專利名稱：基于濾波器的電壓有效值的測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用濾波器來進(jìn)行電壓有效值的測量方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的基于采樣理論的電壓有效值的測量方法，是將一定周期內(nèi)的采樣點(diǎn)進(jìn)行均方根運(yùn)算求得，根據(jù)電路理論，電壓有效值定義為Urms=1T∫0Tu2(t)dt,]]>用采樣計算法實現(xiàn)電壓有效值的測量，其理論基礎(chǔ)是采樣定理，在滿足采樣定理的前提下，對被測信號電壓u(t)進(jìn)行N次采樣，其離散采樣值為U(n)，則電壓有效值可用公式Urms=1NΣn=0N-1U2(n)]]>求得。這種測量方法最大的弱點(diǎn)在于實時性差、精度不夠高、誤差跳表大以及穩(wěn)定度差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于濾波器的電壓有效值的測量方法。
如圖1所示，本發(fā)明包含信號采樣調(diào)理、均方根運(yùn)算器以及誤差修正器。信號采樣調(diào)理包含調(diào)制器(Mod)、低通濾波器(LPF1)以及數(shù)字高通濾波器(HPF)；均方根運(yùn)算器由乘法器(MUL1)、低通濾波器(LPF2)以及開方器(SQRT)組成；誤差修正器包含一個乘法器(MUL2)、一個加法器(ADD)以及一個修正系數(shù)寄存器(CO)。
信號采樣調(diào)理完成信號采樣，并實現(xiàn)信號采樣的精確性。通過調(diào)制器(Mod)將模擬輸入信號調(diào)制成一位元的高速數(shù)據(jù)流，完成對模擬輸入信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，該架構(gòu)的輸入信號也可以是其他來源的多位元數(shù)據(jù)流。低通濾波器(LPF1)對調(diào)制器(Mod)輸入的一位元高速數(shù)據(jù)流做降頻處理，轉(zhuǎn)換成多位元低速數(shù)據(jù)流，降頻同時進(jìn)行抗混迭。高通濾波器(HPF)主要是去除調(diào)制器中模擬器件帶來的直流偏置成分，保證最終測量的準(zhǔn)確性。
均方根運(yùn)算器根據(jù)信號采樣調(diào)理輸入的數(shù)據(jù)完成電壓有效值的計算。乘法器(MUL1)對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行自乘運(yùn)算，也即平方運(yùn)算。低通濾波器(LPF2)是一個平均值濾波器，實現(xiàn)對乘法器(MUL1)的輸出數(shù)據(jù)的均方運(yùn)算。開方器(SQRT)完成對低通濾波器(LPF2)的輸出數(shù)據(jù)的開方運(yùn)算，求得均方根，也即有效值。
誤差修正器對經(jīng)過均方根運(yùn)算器計算求得的電壓有效值存在的誤差進(jìn)行修正，確保電壓有效值的精確度，修正公式為Out2＝In2+Co*In2(其中Out2是輸出值，In2是輸入的經(jīng)過均方根運(yùn)算器計算求得的電壓有效值，Co是修正系數(shù)。)，這樣誤差修正器的輸出即是最終的電壓有效值。
采用本發(fā)明有下列優(yōu)點(diǎn)1、較高的精確度采用調(diào)制器對模擬信號進(jìn)行采樣，得到高速的一位元數(shù)據(jù)流，各類濾波器將各類噪聲影響減小到最小范圍，使得最終的測量結(jié)果具有較高的精確度。
2、較高的穩(wěn)定度采用濾波器結(jié)構(gòu)，保證在一定的頻帶內(nèi)測量的正弦信號的有效值具有較高的穩(wěn)定性。
3、結(jié)構(gòu)簡單本發(fā)明計算電壓有效值無需進(jìn)行準(zhǔn)確的周期測量，只需要采用同步或者準(zhǔn)同步采樣的方法即可實現(xiàn)，簡化了傳統(tǒng)電壓有效值測量的繁雜工作，極易在數(shù)字電路以及軟件中實現(xiàn)。
本發(fā)明可應(yīng)用于測控系統(tǒng)，儀器儀表等方面，包括可以轉(zhuǎn)換成電信號的光、聲、流量、氣體等信號的測量。


圖1是本發(fā)明測量電壓有效值的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
多功能電能表中對電壓有效值的測量，采用sigma-delta調(diào)制器對取樣電壓進(jìn)行采樣，得到接近1MHz的一位元數(shù)據(jù)流，經(jīng)過采用梳狀(Comb Filter)結(jié)構(gòu)的低通濾波器，對調(diào)制器輸出的一位元高速數(shù)據(jù)流做降頻處理，轉(zhuǎn)換成低速多位元數(shù)據(jù)流，降頻的同時進(jìn)行抗混迭濾波，由于只考慮純交流信號，所以利用一個數(shù)字高通濾波器對降頻之后的低速數(shù)據(jù)流進(jìn)行隔直處理。經(jīng)過隔直之后的數(shù)據(jù)經(jīng)過由乘法器、數(shù)字濾波器以及開方器組成的均方根運(yùn)算器之后即得到電壓有效值，最后采用誤差修正器對得到的電壓有效值的誤差進(jìn)行修正。
權(quán)利要求
1.一種電壓有效值的測量方法，其特征在于對模擬輸入信號進(jìn)行調(diào)制，利用濾波器進(jìn)行均方根運(yùn)算以及對均方根運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行誤差修正。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于采用調(diào)制器、低通濾波器以及數(shù)字高通濾波器組成的信號采樣調(diào)理結(jié)構(gòu)；
3.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于采用乘法器、數(shù)字低通濾波器以及開方器組成的均方根運(yùn)算器。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的方法，其特征在于采用乘法器、加法器以及修正系數(shù)寄存器組成的誤差修正器。
全文摘要
一種利用濾波器來進(jìn)行電壓有效值的測量方法，包括信號采樣調(diào)理、均方根運(yùn)算器以及誤差修正器。信號采樣調(diào)理包含調(diào)制器(Mod)、低通濾波器(LPF1)以及數(shù)字高通濾波器(HPF)；均方根運(yùn)算器由乘法器(MUL1)、低通濾波器(LPF2)以及開方器(SQRT)組成；誤差修正器包含一個乘法器(MUL2)、一個加法器(ADD)以及一個修正系數(shù)寄存器(CO)。信號采樣調(diào)理完成信號采樣，并實現(xiàn)信號采樣的精確性。均方根運(yùn)算器根據(jù)信號采樣調(diào)理輸入的數(shù)據(jù)完成電壓有效值的計算。誤差修正器對經(jīng)過均方根運(yùn)算器計算求得的電壓有效值存在的誤差進(jìn)行修正，確保電壓有效值的精確度。
文檔編號G01R19/02GK1607392SQ20031010192
公開日2005年4月20日 申請日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者鄒建發(fā) 申請人:珠海炬力集成電路設(shè)計有限公司