專利名稱：一種交流信號測量電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種交流信號測量電路，主要用于交流電信號的精確測量。
背景技術(shù)：
當(dāng)前飛行器上有大量的交流信號需要測量系統(tǒng)進行測量，傳統(tǒng)的測量電路分為交流模擬量變換器及遠置單元兩個模塊。交流模擬量變換器將交變信號轉(zhuǎn)換為一個直流模擬量信號進行傳輸。由于需要經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)，當(dāng)交流信號源出現(xiàn)短暫變化時，這種傳統(tǒng)的檢測電路不能及時發(fā)現(xiàn)。而且由于模擬量信號易受干擾，且不利于遠距離傳輸。所以遠置單元在對轉(zhuǎn)換后的模擬量信號進行測量時，誤差較大，且設(shè)備體積和質(zhì)量都比較大。綜上所述，傳統(tǒng)的交流信號測量電路體積龐大，質(zhì)量較重，測量誤差較大。

實用新型內(nèi)容本實用新型的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種交流信號測量電路，通過采用電壓比較和過零點計算代替現(xiàn)有技術(shù)中AD有效值變換的方式，提高了測量精度。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種交流信號測量電路，包括變壓器、低通濾波器、過零檢測電路和FPGA芯片，交流信號經(jīng)過變壓器之后輸入到低通濾波器，低通濾波器的輸出送入過零檢測電路中，過零檢測電路的輸出送入FPGA芯片。所述過零檢測電路包括電阻Rl、電阻R2和比較器，輸入信號經(jīng)過電阻Rl之后連接比較器的同相端，電阻R2的一端接地，另一端連接比較器的同相端，參考電壓輸入到比較器的反向端。所述電阻Rl的阻值為20K Ω。所述電阻R2的阻值為I Ω。所述參考電壓為1.5V。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)本實用新型交流信號測量電路經(jīng)過變壓器對交流信號進行隔離和變換后，不會對被測交流信號造成干擾，而且不再像現(xiàn)有技術(shù)中的實現(xiàn)方式一樣對交流電信號的測量需要變換器和遠置單元，本實用新型可以降低模擬信號在傳輸過程中的干擾，且降低了成本。(2)本實用新型采用過零點測量的方式，可以避免信號在經(jīng)過整流濾波環(huán)節(jié)造成的延時。當(dāng)交流信號發(fā)生短暫變化時，可以迅速的計算出交流信號的有效值。

圖1為本實用新型的電路原理示意圖；圖2為本實用新型的過零檢測電路示意圖；[0015]圖3為本實用新型變壓器輸出的波形和門限設(shè)置波形示意圖；圖4為本實用新型FPGA電路示意圖。
具體實施方式
本實用新型的電路示意圖如圖1所示，包括變壓器、低通濾波器、過零檢測電路和 FPGA芯片，交流信號經(jīng)過變壓器之后輸入到低通濾波器，低通濾波器的輸出送入過零檢測電路中，過零檢測電路的輸出送入FPGA芯片，外系統(tǒng)交流信號經(jīng)過變壓器進行隔離、變換， 輸出0 5V的交流信號，之后由低通濾波器對信號進行濾波，將濾波之后的電信號輸入過零檢測電路，通過測量大于參考電壓的時間，交流信號的周期來計算交流信號的有效電壓。過零檢測電路包括電阻Rl、電阻R2和比較器，輸入信號經(jīng)過電阻Rl之后連接比較器的同相端，電阻R2的一端接地，另一端連接比較器的同相端，參考電壓輸入到比較器的反向端。電阻Rl的阻值為20ΚΩ，電阻R2的阻值為ΙΩ，所述參考電壓為1.5V。本實用新型采用變壓器對交流信號進行隔離和變換，通過變壓器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)測量系統(tǒng)和被測系統(tǒng)間的隔離，而且可以通過調(diào)節(jié)線圈匝數(shù)改變輸入輸出電壓的比值，濾波電路主要為一個低通濾波器，F(xiàn)PGA用于對交流信號電壓比較后過零點時刻的計算。過零檢測電路主要測量交流信號經(jīng)過零點的時刻和時間，電路示意圖如圖2所示。經(jīng)過低通濾波器的濾波之后，輸出信號輸入到比較器的同相輸入端，比較器的反向端連接參考電壓= 1.5V。交流信號的有效值為U，周期為T。交流信號經(jīng)過變壓器進行隔離和變換，變壓器線圈匝數(shù)為N 1，形成的ui輸入比較器的同相端?；鶞孰妷狠斎氡容^器的反相端。 設(shè)比較器輸出低電平為八，高電平為VH，再設(shè)ui上升到Vref的時刻為tl，ui下降到的時刻為t2，且有0 < t < tl < T/4 < t2 < T，則比較器的輸出電平
「14，0<i Vh, t\<t <t2 Vi,t2<t<T變壓器輸出的波形和門限設(shè)置波形圖如圖3所示，設(shè)正半波任意時刻t輸入到比較器同相端的信號電壓的瞬時值ui為Ui= 4lUR2 Sm(IntlT)INlRl + R2), 在tl時刻瞬時有Vref = 42UR2 sm(2^JT)/N(R1+ R2)，所以，最終得出結(jié)果 U= NVref {Rx +R2)/^JlR2 sin(2^ /Γ) , U為交流信號的電壓有效值。只要檢測tl，就可以計算出U，而檢測tl必須從信號過零點開始計時，需要進行過零檢測。從圖3中可以出，在交流信號的正半周里，在tl至t2這段時間之內(nèi)ui > V&，輸出電壓Vout為高電平，其他時間比較器都是輸出低電平。當(dāng)信號電壓增加時，由于Vref保持不變，tl至t2這段時間間隔就增加，所以設(shè)計采用檢測比較器輸出高電平的維持時間間隔 At = t2_tl，由于 tl = (T/4)-(Δt/2)，將上式整理得到U = K/COS(JIΔt/T)，其中
K=N Vref I, K為常數(shù)，其物理意義為當(dāng)Δ t無窮小時，交流信號電壓有效值正好等于K，
因此常數(shù)K為電路能夠正確檢測到的最小交流信號電壓的有效值。上式中還需要測量交流信號的周期，可以通過測量比較器輸出端相連兩個上升沿的時間，該時間即為交流信號的周期，實際應(yīng)用中通常該頻率為固定值。由于公式中需要進 Vout =行乘法、除法以及開根號等相關(guān)運算，F(xiàn)PGA進行相關(guān)運算的程序比較復(fù)雜，所以采用查表的方式簡化運算過程，將相關(guān)運算的結(jié)果預(yù)先計算出結(jié)果并存儲到ROM中，Rom使用FPGA內(nèi)部資源，使用計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果作為Rom的地址線，之后處理模塊根據(jù)Rom的地址線從Rom 中預(yù)先存儲的電壓有效值數(shù)值表中搜索查詢到并且讀出，讀出的值即為所測量交流信號的電壓值，之后處理模塊將此電壓值發(fā)送到FIFO中用于后繼輸出。FIFO用于將測量到的數(shù)據(jù)進行暫時存儲，便于打包后傳輸出去。本實用新型中FPGA芯片采用型號為)(C2S50的芯片，如圖4所示，圖中計數(shù)器用來測量At，由于在過零檢測電路中交流信號高于參考電壓的時候輸出為高電平，否則為低電平，在檢測到高電平時開始計數(shù)，低電平時停止計數(shù)，并且在計數(shù)完成后通過鎖存器寫入處理模塊。程序中FPGA采用50M晶振，每個時鐘周期為20ns，所以計數(shù)值乘以20ns就是高電平維持的時間。本實用新型未詳細說明的部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求1.一種交流信號測量電路，其特征在于包括變壓器、低通濾波器、過零檢測電路和 FPGA芯片，交流信號經(jīng)過變壓器之后輸入到低通濾波器，低通濾波器的輸出送入過零檢測電路中，過零檢測電路的輸出送入FPGA芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種交流信號測量電路，其特征在于所述過零檢測電路包括電阻R1、電阻R2和比較器，輸入信號經(jīng)過電阻Rl之后連接比較器的同相端，電阻R2的一端接地，另一端連接比較器的同相端，參考電壓輸入到比較器的反向端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種交流信號測量電路，其特征在于所述電阻Rl的阻值為 20ΚΩ。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種交流信號測量電路，其特征在于所述電阻R2的阻值為 2ΚΩ。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種交流信號測量電路，其特征在于所述參考電壓為1.5V。
專利摘要一種交流信號測量電路，包括變壓器、低通濾波器、過零檢測電路和FPGA芯片，交流信號經(jīng)過變壓器之后輸入到低通濾波器，低通濾波器的輸出送入過零檢測電路中，過零檢測電路的輸出送入FPGA芯片，過零檢測電路包括電阻R1、電阻R2和比較器，輸入信號經(jīng)過電阻R1之后連接比較器的同相端，電阻R2的一端接地，另一端連接比較器的同相端，參考電壓輸入到比較器的反向端，電阻R1的阻值為20KΩ，電阻R2的阻值為2KΩ，參考電壓為1.5V。本實用新型可以降低模擬信號在傳輸過程中的干擾，且降低了成本，測量精確。
文檔編號G01R19/175GK202083737SQ201020607958
公開日2011年12月21日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者張鵬, 彭旭鋒, 楊慧, 王昕 , 趙衛(wèi)軍 申請人:北京宇航系統(tǒng)工程研究所