一種交流短脈沖信號有效值檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種交流短脈沖信號有效值檢測方法，是通過信號檢測電路和信號處理單元兩個部分，檢測、運(yùn)算處理得到短脈沖信號的平方和與短脈沖時間，以計算出脈沖有效值。利用交流信號交變和周期對稱性，以及脈沖序列信號的間斷特性，可以精確的確定脈沖序列起始點(diǎn)和終點(diǎn)，測量方法精確可靠。
【專利說明】
-種交流短脈沖信號有效值檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種檢測工藝，具體設(shè)及一種交流短脈沖信號有效值檢測方法，。
【背景技術(shù)】
[0002] 功率放大器(簡稱功放)在電磁地質(zhì)探測、電力系統(tǒng)測試、聲納通信等領(lǐng)域應(yīng)用廣 泛。功放在使用過程中往往是間斷的發(fā)射交流短脈沖信號，交流短脈沖的有效值在W上領(lǐng) 域的系統(tǒng)中是一個重要參數(shù)，但是目前還沒有交流短脈沖均方根直流轉(zhuǎn)換忍片，通常借助 于數(shù)字示波器對脈沖波形捕捉測量，需額外攜帶測量設(shè)備，而且測量的不確定性大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供一種實(shí)時的交流短脈沖有效值檢測方法， 測量方法精確可靠。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種交流短脈沖信號有效值檢測方 法，所述檢測方法是通過信號檢測電路和信號處理單元兩個部分，檢測、運(yùn)算處理得到短脈 沖信號的平方和與短脈沖時間，W計算出脈沖有效值。
[0005] 優(yōu)選的，所述信號處理單元包括短脈沖時間檢測、短脈沖時間內(nèi)信號的平方和計 算W及短脈沖有效值運(yùn)算輸出Ξ個部分。
[0006] 優(yōu)選的，所述短脈沖時間檢測判斷出脈沖信號測量起始點(diǎn)和測量終點(diǎn)，對測量起 始點(diǎn)和測量終點(diǎn)的時間內(nèi)短脈沖信號的平方和計算出交流短脈沖信號有效值。
[0007] 優(yōu)選的，所述短脈沖時間檢測通過對采樣的信號取絕對值，經(jīng)滯環(huán)比較后可W得 到一系列的脈沖波形，其中第一個脈沖波形上升沿定為測量短脈的起始點(diǎn)，最后一個脈沖 下降沿經(jīng)ts時間后定為測量短脈的終點(diǎn)。
[000引優(yōu)選的，所述第一個脈沖上升沿開始對輸入信號進(jìn)行平方和運(yùn)算，記為E(t);在 第一個下降沿時刻對Σ (t)進(jìn)行采樣保持，記為Σ (ti);在第二個上升沿時刻對Σ (t)進(jìn)行 采樣保持，記為Σ (t2);每個下降沿時刻對Σ (t)進(jìn)行采樣保持，保持?jǐn)?shù)據(jù)更新記為Σ (T); 則總的短脈沖信號的平方和為Σ (Τ) + Σ (t2)-E (ti)，即計算出交流短脈沖信號有效值為： RMS=[(T) + (t2)-(ti)]/[td+tl-tk]。
[0009] 優(yōu)選的，所述脈沖有效值轉(zhuǎn)換為串口輸出或通過數(shù)碼管顯示。
[0010] 優(yōu)選的，所述信號檢測電路，包括分壓電路、調(diào)理電路、低通濾波電路和高速AD轉(zhuǎn) 換電路;所述分壓電路將高壓信號轉(zhuǎn)換成可處理的低壓信號，所述低壓信號經(jīng)所述調(diào)理電 路使得信號為正;再經(jīng)所述低通濾波電路去除調(diào)理后電路中的高頻干擾，最后信號由高速 AD轉(zhuǎn)換電路將濾波后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供給信號處理單元。
[0011] 由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：
[0012] 本發(fā)明的交流短脈沖信號有效值檢測方法，信號檢測電路利用交流信號交變和周 期對稱性，W及脈沖序列信號的間斷特性，可W精確的確定脈沖序列起始點(diǎn)和終點(diǎn)，測量方 法精確可靠;信號處理單元，采用信號捕捉的方式對脈沖序列進(jìn)行檢測，算法中還對短脈序 列前端和末尾端未計算的時間進(jìn)行補(bǔ)償，使得數(shù)據(jù)更加精確，該方法通過現(xiàn)場可編程邏輯 口陣列（FPGA等)實(shí)現(xiàn)，可精確的實(shí)現(xiàn)單次、多次交流脈沖測量，通過設(shè)定數(shù)據(jù)采樣更新時 間，算法還適用于連續(xù)的交流信號的測量;該測量系統(tǒng)能夠同步的對測量結(jié)果數(shù)據(jù)上報或 顯示，信號采樣、測量集成化，實(shí)時的提供了信號參數(shù)，實(shí)驗(yàn)證明。
【附圖說明】
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說明：
[0014] 附圖1為短脈沖的測量起、終點(diǎn)檢測示意圖；
[0015] 附圖2為信號檢測電路；
[0016] 附圖3為短脈沖時間檢測流程圖；
[0017] 附圖4為短脈沖時間內(nèi)信號的平方和計算流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019] 本發(fā)明交流短脈沖信號有效值檢測方法所采用的原理是交流短脈沖有效值等于 短脈沖信號的平方和除W短脈沖時間后開平方，用公式可表示為
閉用上 述原理本發(fā)明是由信號檢測電路和信號處理單元兩個部分組成，檢測、運(yùn)算處理得到短脈 沖信號的平方和與短脈沖時間，W計算出脈沖有效值。
[0020] 其中信號檢測電路包括分壓電路、調(diào)理電路、低通濾波電路和高速AD轉(zhuǎn)換電路。分 壓電路1是通過兩個分壓電阻Ri、R2將高壓交流信號轉(zhuǎn)換成可處理的低壓信號，經(jīng)過由運(yùn)放 Al搭建的電壓跟隨器來減小采樣的輸出阻抗，經(jīng)R3、R4、A2和Uref組成的直流偏置電路（調(diào)理 電路2)，使得信號為正，再經(jīng)R3、Ci組成的低通濾波電路3去除調(diào)理后電路中的高頻干擾，最 后的信號由高速AD轉(zhuǎn)換電路將濾波后的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供給信號處理單元。
[0021] 信號處理單元包括短脈沖時間檢測、短脈沖時間內(nèi)信號的平方和計算和短脈沖有 效值運(yùn)算輸出Ξ個部分。
[0022] (1)短脈沖時間檢測
[0023] 短脈沖時間檢測的關(guān)鍵在于檢測短脈沖的測量起點(diǎn)和測量終點(diǎn)，本發(fā)明根據(jù)脈 沖信號的自身特性提供了一種有效精確的檢測方法，短脈沖的測量起、終點(diǎn)檢測示意圖如 附圖1所示。
[0024] 先對采樣的信號取絕對值，經(jīng)滯環(huán)比較(抗干擾能力強(qiáng))后可W得到一系列的脈沖 波形，第一個脈沖波形(脈沖1)上升沿定為測量短脈的起始點(diǎn)，最后一個脈沖下降沿經(jīng)ts時 間后定位測量短脈的終點(diǎn)，具體的分析過程如下：
[0025] 結(jié)合附圖1，假設(shè)相鄰兩個脈沖序列的時間間隔thoid要遠(yuǎn)大于短脈沖測量的最長 周期Tmax，即站。1<1〉〉1?31。如果一個短脈沖序列由11個周期的交流脈沖，交流脈沖的周期為1'。 (Tn《Tmax)，取絕對值經(jīng)滯環(huán)比較后得到化個脈沖(每個周期產(chǎn)生2個脈沖），即脈沖1、脈沖 2…脈沖化。短脈沖的起始點(diǎn)是脈沖1的上升沿時刻;每次從脈沖k化《化）的下降沿開始計 時到下一個上升沿結(jié)束，因此相鄰兩個之間脈沖的間隔時間定義為tk=tk上-t(k+l)下，很容易 得知tk<Tk，然而最后一個脈沖化下降沿開始后在thold時間內(nèi)都無脈沖信號，及最后一個脈 沖2η下降沿計時到測量終點(diǎn)的時間設(shè)為ts，即測量終點(diǎn)判斷的條件是滿足ts〉Tmax。計測量起 點(diǎn)到測量終點(diǎn)的時間為td，兩者之間的時間差tval = td-1S。
[00%]信號經(jīng)過信號檢測電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號供給信號處理單元進(jìn)入FPGA后進(jìn)行算法 處理，首先是將采樣的信號去絕對值后進(jìn)行滯環(huán)比較產(chǎn)生一系列脈沖波，再分別檢測脈沖 波的上升和下降沿，檢測并計算數(shù)相鄰兩脈沖之間的時間為tk，并計第一個相鄰的兩個脈 沖之間的時間為tl。信號檢測的終點(diǎn)由總計時時間限制條件td〉tref和tk〉Tma廂個任一條件 決定，則有：
[0027] (1)從短脈沖檢測起始點(diǎn)到終點(diǎn)之間的時間td小于設(shè)定的數(shù)據(jù)更新時間tref，且最 后一個下降沿到終點(diǎn)時間大于等于Tmax，脈沖的總時間為t^h-Tmax ( tk = Tmax);
[0028] (2)從短脈沖檢測起始點(diǎn)到終點(diǎn)之間的時間td小于設(shè)定的數(shù)據(jù)更新時間tref，且 最后一個下降沿到終點(diǎn)時間小于Tmax，脈沖的總時間為td+t廣tk;
[0029] (3)從短脈沖檢測起始點(diǎn)到終點(diǎn)之間的時間td大于等于設(shè)定的數(shù)據(jù)更新時間tref， 此脈沖可W看作連續(xù)脈沖，脈沖的總時間為t打tl-tk，其算法的流程如附圖3所示。
[0030] 其中AD取樣率選擇2.5MSPS，可測的最小交流脈沖寬度為4us，理論上不限最長脈 寬(Tmax決定最長測量脈寬）。
[0031] (2)短脈沖時間內(nèi)信號的平方和計算
[0032] 由上述分析可確定短脈沖序列的測量起點(diǎn)和測量終點(diǎn)，和經(jīng)滯環(huán)比較后脈沖脈沖 序列的前提下，第一個脈沖上升沿開始對輸入信號進(jìn)行平方和運(yùn)算，記為E(t)。在第一個 下降沿時刻對Σ (t)進(jìn)行采樣保持，記為Σ (ti);在第二個上升沿時刻對Σ (t)進(jìn)行采樣保 持，記為E(t2);每個下降沿時刻對E(t)進(jìn)行采樣保持，保持?jǐn)?shù)據(jù)更新記為Σ(Τ)。則總的 短脈沖信號的平方和為E(T)+E(t2)-E(ti)，其算法的流程如附圖4所示。
[0033] 可W計算出交流短脈沖信號有效值為：
[0034] RMS=[(T) + (t2)-(ti)]/[td+tl-tk]
[0035] 3、短脈沖有效值運(yùn)算輸出
[0036] 本發(fā)明中的滯環(huán)比較器的兩個閩值分別為ul和u2(u2〉〉ul)，交流正弦信號可表示 為Asin(wt+0)，信號經(jīng)滯環(huán)比較產(chǎn)生脈沖波需滿足A〉u2。信號經(jīng)過閩值1時滿足Asin(wt+0) = ul，有sin(wt+目）=ul/A一0,因此wt一0,附圖1中的tpi非常小(影響?。?。有交流正弦波形 在一個周期內(nèi)的對稱性可知tp2 = tp0，tp2、tpl分別補(bǔ)償了短脈序列前端和末尾端未計算的時 間。計第一個脈沖下降沿到第二個脈沖上升沿時間為tl = tpl + tp2 = t止-t2下，該時間段的信 號平方和為A Σ。因此，短脈沖序列的計算時間可表示為t總二tval + tl = td-ts + tl，信號的平 方和可表示為Σ總=Σ1-Σ化ΔΣ，
[0037] 交流短脈沖信號有效值關(guān)S. '''''巧由此可W精確的計算出短脈沖序列的有 效值，最后對計算得到的脈沖有效值轉(zhuǎn)換為串口輸出或通過數(shù)碼管顯示。
[0038] W上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。凡采用 等同變換或者等效替換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種交流短脈沖信號有效值檢測方法，其特征在于:所述檢測方法是通過信號檢測 電路和信號處理單元兩個部分，檢測、運(yùn)算處理得到短脈沖信號的平方和與短脈沖時間，以 計算出脈沖有效值。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流短脈沖信號有效值檢測方法，其特征在于:所述信號處理 單元包括短脈沖時間檢測、短脈沖時間內(nèi)信號的平方和計算以及短脈沖有效值運(yùn)算輸出三 個部分。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流短脈沖信號有效值檢測方法，其特征在于:所述短脈沖時 間檢測判斷出脈沖信號測量起始點(diǎn)和測量終點(diǎn)，對測量起始點(diǎn)和測量終點(diǎn)的時間內(nèi)短脈沖 信號的平方和計算出交流短脈沖信號有效值。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流短脈沖信號有效值檢測方法，其特征在于:所述短脈沖時 間檢測通過對采樣的信號取絕對值，經(jīng)滯環(huán)比較后可以得到一系列的脈沖波形，其中第一 個脈沖波形上升沿定為測量短脈的起始點(diǎn)，最后一個脈沖下降沿經(jīng)ts時間后定為測量短脈 的終點(diǎn)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的交流短脈沖信號有效值檢測方法，其特征在于:所述第一個脈 沖上升沿開始對輸入信號進(jìn)行平方和運(yùn)算，記為Σ(〇;在第一個下降沿時刻對Σ(?)進(jìn)行 采樣保持，記為LUO;在第二個上升沿時刻對Σ(?)進(jìn)行采樣保持，記為E(t 2);每個下降 沿時刻對Σ(υ進(jìn)行采樣保持，保持?jǐn)?shù)據(jù)更新記為Σ(Τ);則總的短脈沖信號的平方和為Σ (τ)+? (ω-Σ (ω，即計算出交流短脈沖信號有效值為： RMS= [(T) + (t2)-(ti)]/[t d+t 1-t k]〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流短脈沖信號有效值檢測方法，其特征在于:所述脈沖有效 值轉(zhuǎn)換為串口輸出或通過數(shù)碼管顯示。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流短脈沖信號有效值檢測方法，其特征在于:所述信號檢測 電路，包括分壓電路、調(diào)理電路、低通濾波電路和高速AD轉(zhuǎn)換電路;所述分壓電路將高壓信 號轉(zhuǎn)換成可處理的低壓信號，所述低壓信號經(jīng)所述調(diào)理電路使得信號為正;再經(jīng)所述低通 濾波電路去除調(diào)理后電路中的高頻干擾，最后信號由高速AD轉(zhuǎn)換電路將濾波后的信號轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號供給信號處理單元。
【文檔編號】G01R29/02GK106066429SQ201610482000
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年9月6日 公開號201610482000.9, CN 106066429 A, CN 106066429A, CN 201610482000, CN-A-106066429, CN106066429 A, CN106066429A, CN201610482000, CN201610482000.9
【發(fā)明人】王智, 劉超男, 張婷婷
【申請人】昆山九華電子設(shè)備廠