用于谐波检测的频率跟随数据采集电路制造技术

本发明专利技术公开了一种用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，包括依次连接的过采样调制器、第一梳状滤波器、第一高通滤波器、频率计算电路、分频器、第二梳状滤波器以及第二高通滤波器，所述过采样调制器连接所述第二梳状滤波器。本发明专利技术将输入数据通过频率跟随在过采样AD转换的梳状滤波电路中改变过采样率，让该过采样率根据输入信号的频率变化，从而保证谐波检测输入数据在单位周期内数据个数固定，使得计算误差较小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及谐波检测领域，尤其涉及一种用于谐波检测的频率跟随数据采集电路。具体地说，针对电能计量系统进行谐波检测，混有谐波分量且频率偏移的输入信号不够准确的情况，采用频率跟随技术实现谐波检测输入数据的准确采集。
技术介绍
在电网中，随着变频设备和非线性设备的不断增多，电压并不是单一的频率，混有越来越多的高频成分，这些高频分量对电网中的其他设备会造成严重的影响，当高频成分达到一定程度时，有可能出现严重的危害，因此，对电网中产生高频成分的控制越来越重要，那么测量电网中谐波成分也相应的受到重视。电网中的电压在产生过程中会或多或少的产生偏差，并不是一直都是理想的50Hz，会在50Hz附近波动，可能实际电网中的电压基波频率为49 51Hz，那么数据采集就会出现困难，或是采集到的数据不能准确反映实际情况，在后续计算过程中会造成比较大的误差。在现有的电能测量系统中，对谐波的测量总是存在误差，造成误差的原因有很多，最重要的一个误差原因就是在谐波检测时输入的原始采集数据不够准确，这样不管后面的计算怎么精确，都会存在较大误差，因此，提出一种提高输入采集数据准确性的方法就显得至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，实现对频率变化的谐波检测输入数据的准确采集，从而方便后续的谐波检测计算。实现上述目的的技术方案是—种用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，采集模拟信号，包括依次连接的过采样调制器、第一梳状滤波器、第一高通滤波器、频率计算电路、分频器、第二梳状滤波器以及第二高通滤波器，所述过采样调制器连接所述第二梳状滤波器，其中过采样调制器，接收所述模拟信号并将其量化，转换为脉冲密度调制信号，分别输出给所述第一梳状滤波器和第二梳状滤波器；第一梳状滤波器，根据固定的过采样率对接收的所述脉冲密度调制信号进行积分，得到第一数字码，输出给所述第一高通滤波器；第一高通滤波器，滤除所述第一数字码中的直流分量，将滤波后的第一数字码输出给所述频率计算电路；频率计算电路，计算滤波后的第一数字码的频率，将该频率输出给所述分频器；分频器，根据所述频率得到相应的分频数，对系统时钟进行分频，得到过采样时钟，并将该过采样时钟输出给所述第二梳状滤波器；第二梳状滤波器，根据所述过采样时钟，对所述脉冲密度调制信号进行积分，得到第二数字码，输出给所述第二高通滤波器；第二高通滤波器，滤除所述第二数字码中的直流分量，输出滤波后的第二数字码。上述的用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，其中，所述频率计算电路包括连接所述第一高通滤波器和分频器的计数器，以及连接所述第一高通滤波器和计数器的过零检测电路，其中过零检测电路，对滤波后的第一数字码进行过零点检测，产生过零控制信号给所述计数器；计数器，结合系统时钟对滤波后的第一数字码进行计数，在接收到所述过零控制信号时输出计数器的值，并将计数器清零。上述的用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，其中，所述第一数字码和第二数字码均采用二进制补码。上述的用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，其中，所述脉冲密度调制信号为TOM码。上述的用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，其中，所述频率跟随数据采集电路还包括一连接在所述过采样调制器和第二梳状滤波器之间的延时电路。本专利技术的有益效果是电能计量系统(尤其全电子式电能表)进行谐波检测，本专利技术针对混有谐波分量且频率偏移的输入信号，采用频率跟随技术，即根据输入信号基波频率改变AD (模/数)转换过程中过采样率，使AD转换输出数据在基波信号一个周期内数据个数一样，实现对频率变化的输入信号的准确采集。同时，本专利技术抗噪性强，精确度高。附图说明图1是本专利技术的用于谐波检测的频率跟随数据采集电路的结构示意图；图2是本专利技术中频率计算电路的结构示意图；图3是本专利技术中分频器的原理示意图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术整体上是实现模拟信号到数字信号的转换，但是由于输入模拟信号频率偏移，若使用固定过采样率，输出数字信号数据个数在单位周期内随着频率的变化而变化，在谐波检测中现在常使用FFT变换(快速傅里叶变换)，要求输入数据个数固定，若单位周期内数据个数不固定，那么FFT变换输入数据不准确，将会使计算结果有很大误差，而这种误差也不能从根本上修正，严重影响测量精度，因此使用随频率变化的过采样率得到单位周期内数据个数固定的采样数据就会大大降低谐波检测的误差，提高精度。请参阅图1，本专利技术的用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，采集模拟信号，包括依次连接的过采样调制器1、第一梳状滤波器2、第一高通滤波器3、频率计算电路4、分频器5、第二梳状滤波器6以及第二高通滤波器7，过采样调制器I还连接第二梳状滤波器6，其中过采样调制器I接收模拟信号并将其量化，转换为PDM码(Pluse DensityModulation Signal，脉冲密度调制信号)，分别输出给第一梳状滤波器2和第二梳状滤波器6 ;PDM码反映了输入的模拟信号的平均值，PDM码的值要么为O，要么为1，其密度反映了输入信号值的大小，PDM码越密(I多)，输入信号的值越大，相反，PDM码越疏(O多)，输入信号的值越小；第一梳状滤波器2根据固定的过采样率，对接收的脉冲密度调制信号进行积分，得到第一数字码，输出给第一高通滤波器3 ;所述固定的过采样率对应输入的模拟信号的中心频率(本实施例中，中心频率是50Hz，对应电网频率)；第一高通滤波器3滤除第一数字码中的直流分量，减少AD转换带来的直流误差，然后将滤波后的第一数字码输出给频率计算电路4 ；以便频率计算电路4准确判断过零点，使频率计算时计数准确；频率计算电路4计算滤波后的第一数字码的频率(即输入的模拟信号的频率)，将该频率输出给分频器5 ;请参阅图2，本实施例中，频率计算电路4包括连接第一高通滤波器3和分频器5的计数器41，以及连接第一高通滤波器3和计数器41的过零检测电路42，其中过零检测电路42对滤波后的第一数字码进行过零点检测，产生用于计数的过零控制信号给计数器41 ;计数器41根据接收的过零控制信号，结合系统时钟，对滤波后的第一数字码进行计数，输出第一数字码的频率，即输入的模拟信号的频率，具体原理如下一个周期内信号有两次过零，一次是从负值到正值，一次是从正值到负值，整个第一数字码的过零信号一直是这样交替出现。本实施例中，数字码采用二进制补码形式表示，最高位是符号位，I表示负数，O表示正数。通过判断连续两个数字码最高位(本实施例中，使用24位二进制补码表示数字码，最高位即为第24位)产生过零信号。数字码经过一个寄存器即可实现一个时钟的延时，不经过寄存器与经过寄存器的两个数据即可作为控制信号产生依据。在数字码从负值变到正值时产生过零控制信号，而从正值变到负值是不产生过零控制信号，那么连续两个过零控制信号之间即为一个周期。结合系统时钟，计数器41对滤波后的第一数字码进行计数，在接收到过零控制信号时输出计数器的值，并且将计数器清零，开始下一个周期的计数，计数器41输出值即为输入的模拟信号的频率；分频器5根据接收的频率得到相应的分频数，对系统时钟进行分频，得到过采样时钟，并将该过采样时钟输出给第二梳状滤波器6 ;请参阅图3，为分频器5的原理示意图，分频器5由频率分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，采集模拟信号，其特征在于，包括依次连接的过采样调制器、第一梳状滤波器、第一高通滤波器、频率计算电路、分频器、第二梳状滤波器以及第二高通滤波器，所述过采样调制器连接所述第二梳状滤波器，其中：过采样调制器，接收所述模拟信号并将其量化，转换为脉冲密度调制信号，分别输出给所述第一梳状滤波器和第二梳状滤波器；第一梳状滤波器，根据固定的过采样率对接收的所述脉冲密度调制信号进行积分，得到第一数字码，输出给所述第一高通滤波器；第一高通滤波器，滤除所述第一数字码中的直流分量，将滤波后的第一数字码输出给所述频率计算电路；频率计算电路，计算滤波后的第一数字码的频率，将该频率输出给所述分频器；分频器，根据所述频率得到相应的分频数，对系统时钟进行分频，得到过采样时钟，并将该过采样时钟输出给所述第二梳状滤波器；第二梳状滤波器，根据所述过采样时钟，对所述脉冲密度调制信号进行积分，得到第二数字码，输出给所述第二高通滤波器；第二高通滤波器，滤除所述第二数字码中的直流分量，输出滤波后的第二数字码。

【技术特征摘要】
1.一种用于谐波检测的频率跟随数据采集电路，采集模拟信号，其特征在于，包括依次连接的过采样调制器、第一梳状滤波器、第一高通滤波器、频率计算电路、分频器、第二梳状滤波器以及第二高通滤波器，所述过采样调制器连接所述第二梳状滤波器，其中 过采样调制器，接收所述模拟信号并将其量化，转换为脉冲密度调制信号，分别输出给所述第一梳状滤波器和第二梳状滤波器； 第一梳状滤波器，根据固定的过采样率对接收的所述脉冲密度调制信号进行积分，得到第一数字码，输出给所述第一高通滤波器； 第一高通滤波器，滤除所述第一数字码中的直流分量，将滤波后的第一数字码输出给所述频率计算电路； 频率计算电路，计算滤波后的第一数字码的频率，将该频率输出给所述分频器； 分频器，根据所述频率得到相应的分频数，对系统时钟进行分频，得到过采样时钟，并将该过采样时钟输出给所述第二梳状滤波器； 第二梳状滤波器，根据所述过采样时钟，对所述脉冲密度调制信号进行积分，得到第二数字码，输出给所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈祥，韩明，
申请(专利权)人：上海贝岭股份有限公司，
类型：发明
国别省市：