一种基于准谐波模型采样算法的交流电阻测量方法及装置制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种基于准谐波模型采样算法的交流电阻测量方法，包括：调节所述第二信号源的输出电压，以使所述偏差电流趋近于零；获取所述数字电压信号；基于希尔伯特变换将所述数字电压信号转换为同相‑正交信号；根据所述同相‑正交信号建立准谐波模型；根据所述准谐波模型确定所述同相‑正交信号的频率和复幅度；根据所述同相‑正交信号的频率和复幅度确定所述第二信号源的输出电压；根据所述第二信号源的输出电压、所述第一信号源的输出电压及所述参考阻抗确定所述待测阻抗的阻值和时间常数。本申请实施例还公开了一种基于准谐波模型采样算法的交流电阻测量装置。

An AC resistance measurement method and device based on quasi harmonic model sampling algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于准谐波模型采样算法的交流电阻测量方法及装置
本专利技术涉及交流电阻测量技术，尤其涉及一种基于准谐波模型采样算法的交流电阻测量方法及装置。
技术介绍
在电气、电子等领域实际应用中，电阻器多工作于交流状态，由于残余电感、分布电容等参数影响，电阻器交流阻抗的实部即交流电阻并不等于其直流电阻，交流阻抗的虚部与交流电阻的时间常数相关，影响信号的相位变化。对于精密测量而言，交流状态下使用的电阻仅在直流状态下校准已不能满足要求，需要对其交流电阻值、时间常数等交流参数进行准确测量。目前通常采用基于准平衡式电桥的交流电阻及其时间常数精密测量方法，其电桥以双级感应分压器为比例参考标准，利用电子线路将电桥不平衡差值电压转移至变压器绕组，自动实现电桥准平衡状态，消除了感应分压器比例绕组内负载的影响。同时采用双路同步高速直流采样技术测量不平衡电压信号，通过离散傅里叶变换(DiscreteFourierTransform，DFT)算法获得不平衡电压的基波幅值和相位，从而计算出交流电阻和时间常数。但是，一方面，该方法采用实信号DFT算法，频谱利用率较低；另一方面，当电压信号谐波分量较为明显时，将会影响其参数估计精度。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种基于准谐波模型采样算法的交流电阻测量方法，应用于交流电阻测量设备，所述设备包括：第一信号源、第二信号源、待测阻抗、参考阻抗、电流I-电压V转换器及模拟A/数字D转换器；其中，所述第一信号源的正极与所述参考阻抗的第一端连接，所述第一信号源的负极接地，所述第二信号源的正极与所述待测阻抗的第一端连接，所述第二信号源的负极接地，所述待测阻抗的第二端与所述参考阻抗的第二端连接，所述I-V转换器的输入端与所述待测阻抗的第二端连接，所述I-V转换器的输出端与所述A/D转换器的输入端连接；所述I-V转换器用于将所述待测阻抗和所述参考阻抗之间的偏差电流转换为偏差电压，所述A/D转换器用于将所述偏差电压转换为数字电压信号；所述方法包括：调节所述第二信号源的输出电压，以使所述偏差电流趋近于零；获取所述数字电压信号；基于希尔伯特变换将所述数字电压信号转换为同相-正交信号；根据所述同相-正交信号建立准谐波模型；根据所述准谐波模型确定所述同相-正交信号的频率和复幅度；根据所述同相-正交信号的频率和复幅度确定所述第二信号源的输出电压；根据所述第二信号源的输出电压、所述第一信号源的输出电压及所述参考阻抗确定所述待测阻抗的阻值和时间常数。上述技术方案中，所述基于希尔伯特变换将所述数字电压信号转换为同相-正交信号，包括：对所述数字电压信号u(t)进行希尔伯特变换，得到所述数字电压信号的希尔伯特变换结果v(t)；v(t)的表达式为：其中，H[-]表示希尔伯特变换运算，*表示卷积运算，t表示时间，τ表示待测阻抗的时间常数；所述同相-正交信号x(t)的表达式为：x(t)＝u(t)+iv(t)＝A(t)e-jφ(t)；其中，A(t)为希尔伯特变换的包络，φ(t)为瞬时相位信息，且u(t)的瞬时频率fu(t)的表达式为：上述技术方案中，所述根据所述同相-正交信号建立准谐波模型，包括：将x(t)由K个正弦频谱分量构成表示：其中，fk表示第k个频谱分量的频率，ck表示第k个频谱分量的复幅度，w(t)为窗函数；采用具有时变特性的准谐波正弦信号等效x(t)，建立所述准谐波模型其中，ak是第k个准谐波分量的复幅度，bk是第k个准谐波分量的复斜率，为频率初始值，δfk为频率误差，则上述技术方案中，所述根据所述准谐波模型确定所述同相-正交信号的频率和复幅度，包括：步骤S1，计算所述准谐波模型参数估计结果{ak,bk},k＝1,…,K，确定δfk值；步骤S2，对的值进行更新；步骤S3，通过最小二乘迭代，计算新的准谐波模型参数估计结果步骤S4，重复步骤S1至S3，直到参数估计结果的精度达到预设要求或已重复预设次数；步骤S5，根据当前的{ak,bk},k＝1,…,K、及确定fk和ck。上述技术方案中，所述对的值进行更新，包括：在复平面上将bk分解至ak所在方向及ak的正交方向，即bk＝ρ1,k·ak+ρ2,k·jak，其中，ρ1,k和ρ2,k为计算过程量；对s(t)进行傅里叶变换和一阶泰勒级数展开近似，可得其中，W(f)为w(t)的傅里叶变换；对S(f)进行逆傅里叶变换，得到准谐波模型的近似表达式为：其中，ρ2,k对应于当前第k个频谱分量的频率估计误差，即根据对的值进行更新。本申请实施例提供了一种基于准谐波模型采样算法的交流电阻测量装置，应用于交流电阻测量设备，所述设备包括：第一信号源、第二信号源、待测阻抗、参考阻抗、电流I-电压V转换器及模拟A/数字D转换器；其中，所述第一信号源的正极与所述参考阻抗的第一端连接，所述第一信号源的负极接地，所述第二信号源的正极与所述待测阻抗的第一端连接，所述第二信号源的负极接地，所述待测阻抗的第二端与所述参考阻抗的第二端连接，所述I-V转换器的输入端与所述待测阻抗的第二端连接，所述I-V转换器的输出端与所述A/D转换器的输入端连接；所述I-V转换器用于将所述待测阻抗和所述参考阻抗之间的偏差电流转换为偏差电压，所述A/D转换器用于将所述偏差电压转换为数字电压信号；所述装置包括：调节模块，用于调节所述第二信号源的输出电压，以使所述偏差电流趋近于零；获取模块，用于获取所述数字电压信号；信号转换模块，用于基于希尔伯特变换将所述数字电压信号转换为同相-正交信号；准谐波模块，用于根据所述同相-正交信号建立准谐波模型；运算模块，用于根据所述准谐波模型确定所述同相-正交信号的频率和复幅度；根据所述同相-正交信号的频率和复幅度确定所述第二信号源的输出电压；根据所述第二信号源的输出电压、所述第一信号源的输出电压和所述参考阻抗确定所述待测阻抗的阻值和时间常数。上述技术方案中，所述信号转换模块，具体用于：对所述数字电压信号u(t)进行希尔伯特变换，得到所述数字电压信号的希尔伯特变换结果v(t)；v(t)的表达式为：其中，H[-]表示希尔伯特变换运算，*表示卷积运算，t表示时间，τ表示待测阻抗的时间常数；所述同相-正交信号x(t)的表达式为：x(t)＝u(t)+iv(t)＝A(t)e-jφ(t)；其中，A(t)为希尔伯特变换的包络，φ(t)为瞬时相位信息，且u(t)的瞬时频率fu(t)的表达式为：上述技术方案中，所述准谐波模块，具体用于：将x(t)由K个正弦频谱分量构成表示：其中，fk表示第k个频谱分量的频率，ck表示第k个频谱分量的复幅度，w(t)为窗函数；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于准谐波模型采样算法的交流电阻测量方法，应用于交流电阻测量设备，所述设备包括：第一信号源、第二信号源、待测阻抗、参考阻抗、电流I-电压V转换器及模拟A/数字D转换器；其中，所述第一信号源的正极与所述参考阻抗的第一端连接，所述第一信号源的负极接地，所述第二信号源的正极与所述待测阻抗的第一端连接，所述第二信号源的负极接地，所述待测阻抗的第二端与所述参考阻抗的第二端连接，所述I-V转换器的输入端与所述待测阻抗的第二端连接，所述I-V转换器的输出端与所述A/D转换器的输入端连接；所述I-V转换器用于将所述待测阻抗和所述参考阻抗之间的偏差电流转换为偏差电压，所述A/D转换器用于将所述偏差电压转换为数字电压信号；其特征在于，所述方法包括：/n调节所述第二信号源的输出电压，以使所述偏差电流趋近于零；/n获取所述数字电压信号；/n基于希尔伯特变换将所述数字电压信号转换为同相-正交信号；/n根据所述同相-正交信号建立准谐波模型；/n根据所述准谐波模型确定所述同相-正交信号的频率和复幅度；/n根据所述同相-正交信号的频率和复幅度确定所述第二信号源的输出电压；/n根据所述第二信号源的输出电压、所述第一信号源的输出电压及所述参考阻抗确定所述待测阻抗的阻值和时间常数。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于准谐波模型采样算法的交流电阻测量方法，应用于交流电阻测量设备，所述设备包括：第一信号源、第二信号源、待测阻抗、参考阻抗、电流I-电压V转换器及模拟A/数字D转换器；其中，所述第一信号源的正极与所述参考阻抗的第一端连接，所述第一信号源的负极接地，所述第二信号源的正极与所述待测阻抗的第一端连接，所述第二信号源的负极接地，所述待测阻抗的第二端与所述参考阻抗的第二端连接，所述I-V转换器的输入端与所述待测阻抗的第二端连接，所述I-V转换器的输出端与所述A/D转换器的输入端连接；所述I-V转换器用于将所述待测阻抗和所述参考阻抗之间的偏差电流转换为偏差电压，所述A/D转换器用于将所述偏差电压转换为数字电压信号；其特征在于，所述方法包括：
调节所述第二信号源的输出电压，以使所述偏差电流趋近于零；
获取所述数字电压信号；
基于希尔伯特变换将所述数字电压信号转换为同相-正交信号；
根据所述同相-正交信号建立准谐波模型；
根据所述准谐波模型确定所述同相-正交信号的频率和复幅度；
根据所述同相-正交信号的频率和复幅度确定所述第二信号源的输出电压；
根据所述第二信号源的输出电压、所述第一信号源的输出电压及所述参考阻抗确定所述待测阻抗的阻值和时间常数。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于希尔伯特变换将所述数字电压信号转换为同相-正交信号，包括：
对所述数字电压信号u(t)进行希尔伯特变换，得到所述数字电压信号的希尔伯特变换结果v(t)；v(t)的表达式为：



其中，H[-]表示希尔伯特变换运算，*表示卷积运算，t表示时间，τ表示待测阻抗的时间常数；
所述同相-正交信号x(t)的表达式为：
x(t)＝u(t)+iv(t)＝A(t)e-jφ(t)；
其中，A(t)为希尔伯特变换的包络，φ(t)为瞬时相位信息，且






u(t)的瞬时频率fu(t)的表达式为：





3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述同相-正交信号建立准谐波模型，包括：
将x(t)由K个正弦频谱分量构成表示：



其中，fk表示第k个频谱分量的频率，ck表示第k个频谱分量的复幅度，w(t)为窗函数；
采用具有时变特性的准谐波正弦信号等效x(t)，建立所述准谐波模型



其中，ak是第k个准谐波分量的复幅度，bk是第k个准谐波分量的复斜率，为频率初始值，δfk为频率误差，则





4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述准谐波模型确定所述同相-正交信号的频率和复幅度，包括：
步骤S1，计算所述准谐波模型参数估计结果{ak,bk},k＝1,…,K，确定δfk值；
步骤S2，对的值进行更新；
步骤S3，通过最小二乘迭代，计算新的准谐波模型参数估计结果{ak,bk},k＝1,…,K；
步骤S4，重复步骤S1至S3，直到参数估计结果的精度达到预设要求或已重复预设次数；
步骤S5，根据当前的{ak,bk},k＝1,…,K、及确定fk和ck。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对进行更新，包括：
在复平面上将bk分解至ak所在方向及ak的正交方向，即bk＝ρ1,k·ak+ρ2,k·jak，其中，

ρ1,k和ρ2,k为计算过程量；
对s(t)进行傅里叶变换和一阶泰勒级数展开近似，可得



其中，W(f)为w(t)的傅里叶变换；
对S(f)进行逆傅里叶变换，得到准谐波模型的近似表达式为：



其中，ρ2,k对应于当前第k个频谱分量的频率估计误差，即<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚琭，刘碧野，胡志远，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11