[發(fā)明專利]一種基于交流量子電壓的諧波電壓測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910897582.0
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110632387B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈正森;徐熙彤;王磊;周天地;張江濤;潘仙林;石照民;賀青;宋瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G01R19/25;G01R25/00
• 代理公司: 北京安之律師事務(wù)所 11707
• 代理人: 章彥奇

1.一種基于交流量子電壓的諧波電壓測量方法，包括：

步驟1，信號源產(chǎn)生含有指定基波及諧波成分的被測信號y，根據(jù)基波頻率f，確定采樣頻率fs以及臺階數(shù)N；所述被測信號，指定其基波分量，及所包含的諧波分量；所述采樣頻率fs，根據(jù)基波頻率f確定，以實現(xiàn)整周期采樣為目標；所述臺階數(shù)N，應(yīng)根據(jù)每周期的采樣點數(shù)確定，保證每個臺階上的采樣點個數(shù)S為整數(shù)；

步驟2，根據(jù)該被測信號產(chǎn)生相應(yīng)的階梯交流量子電壓信號s，具體為：基于被測信號，以及確定的臺階數(shù)N，將被測信號離散化，得到各臺階相對應(yīng)的電壓值，驅(qū)動可編程約瑟夫森結(jié)陣產(chǎn)生相應(yīng)的階梯交流量子電壓信號；階梯交流量子電壓的合成是通過軟件編程的方式，采用模數(shù)變換輸出偏置電流，控制不同約瑟夫森結(jié)陣的偏置狀態(tài)，實現(xiàn)隨時間變化的量子電壓臺階輸出；

步驟3，在信號調(diào)相后，對被測信號和階梯交流量子電壓信號進行差分采樣；所述調(diào)相，是通過調(diào)節(jié)兩路電壓信號的相位，使得被測信號和階梯交流量子電壓信號的相位相等；階梯交流量子電壓等待輸出，采樣系統(tǒng)進行差分采樣，分析被測信號的采樣初始相位，臺階長度，軟件延時以及硬件延時，確定階梯交流量子電壓的等待時間；使得階梯交流量子電壓輸出時，與被測信號相交于臺階中心位置；所述差分采樣，是對被測信號和交流量子電壓信號的差值進行采樣；

步驟4，通過差分信號的采樣數(shù)據(jù)d，恢復得到被測信號數(shù)據(jù)，具體為：當被測信號輸入正輸入端，階梯交流量子電壓信號輸入負輸入端時，將采樣得到的差分信號，加上相應(yīng)的量子電壓臺階值，得到被測信號數(shù)據(jù)；當被測信號輸入負輸入端，階梯交流量子電壓信號輸入正輸入端時，將采樣得到的差分信號取反，加上相應(yīng)的量子電壓臺階值，得到被測信號數(shù)據(jù)；

步驟5，對被測信號數(shù)據(jù)進行加權(quán)傅里葉變換，得到信號的基波及所含諧波的幅值、相位；

步驟6，將被測信號和階梯交流量子電壓信號作換向處理，重復上述步驟3、4、5，求取兩次結(jié)果的平均值，所述換向處理，是交換被測信號和階梯交流量子電壓信號的位置，將被測信號輸入負輸入端，階梯交流量子電壓信號輸入正輸入端，重復上述步驟3、4、5，得到換向后，計算所得的基波及諧波的幅值、相位；所述求取兩次結(jié)果的平均值，是將換向前計算所得的基波及諧波的幅值相位與換向后計算所得的基波及諧波的幅值相位分別取平均，其中i為諧波次數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于交流量子電壓的諧波電壓測量方法，其中所述步驟5是這樣實現(xiàn)的：

(51)分析臺階與臺階之間的過渡過程，根據(jù)3σ準則，判斷臺階上處于過渡過程的采樣點個數(shù)，以及差分信號幅值較大的采樣數(shù)據(jù)點；

(52)確定被測信號的數(shù)據(jù)權(quán)重矩陣P，將處于過渡過程以及差分信號幅值較大的采樣數(shù)據(jù)點權(quán)重置零，其他數(shù)據(jù)點權(quán)重為1；權(quán)重矩陣為對角矩陣，對角元素即為對應(yīng)位置的數(shù)據(jù)權(quán)重，權(quán)重值為0或1；

(53)根據(jù)采樣頻率確定時間離散矩陣T，即采樣數(shù)據(jù)的實際離散狀態(tài)；根據(jù)參與傅里葉變換的數(shù)據(jù)個數(shù)，確定離散傅里葉變換系數(shù)矩陣F；計算修正矩陣D，D＝(TPF)-1；由于使用數(shù)據(jù)權(quán)重矩陣對信號數(shù)據(jù)進行加權(quán)，此時傅里葉變換后的信號幅值及相位發(fā)生了扭曲，該扭曲程度與數(shù)據(jù)權(quán)重矩陣P有關(guān)，可以使用修正矩陣D重構(gòu)準確的信號幅值及相位；

(54)對信號數(shù)據(jù)進行加權(quán)傅里葉變換，計算得到被測信號的基波及諧波的幅值、相位；將信號數(shù)據(jù)向量乘上權(quán)重矩陣后，進行離散傅里葉變換；此時計算得到的傅里葉系數(shù)是失真的，因此使用修正矩陣，對其進行修正，消除由于加權(quán)方式的不同，所造成的影響。