[發(fā)明專利]一種正弦信號參數(shù)測量方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111073630.8
• 申請日: 2021-09-14
• 公開（公告）號: CN113791260A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司朝良;劉文江;武曉明;丁曉冬;何為凱
• 申請（專利權(quán)）人: 山東交通學(xué)院
• 主分類號: G01R13/02
• 分類號: G01R13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種正弦信號參數(shù)測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

a)選取一個(gè)雙刀雙擲型繼電器J，靜態(tài)時(shí)，繼電器J的靜觸點(diǎn)B1、B2分別與公共端子C1、C2接通，將被測正弦信號u_s從繼電器的公共端子C1引入，繼電器的公共端子C2連接到混頻器的射頻輸入端RF；

b)所述繼電器的兩個(gè)靜觸點(diǎn)B1、B2用導(dǎo)線短路，繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)A1連接到衰減器的輸入端，衰減器的輸出端連接到繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)A2；

c)所述混頻器的本振輸入端LO連接到DDS本振源的輸出端，混頻器的中頻輸出端經(jīng)匹配電阻連到帶通濾波器的輸入端，帶通濾波器輸出的中頻信號u_I分成兩路，一路連接到波形變換器的輸入端，另一路輸送到差分匹配網(wǎng)絡(luò)；

d)所述混頻器RF端的被測信號頻率f_S、LO端的本振信號頻率f_L和帶通濾波器輸出的中頻信號頻率f_I滿足公式(1):

f_I＝f_L－f_S (1)；

e)所述波形變換器輸出的方波信號u_P接到STM32微控制器的一個(gè)可以配置為PWM輸入捕獲模式的GPIO引腳；

f)所述中頻信號u_I經(jīng)過差分匹配網(wǎng)絡(luò)后，輸送到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入端，A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端連接到FIFO存儲器的數(shù)據(jù)輸入端，F(xiàn)IFO存儲器的數(shù)據(jù)輸出端連接到STM32微控制器的I/O口；

g)所述STM32微控制器通過時(shí)鐘線控制A/D轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)輸出；

h)所述STM32微控制器通過時(shí)鐘線、控制線和數(shù)據(jù)線與DDS本振源相連，基于對被測信號頻率f_S的預(yù)估值，從鍵盤置入數(shù)值設(shè)定DDS本振源的輸出正弦波信號頻率f_L，使得依據(jù)公式(1)算出的f_I＝455kHz；

i)所述STM32微控制器將與波形變換器輸出u_P相連的GPIO引腳配置為PWM輸入捕獲模式，并測算出u_P的方波信號頻率f_IC，f_IC是公式(1)中f_I的測量值；若f_IC的數(shù)值偏離455kHz超過10kHz，則依據(jù)測算值，利用公式(1)重新計(jì)算，并從鍵盤重新置入f_L的頻率值，使得f_IC在445kHz～465kHz之間，再測量得到最終的方波信號頻率f_IC；

j)所述STM32微控制器根據(jù)最終置入的f_L值，依據(jù)公式(2)計(jì)算得到被測正弦信號的頻率f_SC，

f_SC＝f_L－f_IC (2)

f_SC的倒數(shù)就是被測正弦信號的周期T_SC；

k)所述STM32微控制器與FIFO存儲器數(shù)據(jù)輸出端相連的I/O口配置成數(shù)據(jù)輸入方式，依據(jù)帶通濾波器輸出的中頻信號周期讀取FIFO的輸出數(shù)據(jù)，判斷并計(jì)算出所述A/D轉(zhuǎn)換器輸入正弦波的最大值U_mc，利用公式得到有效值U_c；

l)選取已知頻率為1MHz、最大值是1V的標(biāo)準(zhǔn)正弦波作為被測正弦信號u_s，從鍵盤設(shè)定DDS本振源的信號頻率f_L為0.545MHz，按照所述步驟a～k的方法，先分別測得該標(biāo)準(zhǔn)正弦波的周期、頻率、最大值、有效值的初次測量值T_SB、f_SB、U_mB、U_B，再利用下述公式(3)～(6)分別得到各個(gè)參數(shù)的誤差值ΔT、Δf、ΔU_m、ΔU：

ΔT＝T_SB-1×10^-6(s) (3)

Δf＝f_SB-1×10⁶(Hz) (4)

ΔU_m＝U_mB-1(V) (5)

ΔU＝U_B-0.707(V) (6)

m)根據(jù)步驟l得到的各個(gè)參數(shù)的誤差值，所述STM32微控制器依據(jù)下述公式(7)～(10)對步驟j、k測得的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行修正：

T_S＝T_SC-ΔT(s) (7)

f_S＝f_SC-Δf(Hz) (8)

U_m＝U_mc-ΔU_m(V) (9)

U＝U_c-ΔU(V) (10)

得到準(zhǔn)確的被測正弦信號周期T_S、頻率f_S、最大值U_m和有效值U，如果測得的正弦信號最大值U_m不超過1V，則依據(jù)公式(9)、(10)所得的U_m、U分別是被測正弦信號的最終電壓最大值和有效值，STM32微控制器直接將測量結(jié)果送去顯示器顯示；

n)如果步驟m中測得的正弦信號最大值U_m超過1V，則所述STM32微控制器控制雙刀雙擲型繼電器J動(dòng)作，使繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)A1、A2分別與公共端子C1、C2接通，將衰減器串聯(lián)進(jìn)被測信號通路，再按步驟a～m的方法測得被測正弦波的最大值U_m、有效值U，并按下述公式(11)、(12)重新計(jì)算：

公式(11)中的dB為衰減器的分貝數(shù)絕對值，公式(11)、(12)中的U_mN、U_N分別是被測正弦信號電壓最大值和有效值的最終測量結(jié)果，STM32微控制器將U_mN、U_N的結(jié)果輸出到顯示器顯示。