PWM信号。由于v(t)为连续信号并且vc(t)频率远高于v(t)，因而每个周期PWM信号的面积与对应PWM信号周期内的|v(t)|所形成的面积相等。与此同时，v(t)2也是连续函数，因而可以通过计算v(t)的周期T内PWM信号的平方和开方来求取v(t)的有效值。本发明专利技术计算有效值的交流信号v(t)为所有交流周期信号，即包括含直流分量和谐波分量的交流周期信号，所以本发明专利技术能有效解决待测信号含直流分量和谐波问题，适用范围更广。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于仪器仪表、信号处理和测控领域，具体涉及一种交流信号有效值测量 装置，用于测量任意交流周期信号的有效值。
技术介绍
交流周期信号有效值测量在仪器仪表、信号处理和测控领域具有重要的作用，是 电学参数测量的重要组成部分。目前，常用的交流周期信号有效值测量主要分为硬件测量 和软件测量两种方案。硬件方案测量交流周期信号有效值是基于通过测量I v(t) |的平均值 v = |v(0|^V(t) = v(tf dt 〇@ 流信号满足:Κ_*1.11χ?，因而可以通过测量平均值的方法计算出有效值。但这种方法存 在以下几点的不足:①该方法适用面窄，只适用于正弦信号;②该正弦信号不能存在直流分 量;③该正弦信号不能存在谐波。软件测量是通过高速处理器对周期交流信号V(t)的绝对值信号I v(t) |进行高速采样，然后按照有效值定义公式 1 N (其中为采样频率，Ts为采样周期，T为信号周期)求取信号的有效值。通过该 方法可以测量任意周期信号的有效值，但存在以下不足:①为保证精度，必需采用高速处理 器实现高速采样和高速计算，因而对处理器要求高;②在计算有效值Vrms需要进行浮点数的 N次乘法运算、N次加法运算、1次除法运算和1次开方运算，因而会大量的占用CPU系统内存 和运行时间，特别是实时性要求高的场合会存在问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述不足之处，提供一种交流信号有效值测量装置。 本专利技术提供的技术方案如下： -种交流信号有效值测量装置，其特征在于，包括绝对值变换电路、高频三角波发 生电路、PWM信号调制电路、前端积分电路、后端积分电路、复位电路、采样保持电路、除法电 路、开方电路和定时电路； 绝对值变换电路的输入端与待测信号相连，绝对值变换电路的输出端与PWM信号 调制电路的输入端相连;绝对值变换电路用于将待测信号v(t)进行绝对值变换得到|v(t) ;高频三角波发生电路的输出端与PWM信号调制电路的输入端相连;高频三角波发生电路 用于产生高频三角载波VcXt); PWM信号调制电路用于将输入的| v(t) |和VcXt)进行PWM调制得到信号;PWM信 号调制电路、前端积分电路、后端积分电路与采样保持电路依次串联； 前端积分电路将信号作为输入信号，对进行积分得到信号满足 \^(i)=￡qxFCCHt> ie;其中〇2为后端积分电路的积分系数； Kf(〇)为后端积分电路在第K个信号周期的初始值;后端积分电路的输出信号vf2(i)作为后端 的采样保持电路的输入信号； 复位电路与前端积分电路和后端积分电路均相连，用于使前端积分电路和后端积 分电路恢复到初始状态； 定时电路包括零电压比较电路、脉冲信号发生电路和带锁存功能的定时器;零电 压比较电路用于将待测信号V(t)和基准正电压δ分别接到比较器的正向输入端和反向输入 端，得到比较信号 Vq(t);零电压比较电路的输出端与脉冲信号发生电路相连，Vq(t)触发脉 冲信号发生电路得到脉冲信号^(0;^(〇触发带锁存功能的定时器输出定时周期VT，连接 到除法电路的除数输入端;v P(t)还与采样保持电路相连，用于触发采样保持电路；采样保持电路将后端积分电路的输出信号v￡(〇作为输入信号，将脉冲信号发生电 路的输出信号Vp(t)的上升沿触发锁存;采样保持电路的输出信号vh(NT)作为后面除法电路 的被除数输入信号； ν"(ΝΤ) 除法电路用于实现VH(NT)除以ντ，得到^ -，并作为开方电路的输入;开方电路 VT 用于实现对输入的信号&进行开方运算，得到。 νΓ Υ vr 本专利技术所述的一种交流信号有效值测量装置与现有技术中的硬件测量方案相比， 具有以下优势： ①本专利技术通过将被测交流信号v(t)的绝对值|v(t) I与单极性对称高频三角波信 号Vc(t)进行调制得到远高于v(t)频率的高频PWM信号。由于v(t)为连续信号并且 Vc；(t)频率 远高于v(t)，因而每个周期PWM信号的面积与对应PWM信号周期内的| v(t) |所形成的面积相 等。与此同时，v(t)2也是连续函数，因而可以通过计算v(t)的周期T内PWM信号的平方和开 方来求取v(t)的有效值。由于本专利技术计算有效值的交流信号v(t)为所有交流周期信号，当 然也包括含直流分量和谐波分量的交流周期信号，所以本专利技术能有效解决待测信号含直流 分量和谐波问题，因而适用范围更广； ②本专利技术是直接测量信号有效值冶，因而精度更高； ③本专利技术无需对v(t)的幅值进行采样和浮点数运算。 ④本专利技术无需乘法电路； ⑤本专利技术实现时只需单电源供电，并且电路涉及的原件均为通用的低成本原件， 因而该专利技术具有很高的性价比和适用互换性。 ⑥本专利技术的电路具有结构简单、成本低、精度高、测量速度快，可靠性高，实用性强 等特点；可有效检测交流周期信号的有效值，为仪器仪表、数字信号处理和测控领域提供了 一种新的测量方案，特别是应用于交流电压和电流有效值的测量。【附图说明】 图1为P丽面积等效原理图；图2为交流信号有效值测量装置原理图；图3为交流信号有效值测量装置对应的一种硬件电路图；【具体实施方式】 本专利技术提供了一种交流信号有效值测量装置，主要应用了 HVM面积等效原理。PWM 面积等效原理图如图1所示，根据《机电传动控制》（邓星钟等，华中科技大学出版社，第五 版)第八章冲量等效原理可知，当两个冲量相等而形状不同的窄脉冲加载具有惯性环节上， 效果相同。可得，在(Ts很小)时间内，如果v(t)>0则存在： jS(〇i/i = FCCx7；^ (1) 其中：VCC为供电电压;v(t)为待测周期信号;?！为第1个开关周期内的 时间;⑴与单极性对称三角波信号V。⑴比较后在内得到的PWM信号。 同理，在，，，依次存在公式⑵~（5) : \2\(t)dt = VCCxll (2) = (3) r；v(t)dt=VCC^ (4) J::v(dFCC《 （5) 其中，g、g、t、巧分别为第2、3、4、5个开关周期内校_为VCC的时间（i = 2， 3，4，…）；^_为奴t)与单极性对称三角波信号t)比较后在内得到的PWM 信号。可认为在 (1 < K < N)中，v⑴的值保持不变，即： v(t)=V(KTs) (N>K> 1) (6) 其中，V(KTS)为v⑴在t=KTs时刻的值，ΒρΡ(12；:)=ν(?)1 ?=χ?；。所以有:ν(細=F (叫)X 2； (7) 又因为冲量面积等效原理，所以有： f^\m = r{KT^Ts ^VCCxT^ (8) 如果存在v(t) 2 0，te，则有： [vm=fJ^vm=IivmTs=tVCCxI^ (9) κ=ι s κ=\ [=ι 根据周期信号有效值定义可知:Γ_2 =|υν(?)2&，其中：Vrms*交流周 期信号v(t)的有效值。联立公式(8)和(9)可得：.(1.0) 因而有：(Π) 如果将作为积分电路1的输入信号，则得到的第K个开关周期内积分电路1输 出信号为： + re[0，rj (12) 其中，<(〇为第K个开关周期内积分电路1的输出信号，Gf(0)为第K个开关周期内 积分电路1开始积分时电路输出的初始值，^为积本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种交流信号有效值测量装置，其特征在于，包括绝对值变换电路、高频三角波发生电路、PWM信号调制电路、前端积分电路、后端积分电路、复位电路、采样保持电路、除法电路、开方电路和定时电路；绝对值变换电路的输入端与待测信号相连，绝对值变换电路的输出端与PWM信号调制电路的输入端相连；绝对值变换电路用于将待测信号v(t)进行绝对值变换得到|v(t)|；高频三角波发生电路的输出端与PWM信号调制电路的输入端相连；高频三角波发生电路用于产生高频三角载波vc(t)；PWM信号调制电路用于将输入的|v(t)|和vc(t)进行PWM调制得到信号PWM信号调制电路、前端积分电路、后端积分电路与采样保持电路依次串联；前端积分电路将信号作为输入信号，对进行积分得到信号满足其中α1为前端积分电路的积分系数；后端积分电路将前端积分电路的输出信号作为输入信号，对进行积分得到信号满足其中α2为后端积分电路的积分系数；为后端积分电路在第K个信号周期的初始值；后端积分电路的输出信号作为后端的采样保持电路的输入信号；复位电路与前端积分电路和后端积分电路均相连，用于使前端积分电路和后端积分电路恢复到初始状态；定时电路包括零电压比较电路、脉冲信号发生电路和带锁存功能的定时器；零电压比较电路用于将待测信号v(t)和基准正电压δ分别接到比较器的正向输入端和反向输入端，得到比较信号vq(t)；零电压比较电路的输出端与脉冲信号发生电路相连，vq(t)触发脉冲信号发生电路得到脉冲信号vp(t)；vp(t)触发带锁存功能的定时器输出定时周期vT，连接到除法电路的除数输入端；vp(t)还与采样保持电路相连，用于触发采样保持电路；采样保持电路将后端积分电路的输出信号作为输入信号，将脉冲信号发生电路的输出信号vp(t)的上升沿触发锁存；采样保持电路的输出信号vH(NT)作为后面除法电路的被除数输入信号；除法电路用于实现vH(NT)除以vT，得到并作为开方电路的输入；开方电路用于实现对输入的信号进行开方运算，得到...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：彭志辉，蒋恩典，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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