实现快速均方根测量的均方根转换器制造技术

提供对５０Ｈｚ或６０Ｈｚ频率的电力线信号实现快速ｒｍｓ测量的ｒｍｓ（均方根）转换器。到达ｒｍｓ转换器的电力线频率信号的数字样值被平方并且在平均电路中求和。在每个ｒｍｓ测量周期结束时，平均值被送到平方根电路来计算ｒｍｓ值。已经把测量周期选为５０ｍｓ，以便跨越５０Ｈｚ和６０Ｈｚ频率的平方后的电力线信号的最小整数个周期，对于６０Ｈｚ频率，跨越六个周期，而对于５０Ｈｚ频率则跨越五个周期，以便以每秒２０个ｒｍｓ值的最大速率提供快速ｒｍｓ测量。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
总的说来，本专利技术涉及均方根(rms)转换器电路，更准确地说，涉及用于实现电力线信号快速rms测量的电路和方法。万用表和电压表通常提供以电压的rms表示的交流(交流)电压测量结果。电力线信号是由发电站向消费者或工业提供的交流电压，通常是120V或240V rms。在试验和测量应用中，以高精度和高可靠性决定电力线信号的rms值的能力是很重要的，但经常要在损害测量速度的情况下才能做到这一点，因为需要跨几个输入信号的周期的测量周期来获得rms值。早期的万用表使用二极管整流和电容平均电路，来以适当的精度提供对有已知频率和通常为正弦波形的电力线信号的rms测量。这样的读数要求在几个信号周期上进行平均，以便获得有最小交流脉动电压的稳定的读数，此交流脉动电压叠加到代表rms值的直流电压上。模拟rms到直流的转换通过对于有各种各样波形的信号，以直流电压的形式产生“真正的rms”值，来改善二极管平均法的限制。热rms转换器是这样一种rms转换器，它的工作原理是把信号加到与环境绝热的电阻上，然后测量电阻温度的等效温升，来获得对应于rms的等效直流加热值。因为热rms转换器根据电阻的热响应来测量等效直流加热值，所以，获得稳定测量的时间将跨许多个输入信号周期，而且在其它因素中，测量时间取决于电阻的热特性、环境温度和所要求的rms测量精度。单片rms转换器是另一种rms转换器，它由例如放大器、乘法器、除法器和积分器这样的在单片集成电路内的模拟电路构成，用于获得代表rms值的直流电压。在一段预先确定的的平均时间上来决定这rms值，而这平均时间根据所希望的精度和叠加到代表rms值的直流信号的交流脉动最大值来设定。对于50Hz和60Hz的电力线信号，平均时间需要跨许多个周期。模数转换器(ADCs)以前一直放在模拟rms转换器的后面，以便把代表rms值的直流电压转换成数字样值，现在，在较新的仪器设计中，它正普遍地取代模拟rms转换器，用于在前端测量输入信号。现在ADCs有高的取样速率和测量精度，从而允许对输入信号直接取样，并且把数字样值作为时间记录存储起来，供进一步处理。数学运算从时间记录中把预先确定的数字样值个数的数字样值进行积分，然后算出信号的rms值。因为不知道信号的准确的周期，时间记录要跨多个信号周期，以便获得所希望的精度。在Steven D.Swift的、转让给Fluke公司的未决美国专利申请08/840,086“测量仪器的前端结构”中，公开了测量仪器的前端结构，其中的前端电路调节输入信号，并用ADC把输入信号数字化，来获得数字样值。把数字样值送到一套数字提取滤波器，以便同时提取各种测量参数，包括rms值以及峰值最大值和最小值。数字滤波器的长度和复杂程度取决于各转移函数的所希望的特性。所述前端结构可以适合于测量各种信号，但它没有告诉我们如何实现电力线信号的快速rms测量。在Swift等的、转让给Fluke公司的未决美国专利申请08/802,020“使用数字滤波的rms转换器”中，描述了做成在平方电路后跟着数字滤波器和平方根电路的rms转换器。从连续的数字样值流获得rms值，而不必考虑输入信号的周期，也没有预先确定的的积分周期。因为数字滤波器的转移函数模仿上面讨论的热rms转换器中的实际电阻的热响应，所以获得rms值的响应时间被测量应用的精度要求所推迟。对于具有已知周期的信号、例如电力线信号，文中没有着重介绍以快的测量速率来获得rms值的问题。这样，现有技术的rms测量以相对慢的速率进行，以便在大范围的可能的输入周期上获得可接受的精度。对于许多故障查找应用来说，这样的速率不总是合适的，在这样的应用中，要求较高的测量速率来探测间歇出现的问题。在测量50Hz和60Hz的世界标准电力线频率的信号的试验和测量应用中，已经知道电力线信号的周期是上两个不同周期中的一个。因此，最好提供一种rms转换器，它进行快速rms测量，以便通过利用电力线信号的已知周期，来获得大大快于用于电力线信号的现有技术的测量速率。根据本专利技术，提供用于实现电力线信号快速rms测量的rms转换器。根据世界标准，电力线频率信号是有50Hz或60Hz频率的周期性正弦波。为了故障查找与诊断目的，希望以可能的最快速率产生电力线频率信号的rms值。根据本专利技术的rms转换器利用已知的电力线频率和波形，提供50毫秒(ms)的最小测量周期的快速rms测量，这50毫秒(ms)的测量周期使或者50Hz或者60Hz适应获得每秒20次rms测量的测量速率。在含有rms转换器的测量仪器中，被测量的信号(“输入信号”)通过调节输入信号的前端，被耦合到取样系统，来提供模拟信号的数字样值，上述取样系统通常是模数转换器(ADCs)形式，或∑-δ转换器或现有技术中的已知的提供模拟信号的数字样值的其它数字取样技术。取样系统以取样速率和充分高的分辨率提供数字样值，这分辨率高到足以在50ms的测量周期上获得所希望的精度。在最佳实施例中，由取样系统以每秒1,000次取样的取样速率和以八位的振幅分辨率提供数字样值。到达rms转换器的数字样值在平方电路中被平方，在平均电路中被求和。在每个测量周期的末尾，平均值被送到平方根电路来计算rms值。然后，rms值被送到微处理器作进一步的处理，这包括存储最小和最大rms值或画出rms值对于时间的曲线。已经把rms测量周期选择为50ms，以便跨越50Hz和60Hz频率的平方后的电力线信号的最小整数个周期。对于60Hz频率，50ms的rms测量周期跨越六个周期，而对于50Hz频率则跨越五个周期，以便以每秒20个rms值的最大速率提供快速rms测量。本专利技术的一个目的是提供一种实现快速rms测量的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种实现电力线频率信号的快速rms测量的rms转换器。本专利技术的一个附带的目的是提供一种实现快速rms测量的方法，它能适应或者50Hz或者60Hz电力线频率信号。本专利技术的再另一个目的是提供产生电力线频率信号的快速rms测量的测量仪器。当结合附图阅读下面的描述时，本专业的技术人员就会清楚本专利技术的其它特征、所取得的结果和优点。附图说明图1是根据本专利技术的用于实现电力线信号的快速rms测量的测量仪器的简化方框图；图2是表示60Hz电力线信号与rms测量周期之间的关系的曲线图；图3是表示50Hz电力线信号与rms测量周期之间的关系的曲线图；图4是表示根据rms测量周期，从电力线信号形成快速rms测量的曲线图；和图5是根据本专利技术的rms转换器的简化方框图。图1是适用于实现电力线信号的快速rms测量的测量仪器10的简化方框图。测量仪器10耦合到电压源12，后者模拟在典型的试验和测量应用中所遇到的电力线频率信号。电力线信号是有根据世界电力标准的或者50Hz或者60Hz频率的周期性正弦波。为了故障查找与诊断目的，希望以可能的最快的速率产生电力线频率信号的rms值。这样产生的rms值可被存储、被挑出最大和最小值或画成图象显示，以供进一步分析，例如探测各种短时异常现象。电压源12通过一对测试探头16耦合到前端14。前端电路14接收到作为输入电压的在一对测试探头16间的电压。因为输入电压可能具有未知的电平，并且可能出现其它频率或噪声成分，所以前端电路14有信号调节电路，以便本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种均方根（ｒｍｓ）转换器，其特征在于包括：（ａ）平方电路，用于接收电力线信号而产生平方后数字样值；（ｂ）耦合到平方电路的平均电路，它在这样的ｒｍｓ测量周期上产生所述平方后数字样值的平均值，其中所述ｒｍｓ测量周期跨越所述平方后数字样 值的整数个周期；以及（ｃ）平方根电路，用于计算所述平均值的平方根，从而产生所述电力线频率输入信号的ｒｍｓ值。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：CN胡伯，
申请(专利权)人：弗兰克公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]