CN100390547C - 基于滤波器的电压有效值的测量方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用滤波器来进行电压有效值的测量方法，包括信号采样调理、均方根运算器以及误差修正器。信号采样调理包含调制器(Mod)、低通滤波器(LPF1)以及数字高通滤波器(HPF)；均方根运算器由乘法器(MUL1)、低通滤波器(LPF2)以及开方器(SQRT)组成；误差修正器包含一个乘法器(MUL2)、一个加法器(ADD)以及一个修正系数寄存器(CO)。信号采样调理完成信号采样，并实现信号采样的精确性。均方根运算器根据信号采样调理输入的数据完成电压有效值的计算。误差修正器对经过均方根运算器计算求得的电压有效值存在的误差进行修正，确保电压有效值的精确度。

Description

基于滤波器的电压有效值的测量方法
所属技术领域
本发明涉及一种利用滤波器来进行电压有效值的测量方法。
背景技术
传统的基于采样理论的电压有效值的测量方法，是将一定周期内的采样点进行均方根运算求得，根据电路理论，电压有效值定义为 U rms = 1 T ∫ 0 T u 2 ( t ) dt , 用采样计算法实现电压有效值的测量，其理论基础是采样定理，在满足采样定理的前提下，对被测信号电压u(t)进行N次采样，其离散采样值为U(n)，则电压有效值可用公式 U rms = 1 N Σ n = 0 N - 1 U 2 ( n ) , 求得。这种测量方法最大的弱点在于实时性差、精度不够高、误差跳表大以及稳定度差。
发明内容
本发明提供了一种基于滤波器的电压有效值的测量方法。
如图1所示，本发明包含信号采样调理、均方根运算器以及误差修正器。信号采样调理包含调制器(Mod)、低通滤波器(LPF1)以及数字高通滤波器(HPF)；均方根运算器由乘法器(MUL1)、低通滤波器(LPF2)以及开方器(SQRT)组成；误差修正器包含一个乘法器(MUL2)、一个加法器(ADD)以及一个修正系数寄存器(CO)。
信号采样调理完成信号采样，并实现信号采样的精确性。通过调制器(Mod)将模拟输入信号调制成一位元的高速数据流，完成对模拟输入信号的模数转换。当然，该架构的输入信号也可以是其他来源的多位元数据流。低通滤波器(LPF1)对调制器(Mod)输入的一位元高速数据流做降频处理，转换成多位元低速数据流，降频同时进行抗混迭。高通滤波器(HPF)主要是去除调制器中模拟器件带来的直流偏置成分，保证最终测量的准确性。
均方根运算器根据信号采样调理输入的数据完成电压有效值的计算。乘法器(MUL1)对输入的数据进行自乘运算，也即平方运算。低通滤波器(LPF2)是一个平均值滤波器，实现对乘法器(MUL1)的输出数据的均方运算。开方器(SQRT)完成对低通滤波器(LPF2)的输出数据的开方运算，求得均方根，也即有效值。
误差修正器对经过均方根运算器计算求得的电压有效值存在的误差进行修正，确保电压有效值的精确度，修正公式为Out2＝In2+Co*In2(其中Out2是输出值，In2是输入的经过均方根运算器计算求得的电压有效值，Co是修正系数。)，这样误差修正器的输出即是最终的电压有效值。
采用本发明有下列优点：
1、较高的精确度
采用调制器对模拟信号进行采样，得到高速的一位元数据流，各类滤波器将各类噪声影响减小到最小范围，使得最终的测量结果具有较高的精确度。
2、较高的稳定度
采用滤波器结构，保证在一定的频带内测量的正弦信号的有效值具有较高的稳定性。
3、结构简单
本发明计算电压有效值无需进行准确的周期测量，只需要采用同步或者准同步采样的方法即可实现，简化了传统电压有效值测量的繁杂工作，极易在数字电路以及软件中实现。
本发明可应用于测控系统，仪器仪表等方面，包括可以转换成电信号的光、声、流量、气体等信号的测量。
附图说明
图1是本发明测量电压有效值的结构框图。
具体实施方式
多功能电能表中对电压有效值的测量，采用sigma-delta调制器对取样电压进行采样，得到接近1MHz的一位元数据流，经过采用梳状(Comb Filter)结构的低通滤波器，对调制器输出的一位元高速数据流做降频处理，转换成低速多位元数据流，降频的同时进行抗混迭滤波，由于只考虑纯交流信号，所以利用一个数字高通滤波器对降频之后的低速数据流进行隔直处理。经过隔直之后的数据经过由乘法器、数字滤波器以及开方器组成的均方根运算器之后即得到电压有效值，最后采用误差修正器对得到的电压有效值的误差进行修正。

Claims (1)

1.一种测量电压有效值的装置，包括信号采样调制器、均方根运算器和误差修正器三个部分组成，三部分依次串行排列，从信号采样调制器部分输入模拟电压，从误差修正器部分输出测量数值，其特征在于：所述的信号采用调制器由采样调制器、低通滤波器以及数字高通滤波器组成，所述的均方根运算器由乘法器、数字低通滤波器及开方器组成，所述的误差修正器由采用乘法器、加法器以及修正系数寄存器组成。
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