[發明專利]一種基于交流量子電壓的諧波電壓測量方法

有效

• 申請號: 201910897582.0
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110632387B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）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）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: 北京安之律師事務所 11707
• 代理人: 章彥奇

本發明提供了一種基于交流量子電壓的諧波電壓測量方法，屬于計量領域。該方法首先產生含有諧波的周期信號，確定采樣頻率以及臺階數。其中采樣頻率應根據基波頻率確定，以實現整周期采樣為目標。臺階數應根據每周期的采樣點數確定。接著產生階梯交流量子電壓信號，該階梯交流量子電壓信號應根據被測信號產生。然后對換向前和換向后的差分信號進行采樣，分別處理，即進行數據篩選、恢復，對信號數據進行加權傅里葉變換，計算得到被測信號所包含的基波及諧波的幅值和相位，最后求取換向前和換向后所得結果的均值。

技術領域

本發明屬于計量領域，具體涉及一種基于交流量子電壓的諧波電壓測量方法。

背景技術

目前國內是基于交流采樣及傅里葉變換的方法實現對諧波的測量，該方法為全波形采樣。由于采用全波形采樣的方法，在使用模擬數字轉換器(ADC)時測量誤差較大，信號噪聲未經衰減全部進入采樣系統中。且電路易受到外界環境的影響，隨時間和環境的變化而改變。可編程約瑟夫森量子電壓基準(PJVS)建立在自然常數的基礎上，可以產生具有量子精度的任意電壓。該電壓值不受時間和外界環境的影響而保持恒定。可編程約瑟夫森量子電壓基準已應用于正弦信號的測量，并未應用于諧波的測量。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種基于交流量子電壓的諧波電壓測量方法，為諧波電壓的溯源提供一條新路徑。通過差分采樣，實現以交流量子電壓為參考的諧波電壓精密測量，從而實現交流量子電壓向被測諧波電壓的直接量值傳遞，提高了量值傳遞的穩定性和可靠性。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種基于交流量子電壓的諧波電壓測量方法，包括：

步驟1，信號源產生含有指定基波及諧波成分的被測信號y，根據基波頻率f，確定采樣頻率f_s以及臺階數N；

步驟2，根據該被測信號產生相應的階梯交流量子電壓信號s；

步驟3，在信號調相后，對被測信號和階梯交流量子電壓信號進行差分采樣；

步驟4，通過差分信號的采樣數據d，恢復得到被測信號數據；

步驟5，對被測信號數據進行加權傅里葉變換，得到信號的基波及所含諧波的幅值、相位。

步驟6，將被測信號和階梯波信號作換向處理，重復上述步驟3、4、5，求取兩次結果的平均值。

所述步驟1是這樣實現的：

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f_s，根據基波頻率f確定，以實現整周期采樣為目標；

所述臺階數N，應根據每周期的采樣點數確定，保證每個臺階上的采樣點個數S為整數。

所述步驟2是這樣實現的：

基于被測信號，以及確定的臺階數N，將被測信號離散化，得到各臺階相對應的電壓值，驅動可編程約瑟夫森結陣產生相應的階梯交流量子電壓信號；階梯波交流量子電壓的合成是通過軟件編程的方式，采用模數變換輸出偏置電流，控制不同約瑟夫森結陣的偏置狀態，實現隨時間變化的量子電壓臺階輸出。

所述步驟3是這樣實現的：

所述調相，是通過調節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，采樣系統對被測信號進行采樣，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。

所述步驟4是這樣實現的：