一种基于谐波的频率响应测量系统及方法技术方案

本发明专利技术属于线性系统频率响应测量技术领域，公开了一种基于谐波的频率响应测量系统和方法。利用占空比为50%的方波作为测量信号，把测量系统中的模数转换器过采样率设置为半整数，通过数学运算一次得到待测线性系统在多个频点上的频率响应。本发明专利技术提出的测量系统和方法，具有测量效率高、测量成本低的优点。具有测量效率高、测量成本低的优点。具有测量效率高、测量成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于谐波的频率响应测量系统及方法


[0001]本专利技术属于线性系统频率响应测量
，尤其涉及一种基于谐波的频率响应测量系统及方法。

技术介绍

[0002]线性系统广泛存在。测量线性系统频率响应很重要。
[0003]测量线性系统频率响应，常用的方法有点频法、扫频法等。点频法和扫频法都是使用正弦信号作为测量信号输入待测线性系统。施加一次正弦信号进行一次测量，只能得到一个频点上的频率响应。而且，点频法和扫频法都需要正弦波产生电路，而正弦波产生电路比起方波产生电路，具有电路更复杂、成本更高等缺点。
[0004]所以，点频法和扫频法存在着测量效率相对较低、测量成本相对较高的问题。它们不能应用在对测量效率或测量成本有高要求的场景。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种基于谐波的频率响应测量系统及方法,以解决点频法和扫频法存在的测量效率相对较低、测量成本相对较高的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的一种基于谐波的频率响应测量系统及方法的具体技术方案如下：
[0007]一种基于谐波的频率响应测量系统，包括：
[0008]一个频率可控方波生成器，输入是计算控制单元输出的控制信号Ctrl0，输出是方波信号x(t)；
[0009]一个待测线性系统，输入是频率可控方波生成器输出的方波x(t)，输出m(t)接入信号调理电路；
[0010]一个信号调理电路，输入是待测线性系统的输出m(t)和计算控制单元输出的控制信号Ctrl2，输出y(t)接入模数转换器；
[0011]一个模数转换器，输入是信号调理电路的输出y(t)和计算控制单元输出的控制信号Ctrl1，输出码字y(n)接入计算处理单元；
[0012]一个计算处理单元，输入是模数转换器输出的码字y(n)，输出控制信号Ctrl0、Ctrl1和Ctrl2分别接入频率可控方波生成器、模数转换器和信号调理电路，并输出测量结果。
[0013]本专利技术还公开了一种基于谐波的频率响应测量方法，包括若干个测量轮次，每个测量轮次包括以下四个步骤：
[0014]第一步，根据目标测量频率，计算控制单元设定方波生成器生成的方波频率f0和方波幅度等参数，设定信号调理电路的低通截止频率f
C
和模数转换器过采样率OSR，启动方波生成器，其中过采样率OSR是半整数；
[0015]第二步，计算处理单元调整信号调理电路的增益A
V
，保证模数转换器的输入处在
接近满量程、未饱和的状态；
[0016]第三步，计算处理单元对模数转换器输出的结果y(n)进行K点DFT计算，得到在频率点f0、3f0、5f0、
……
Mf0处信号y(t)的频谱数据Y(f0)、Y(3f0)、Y(5f0)、
……
Y(Mf0)，其中M是奇数且满足M<OSR；
[0017]第四步，计算处理单元用Y(f0)、Y(3f0)、Y(5f0)、
……
Y(Mf0)分别除以信号调理电路的增益A
V
(f0)、A
V
(3f0)、A
V
(5f0)、
……
A
V
(Mf0)，再分别除以信号x(t)的K点DFT频谱数据X(f0)、X(3f0)、X(5f0)、
……
X(Mf0)，分别得到待测线性系统在频率点f0、3f0、5f0、
……
Mf0处的频率响应H(f0)、H(3f0)、H(5f0)、
……
H(Mf0)。
[0018]进一步地，所述频率可控方波生成器，生成的方波幅度、频率f0和相位等参数精确定义，方波频率f0可调，由计算控制单元输出的控制信号Ctrl0决定。
[0019]进一步地，所述信号调理电路，对输入信号m(t)进行线性放大和低通滤波，它的增益A
V
可调、低通滤波的截止频率f
C
可调，由计算控制单元输出的控制信号Ctrl2决定。
[0020]进一步地，所述模数转换器，其采样频率f
s
由计算控制单元输出的控制信号Ctrl1决定，与方波频率f0之间满足f
s
＝K
×
f0，其中K是奇数。
[0021]进一步地，所述计算处理单元，可以进行数学运算，可以输出控制信号，可以读取外部数字码字输入，它输出控制信号Ctrl0接入频率可控方波生成器，控制方波频率等参数；输出控制信号Ctrl1接入模数转换器，控制模数转换器采样频率；输出控制信号Ctrl2接入信号调理电路，控制信号调理电路的增益A
v
和低通截止频率f
C
；并输出测量结果。
[0022]进一步地，所述M＜K/2。
[0023]本专利技术的一种基于谐波的频率响应测量系统及方法具有以下优点：通过一次测量可以得到待测线性系统多个频点上的频率响应；使用方波生成器而不是正弦波产生电路，简化了电路，降低了成本。
附图说明
[0024]图1是本专利技术的一种基于谐波的频率响应测量系统基本框架示意图。
[0025]图2是本专利技术一种基于谐波的频率响应测量方法主要步骤示意图。
[0026]图3是本专利技术具体实施例基本框架示意图。
具体实施方式
[0027]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术一种基于谐波的频率响应测量系统及方法做进一步详细的描述。
[0028]如图1所示，一种基于谐波的频率响应测量系统包括：
[0029]一个频率可控方波生成器，输入是计算控制单元输出的控制信号Ctrl0，输出是方波信号x(t)；
[0030]一个待测线性系统，输入是频率可控方波生成器输出的方波x(t)，输出m(t)接入信号调理电路；
[0031]一个信号调理电路，输入是待测线性系统的输出m(t)和计算控制单元输出的控制信号Ctrl2，输出y(t)接入模数转换器；
[0032]一个模数转换器，输入是信号调理电路的输出y(t)和计算控制单元输出的控制信
号Ctrl1，输出码字y(n)接入计算处理单元；
[0033]一个计算处理单元，输入是模数转换器输出的码字y(n)，输出控制信号Ctrl0、Ctrl1和Ctrl2分别接入频率可控方波生成器、模数转换器和信号调理电路，并输出测量结果。
[0034]如图2所示，本专利技术的一种基于谐波的频率响应测量方法可以包括若干个测量轮次，每个测量轮次主要包括以下四个步骤：
[0035]第一步，根据目标测量频率，计算控制单元设定方波生成器生成的方波频率f0和方波幅度等参数，设定信号调理电路的低通截止频率f
C
和模数转换器过采样率OSR，启动方波生成器，其中过采样率OSR是半整数；
[0036]第二步，计算处理单元调整信号调理电路的增益A
V<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于谐波的频率响应测量系统，其特征在于，包括：一个频率可控方波生成器，输入是计算控制单元输出的控制信号Ctrl0，输出是方波信号x(t)；一个待测线性系统，输入是频率可控方波生成器输出的方波x(t)，输出m(t)接入信号调理电路；一个信号调理电路，输入是待测线性系统的输出m(t)和计算控制单元输出的控制信号Ctrl2，输出y(t)接入模数转换器；一个模数转换器，输入是信号调理电路的输出y(t)和计算控制单元输出的控制信号Ctrl1，输出码字y(n)接入计算处理单元；一个计算处理单元，输入是模数转换器输出的码字y(n)，输出控制信号Ctrl0、Ctrl1和Ctrl2分别接入频率可控方波生成器、模数转换器和信号调理电路，并输出测量结果。2.一种利用如权利要求1所述的基于谐波的频率响应测量系统进行频率响应测量的方法，其特征在于，包括若干个测量轮次，每个测量轮次包括以下四个步骤：第一步，根据目标测量频率，计算控制单元设定方波生成器生成的方波频率和方波幅度等参数，设定信号调理电路的低通截止频率和模数转换器过采样率OSR，启动方波生成器，其中过采样率OSR是半整数；第二步，计算处理单元调整信号调理电路的增益，保证模数转换器的输入处在接近满量程、未饱和的状态；第三步，计算处理单元对模数转换器输出的结果y(n)进行K点DFT计算，得到在频率点、、、
……
处信号y(t)的频谱数据、、、
……
，其中M是奇数且满足M&lt;OSR；第四步，计算处理单元用、、、...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯向东，赵博，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：