一种抗工频及其谐波干扰的信号采样方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于电变量采样测量技术领域，提供了一种抗工频干扰的信号采样方法及系统，所述方法包括以下步骤：步骤Ａ，于输入的市电交流信号中提取工频信号，通过工频信号对叠加在检测信号上的工频干扰信号进行同步跟踪，并产生一工频同步信号；步骤Ｂ，根据工频同步信号锁定工频干扰信号的过零点相位，在过零点相位对输入的检测信号进行同步采样。本发明专利技术通过同步跟踪工频干扰信号来实现在其过零点相位进行检测信号的同步采样，相对陷波器或滤波技术，本发明专利技术实施例在消除工频干扰的同时，可最大程度地保留检测信号中的有效成分，且算法实现简单、资源及耗时少并可实时跟踪工频干扰。

Signal sampling method and system for resisting power frequency and harmonic interference

The invention is applicable to the technical field of electric variable sampling measurement, provides a signal anti-interference method and sampling system, the method comprises the following steps: step A, extraction power frequency signal to the input signal of AC Electric City, based on the power frequency signal superimposed on the detection signal of the frequency synchronization tracking signal, and generates a frequency synchronization signal; step B, according to the frequency synchronization signal lock frequency interference signal zero crossing phase, the synchronous sampling in the zero crossing phase of input signal. According to the present invention to realize synchronous sampling is used for signal detection in the zero crossing phase synchronous tracking frequency interference signal, relative notch filter or filter, the embodiment of the invention to eliminate power interference and can maximize the retention of the effective components in the signal detection, and the algorithm is simple, and less time and resources real time tracking frequency interference.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电变量采样测量
，尤其涉及一种抗工频及其谐波干扰 的信号采样方法及系统。
技术介绍
在许多基于市电交流供电的工业测控、医疗设备、家用电器中存在微弱信 号采样检测系统，由于市电交流电网工频电磁场分布、供电变压器接地方式、 热地底板技术的采用等原因常常使得被检测的信号受到工频噪声干扰的影响。 因此，抑制或消除工频及其谐波干扰是重要的技术课题之一。目前已有的抑制或消除工频及其谐波干扰的技术方法主要有以下几种1、 在信号采样端设置以工频为中心频率的陷波器，从而阻止或衰减测量信 号中的工频成分。2、 采用数字滤波器滤波， 一般采用软件数字滤波算法实现，以滤除检测信 号中的工频成分。比如无限脉冲响应IIR数字滤波器、有限脉冲响应FIR数字 滤波器、自适应滤波、相干模板法滤波等。3、 将工频干扰看成随机干扰，采用多次重复测量叠加求均方的方式，减小 检测信号中的工频干扰，牺牲测量时间部分地消除工频干扰。4、 在整个信号路径上设置屏蔽措施，削弱通过感应引入的工频千扰。 以上技术方法中对于l、 2而言，采样系统中的软硬件滤波措施，不仅衰减了工频干扰，而且还削弱了有用信号，致使信号采样失真。而上述软件算法的 实现都存在资源占用多或时间耗费长等缺点，同时，工频是有一定波动范围的， 对于固定中心频率的滤波器或滤波软件，都不具备跟踪工频干扰的功能，效果 不理想。而方法3的工作效率偏低且在强干扰地区还可能失效。方法4则明显地增加了系统的复杂程度，成本也较高，且对于某些开放式的检测系统，例如 人体接近触摸检测系统，这种方法效果并不好。工频及其谐波干扰对信号采样具有极大的危害，特别当前流行触摸检测系 统中，因工频干扰信号很难通过普通滤波方式解决， 一直是行业难题。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种抗工频及其谐波干扰的信号采样方法及 系统，旨在改善现有技术中存在的无法同时兼顾信号保真、成本、资源占用、 计算耗时和实时跟踪等性能的缺陷。本专利技术实施例是这样实现的， 一种抗工频及其谐波干扰的信号采样方法，'包括以下步骤步骤A，于输入的市电交流信号中提取工频信号，通过所述工频信号对叠 加在检测信号上的工频干扰信号进行同步跟踪，并产生一工频同步信号；步骤B，根据所述工频同步信号锁定所述工频干扰信号的过零点相位，在 所述过零点相位对输入的检测信号进行同步采样。本专利技术实施例提供的抗工频及其谐波干扰的信号采样系统包括工频同步电路，用于从输入的市电交流信号中提取工频信号，通过所述工 频信号对叠加在检测信号上的工频干扰信号进行同步跟踪，并产生一工频同步 信号；以及采样控制器，其与所述工频同步电路连接，用于根据所述工频同步信号锁 定工频干扰信号的过零点相位，在所述过零点相位对输入的检测信号进行同步采样。本专利技术实施例还提供了 一种基于交流供电的电子设备，其包括一如上所述 的抗工频及其谐波干扰的信号采样系统。本专利技术实施例通过同步跟踪工频干扰信号来实现在其过零点相位进行4全测 信号的同步采样，相对陷波器或滤波技术，本专利技术实施例在消除工频干扰的同5时，可最大程度地保留检测信号中的有效成分，且算法实现简单、资源及耗时少并可实时跟踪工频干扰。附图说明图1是本专利技术实施例提供的抗工频及其谐波干扰的信号采样方法的实现流程图2是本专利技术实施例提供的抗工频及其谐波干扰的信号采样系统的结构原 理图3是图2所示系统中相关信号的波形示意图4是采用本专利技术实施例的电磁炉触摸检测系统示意图5是图4所示应用实例中优选的一种100Hz工频同步信号电路示意图6是图4所示的实施例中的相关信号波形对比示意图7A是图4所示^r测系统不采用本专利技术采样方法时的采样数据波形图7B是图4所示检测系统有采用本专利技术采样方法时的采样数据波形图8是釆用本专利技术实施例的电热水器触摸检测系统的结构示意图9是图8所示的实施例中的工频同步信号电路示意图10是图8所示的实施例中的相关信号波形对比示意图IIA是图8所示检测系统不釆用本专利技术采样方法时的采样数据波形图IIB是图8所示检测系统有采用本专利技术采样方法时的采样数据波形图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例中，首先对工频干扰信号同步跟踪，然后锁定其过零点相位， 再对检测信号进行同步采样。图1示出了本专利技术实施例提供的抗工频及其谐波干扰的信号采样方法的实现流程，详述如下在步骤S12中，于输入的市电交流信号中提取工频信号，通过所述工频信 号对叠加在检测信号上的工频干扰信号进行同步跟踪，并产生一工频同步信号。考虑到检测信号上叠加的工频干扰信号由市电交流信号中的工频信号干扰 所产生，因此为得到工频干扰信号的过零点相位，本专利技术实施例通过市电交流 信号中的工频信号实现对工频干扰信号的同步跟踪，并产生一同步的信号。在步骤S22中，才艮据所述工频同步信号锁定所述工频干扰信号的过零点相 位，在所述过零点相位对输入的纟企测信号进行同步采样。可首先判断上述工频同步信号的频率是否满足要求，该频率可以设置为工 频的任意正整数倍，而当该工频同步信号的频率大于工频时，在工频干扰信号 的两个过零点之间，工频同步信号必然跳变多次，即存在多个边沿，此时只选 择距离过零点相位最近的边沿来锁定，例如，若通过设置的同步信号的频率参 数可得出在工频干扰信号的两个过零点之间工频同步信号具有两次跳变，而第 2个(最后一个)边沿离过零点最近，因此选择第2个边沿来锁定过零点相位。进一步地，为保证能够正确地锁定过零点相位，上述方法还包括以下步骤在采样后经过所述工频同步信号的1/8周期的时间段内，对检测信号重采 样，比较重采样值与前次釆样值的差异，并根据比较结果决定是否需要重新锁 定过零点相位。其中，在采样后经过1/8周期时间内重采样是考虑到工频干扰 信号是由工频信号耦合而得，在1/8工频周期时间内工频干扰信号与工频信号 波形基本一致，此时间段内重采样可以准确地判断已锁定的过零点相位是否正 确，而超过1/8周期后工频干扰信号与工频信号波形已经相差较远，从而无法 准确地根据工频同步信号来锁定工频干扰信号的过零点相位。图2示出了本专利技术实施例提供的抗工频及其谐波干扰的信号采样系统的结 构原理，该系统可内置于任何基于交流供电的电子设备中。为了便于描述，图 2仅示出了与本专利技术相关的部分。参照图2,该信号采样系统包括工频同步电路21和与工频同步电路21连7接的采样控制器22，其中工频同步电路21用于从输入的市电交流信号中提取 工频信号，通过所述工频信号对叠加在检测信号上的工频干扰信号进行同步跟 踪，并产生一工频同步信号，采样控制器22接收该工频同步信号，才艮据所述工 频同步信号锁定工频干扰信号的过零点相位，并在所述过零点相位对输入的检 测信号进行同步釆样，其中，采样控制器22可以通过比较运算或外部中断触发 或I/O状态查询的方式接收工频同步信号。进一步地，如图3所示，采样控制器22还包括工频干扰信号过零点相位锁 定模块221和与工频干扰信号过零点相位锁定模块221连接的采样模块222, 工频干扰信号过零点相位锁定模块221与工频同步电路21连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗工频及其谐波干扰的信号采样方法，其特征在于，包括以下步骤：　　　　步骤Ａ，于输入的市电交流信号中提取工频信号，通过所述工频信号对叠加在检测信号上的工频干扰信号进行同步跟踪，并产生一工频同步信号；　　　　步骤Ｂ，根据所述工频同步信号锁定所述工频干扰信号的过零点相位，在所述过零点相位对输入的检测信号进行同步采样。

【技术特征摘要】
1、一种抗工频及其谐波干扰的信号采样方法，其特征在于，包括以下步骤步骤A，于输入的市电交流信号中提取工频信号，通过所述工频信号对叠加在检测信号上的工频干扰信号进行同步跟踪，并产生一工频同步信号；步骤B，根据所述工频同步信号锁定所述工频干扰信号的过零点相位，在所述过零点相位对输入的检测信号进行同步采样。2、 如权利要求1所述的抗工频及其谐波干扰的信号采样方法，其特征在于， 所述工频同步信号的频率为工频的正整数倍；所述步骤B具体为步骤B1，根据预设的所述工频同步信号的频率，选择所述工频同步信号的 距离过零点相位最近的边沿以锁定所述工频干扰信号的过零点相位；步骤B2，在所述过零点相位对输入的检测信号进行同步采样。3、 如权利要求1所述的抗工频及其谐波干扰的信号采样方法，其特征在于， 在步骤B之后，所述方法还包括步骤C,在采样后经过所述工频同步信号的1/8周期的时间段内，对检测 信号重采样，比较重采样值与前次采样值的差异，并根据比较结果决定是否需 要重新锁定过零点相位。4、 如权利要求1所述的抗工频及其谐波干扰的信号采样方法，其特征在于， 在步骤B之前，所述方法还包括步骤BO,判断所述工频同步信号的频率是否符合要求。5、 一种抗工频及其谐波干扰的信号采样系统，其特征在于，包括 工频同步电路，用于从输入的市电交流信号中提取工频信号，通过所述工频信号对叠加在检测信号上的工频干扰信号进行同步跟踪，并产生一工频同步 信号；以及采样控制器，其与所述工频同步电路连接，用于根据所述工频同步信号锁 定工频干扰信号的过零点相位，并在所述过零点相位对输入的检测信号进行同 步采样。6、 如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙华，李亮，王营，
申请(专利权)人：深圳市汇顶科技有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]