[發明專利]一種固定頻率與波形信號的快速幅值采集測量方法

在審

• 申請號: 201710062397.0
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106771546A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 陳建明;王為術;楊旭;王成鳳;白磊;趙明明;郭香靜;崔羊威;馬躍濤;蘆杜陽;李秦月;候青青;李軍
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙)41104
• 代理人: 劉建芳

技術領域

本發明涉及一種波形信號幅值采集技術領域，尤其涉及一種固定頻率與波形信號的快速幅值采集測量方法。

背景技術

在工業控制系統中，或儀器裝備制造領域，經常需要對已知固定頻率和波形的信號進行幅值測量、采集。通常的方法是連續快速的幅值測量、采集，且持續一個周期以上的時間，按照測量精度要求，在一個完整周期時間內需要包含足夠的采樣點數。這種方法的一個主要缺點是，完成一次幅值測量、采集，需要大于等于一個周期的時間，極大限制了信號幅值測量與采集的速率。對于短時間內要求較大量數據點的檢查與采樣，該問題尤為突出，例如，針對50赫茲交變磁場的測量，采用10×10電感單元矩陣感應傳感裝置，完成一次逐點掃描檢查、采樣，需要對100個傳感單元器件逐一進行檢測、采樣，按照上述方法每單元需要不少于一個周期時間20ms，100個單元合計需要不少于100×5＝5000ms時間，即一次完整掃描、采集時間不低于5s，如果單元數量更多或信號周期更長，則會嚴重影響系統的實時性指標，甚至造成不能滿足工程需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種固定頻率與波形信號的快速幅值采集測量方法，能夠不依賴于被測信號周期長短，針對已知固定頻率和波形信號進行幅值的快速檢測與采集。

本發明采用下述技術方案：

一種固定頻率與波形信號的快速幅值采集測量方法，包括如下步驟：

步驟A：設N個采樣點1～N，對應的采樣時間記作t₁，t₂，t₃，…，t_N，

步驟B：每個采樣點采樣5次，對應的采樣時間記作t_i1＝t_i-2Δt，t_i2＝t_i-Δt，t_i3＝t_i，t_i4＝t_i+Δt，t_i5＝t+2Δt，(i＝1,2,3,…N)

步驟C:去除5次采樣數據中的最小值和最大值，將剩余的三個數據取平均值記作Y_i，對應于t_i，實際是將5次采樣的中間時刻作為本點的采樣時間；重復操作N次，得到N組采樣數據(Y_i，t_i)；

步驟D：依據匹配擬合算法原理對得到N組采樣數據(Y_i，t_i)進行匹配擬合計算，從而獲得真實曲線表達式，進而提取幅值。

所述步驟D中所述的匹配擬合算法具體包括如下步驟：

設理想信號曲線：

N個采樣點的值表示為：

理想曲線與每一采樣點的偏差記為：

根據最小二乘法擬合原理，使得為最小值，也即使對A_m和的一階偏導數等于零，得到兩個方程式為：

其中ω、t_i和Y_i是已知量，求解上述方程，即可得到A_m和即得到幅值。

本發明根據采集精度需要，對被測信號進行多點采樣，即為N針對每個點進行采樣5次，由于被測信號的頻率和波形為已知，所以，利用采樣所得的N組數據(對應N個采樣點)進行曲線匹配擬合計算，從而得到被測信號的幅值信息。在實際應用中，高速模數轉換器采樣速率為10MH_Z，即周期為1/10微秒，針對50H_Z正弦信號連續進行10點采樣(依據數字濾波理論，采樣點數由測量精度決定，取10～15)，每個點采樣5次(實際是在該采樣點的周圍采樣，該次數不能太大)，則耗時約(10點×5次×1/10)＝5微秒，考慮到曲線匹配擬合計算所花費的時間，加上150次連續采樣時間，50H_Z正弦信號幅值檢測與采樣共計耗時約10微秒，將傳統方法需要耗時一個周期約20毫秒，壓縮到了約十微妙，使得采樣速率提高了一個數量級，完全滿足巡線無人機對線路或設備跟蹤和壁障的飛控要求。

附圖說明

圖1為本發明的流程圖。

具體實施方式

以下將對本發明的優先實施例進行詳細的描述；應當理解，優先實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護范圍。如圖1所示，本發明包括如下步驟：

步驟A：設N個采樣點1～N，對應的采樣時間記作t₁，t₂，t₃，…，t_N，