将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法及系统。本发明专利技术将ADC中的技术转移到DAC中来。主要原理是将由DAC产生的一个周期的阶梯波覆盖多个周期的被测正弦波。本发明专利技术的方法包括步骤：S1：将P个周期的被测正弦电压信号等分N份，P和N之间除1之外没有公约数，产生阶梯波台阶的数字值；S2：将这N个数据输入DAC产生一个周期的阶梯波；S3：对阶梯波台阶电压值测量；S4：对上述两个波形做差分采样；S5：在DFT运算时采用分段采样方式，只对台阶中间数据运算。其优点不仅提高测量准确度，还能扩展测量频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及交流电压测量
，尤其涉及最常见的正弦电压信号测量的方法及其系统，以及与此相关的测量

技术介绍
本专利技术是在阶梯波测量交流电基础上的新发展。阶梯波测量交流电的主要原理是以阶梯波为标准，通过测量阶梯波与正弦波的差值，来确定该正弦波的参数，例如幅值、有效值等。阶梯波来源于直流，原则上这是一种新型的交直流转换原理。在这个测量中位于阶梯波两边的采样点由于存在过渡过程丢弃不用。所以这个方法称之为片段采样方法。假如差值控制在1％的水平上，那么采样器件的测量水平只要达到0.01％，就可以使最终测量结果达到1×10-6。这是方法本身的优点。这个方法本身希望阶梯波的台阶能够宽一点。台阶越宽，中间就越平。DAC器件不希望频繁的发生转换过程，频繁的转换有时会产生问题，例如可编程量子电压基准就会产生“磁冻结”的现象。另一方面，为了获得准确的测量结果，一个正弦波周期内的分点是越多越好，这要求阶梯波有更多的台阶，因而使台阶不能很宽；特别是当测量信号的频率较高时，会对台阶宽度产生抑制。这些矛盾是原来的方法和系统所没有解决的。如何解决上述矛盾，是进一步推广应用片段采样方法的迫切需要。本专利技术正是要解决这些问题。
技术实现思路
本专利技术提出一种多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法和系统，主要原理是用一个阶梯波覆盖几个正弦波，称为“多周期策略”。其定义是：一个具有N个台阶的阶梯波，覆盖了P个周期的正弦波，当N和P之间除1之外没有其他公约数，则称其为应用于DAC的多周期策略。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案如下。根据本专利技术的一个方面，提供一种多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法，其特征在于，包括步骤：S1：将P个周期的被测正弦电压信号等分N份，P和N之间除1之外没有公约数，产生阶梯波台阶的数字值；S2：将这N个数据输入DAC产生一个周期的阶梯波；S3：对阶梯波台阶电压值测量；S4：对上述两个波形做差分采样；S5：在DFT运算时采用分段采样方式，只对台阶中间数据运算。根据本专利技术的一个实施例，在该步骤S1中，产生阶梯波台阶的数字值的方法为：假如被测正弦电压信号为y＝Csinωt，ω＝2πf，采样间隔选为hP＝P2π/N阶梯波所对应的台阶数字值分别为 z j P = C s i n ( jh P + h P / 2 ) ]]>其中采样移动半个间隔，是为了台阶值对称的原因，这样安排可使两个信号的交叉点(即差分值为零的点)在台阶的中间。在所述步骤S2中，输入DAC的N个数据按照权利S1中给出的次序。在所述步骤S3中，作为参考的阶梯波台阶电压值，具有十分重要的作用，它们的确定，可通过下列两步方法：第一步，测量方法，用数字电压表测量台阶电压值，这时DAC工作设在直流模式下。逐次给DAC输入台阶电压的数字值，让DAC输出直流电压，通过数字电压表测量这个台阶电压值。这个值的准确度与数字电压表的准确度等级有关，但一般与交流情况下的值稍有差别。第二步，修正方法，为了得到交流情况下的台阶值，用ADC采样测量所设定的阶梯波，获得N个台阶，每个台阶M个采样值；将每个台阶的M个采样数据均减去对应的台阶电压测量值；观察整个阶梯波各个台阶中间部分的差值，按照与台阶数字值相同的对称性，将这些差值修正到测量值上去，形成新的台阶电压参考值。这样的修正过程可以反复进行，一直到各个台阶上中间的采样点的平均值为零(或接近于零)为止。可选地，作为与上述等效的简便方法，是将阶梯波台阶上的采样值作分段采样方式的平均，其结果作为台阶参考值。公式如下： z ( i ) = 1 t - s + 1 Σ j = s t z ( i , j ) ]]>其中z(i,j)是第i个台阶上第j个采样值，而z(i)是第i个台阶的台阶参考值。其准确度与上述两步方法相似。在所述步骤S5中，采用分段采样方式，只对台阶中间数据运算，相应的计算公式为 a 1 = 1 t - s + 1 Σ j = s t a 1 ( j ) , a 1 ( j ) = 2 n Σ i = 0 N - 1 y i , j s i n ( i , j ) ]]> b 1 = 1 t - s + 1 Σ j = s t b 1 ( j ) , b 1 ( j ) = 2 n 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法，其特征在于，包括步骤：S1：将P个周期的被测正弦电压信号等分N份，P和N之间除1之外没有公约数，产生阶梯波台阶的数字值；S2：将这N个数据输入DAC产生一个周期的阶梯波；S3：对阶梯波台阶电压值测量；S4：对上述两个波形做差分采样；S5：在DFT运算时采用分段采样方式，只对台阶中间数据运算。

【技术特征摘要】
1.一种将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法，其特征在于，包括步骤：
S1：将P个周期的被测正弦电压信号等分N份，P和N之间除1之外没有公约数，产生阶梯波台阶的数字值；
S2：将这N个数据输入DAC产生一个周期的阶梯波；
S3：对阶梯波台阶电压值测量；
S4：对上述两个波形做差分采样；
S5：在DFT运算时采用分段采样方式，只对台阶中间数据运算。
2.根据权利要求1所述的将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法，在所述步骤S1中，假设被测正弦电压信号为
y＝Csinωt，ω＝2πf，
采样间隔选为
hP＝P2π/N
阶梯波所对应的台阶数字值分别为
其中采样移动半个间隔，使两个信号的交叉点在台阶的中间。
3.根据权利要求2所述的将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法，在所述步骤S2中，按照权利要求2的次序输入DAC的N个数据。
4.根据权利要求1所述的将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法，在所述步骤S3中，通过下列两步确定作为参考的阶梯波台阶电压值：
第一步，测量方法，用数字电压表测量台阶电压值，DAC工作在直流模式下，逐次给DAC输入台阶电压的数字值，通过数字电压表测量DAC输出的台阶电压值；
第二步，修正方法，为了得到交流情况下的台阶值，用ADC采样测量所设定的阶梯波，获得N个台阶，每个台阶M个采样值，将每个台阶的M个采样数据均减去对应的台阶电压测量值；观察整个阶梯波各个台阶中间部分的差值，按照与台阶数字值相同的对称性，将这些差值修正到测量值上去，形成新的台阶电压参考值；反复进行修正过程，直到各个台阶上中间的采样点的平均值为零。
5.根据权利要求1所述的将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法，在所述步骤S3中，通过下列简便方法确定作为参考的阶梯波台阶电压值：
将阶梯波台阶上的采样值作分段采样方式的平均，其结果作为台阶参考值，公式如下：
其中z(i,j)是第i个台阶上第j个采样值，而z(i)是第i个台阶的台阶参考值。
6.根据权利要求1所述的将多周期策略用于数模转换测量交流电压的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆祖良，杨雁，黄璐，王磊，潘仙林，张江涛，贺青，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11