[發明專利]一種分布式頻率域復信號測量系統及方法

有效

• 申請號: 202010314490.8
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111537795B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 王世隆;于生寶;張嘉霖;魏一鳴
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01R23/16
• 分類號: G01R23/16;G06F17/14
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

本發明涉及一種分布式頻率域復信號測量系統及方法，包括:傳感器模塊，用于將不同物理現象的信號轉化為電信號；電源管理模塊，用于向其他模塊提供不同額定電壓值的電源；人機交互模塊，用于顯示及調整系統工作狀態；同步模塊，用于為分布式系統提供同步脈沖信號，該同步信號包含高精度的同步脈沖信號以及代表該脈沖信號序號的數據信息；核心控制模塊，啟動時間戳計數器以及開始接收外部信號，并通過FPGA控制時間戳計數器和接收外部信號同時進行，每接收一定長度數據后存儲數據和提取接收信號的頻率、振幅和相位信息。本發明可以進行超寬帶寬復信號的測量，具備廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于分布式頻率域復信號測量，具體涉及以數字可編程器件為控制核心，利用同步脈沖信號實現一種分布式頻率域復信號測量系統及方法。

背景技術

測量系統主要用于對不同的物理現象進行觀測，大量的傳感器將不同的物理現象轉化為電信號，具備周期性質的電信號可在時域內或頻域內描述，相比時域內描述需要大量的參數，頻域僅需要頻率、振幅和相位三個參數，為了對特定頻率信號進行描述顯然單一的振幅或相位皆是不完全描述，因此引入復信號概念，復信號具備實部與虛部兩部分，例如電壓信號，其振幅由實部和虛部的模值表示，相位由虛部與實部比值的反正切表示。

目前采用模擬正交鎖相方式的探測系統，雖然帶寬較窄，抗噪能力較強，但是需要提前得到信號的頻率值，以及僅能進行單頻信號的測量，對于多頻信號則需要增加電路通道數量，使得硬件電路復雜，成本較高，而采用數字方式的分布式采集系統多數僅獲得頻率、振幅信息。此外，在同步方面，使用有線同步方式的陣列式探測器，由于線纜的布局，其探測器分布的位置大大受限。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種分布式頻率域復信號測量系統,僅利用一個通道即可實現超寬帶寬(ADC的奈奎斯特帶寬)多頻復信號的測量。另一方面提供一種分布式頻率域復信號測量方法。

本發明是這樣實現的，

一種分布式頻率域復信號測量系統，包括:

傳感器模塊，用于將不同物理現象的信號轉化為電信號；

電源管理模塊，用于向其他模塊提供不同額定電壓值的電源；

人機交互模塊，用于顯示及調整系統工作狀態；

同步模塊，用于為分布式系統提供同步脈沖信號，該同步信號包含高精度的同步脈沖信號以及代表該脈沖信號序號的數據信息；

核心控制模塊，判斷傳感器模塊采集的外部異步信號是否正常，當傳感器模塊采集的外部異步信號正常后啟動時間戳計數器以及開始接收外部信號，并通過FPGA控制時間戳計數器和接收外部信號同時進行，每接收一定長度數據后存儲數據和提取接收信號的頻率、振幅和相位信息。

進一步地，所述傳感器模塊為模擬傳感器或數字傳感器，若為模擬傳感器，則傳感器模塊與核心控制模塊之間設置調理電路模塊與ADC模數轉化模塊，調理電路模塊用于調整輸入電壓信號以滿足ADC電壓信號輸入的要求；所述ADC模數轉換模塊用于實現模數轉換。

進一步地，所述的數據核心控制模塊內部具備至少2個數據緩存區，每當數據在一個緩存區內緩存達到設定值后切換至另一緩存區緩存，同時對該緩存區內的數據進行處理、保存，數據的緩存、處理和保存交替進行實現連續的采集。

進一步地，所述核心控制模塊每緩存固定長度數據，使用傅里葉算法將經由傳感器和ADC模塊采集的時域電壓信號轉化為頻域信號，得到的幅度譜提取極大值點所對應的橫坐標為信號的頻率信息，縱坐標為信號的振幅信息，得到參考信號的頻率信息，然后通過時間戳得到參考信號的初相值，最后將參考信號與測量信號做互功率譜得到待測信號的相位信息。