CN101639499B - 基波跟踪的小信号谐波失真的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基波跟踪的小信号谐波失真的测量装置及方法，其中装置包括：接口单元、自动增益单元、峰值检测单元、低通滤波单元、频率测量单元、AD转换单元、FIFO、DDS、FPGA和DSP信号处理单元；本发明首先对被测信号频率进行准确测量，然后调整AD转换器的采样频率，使AD转换器采样频率根据设定的采样样本点数和测量的基波频率成整数倍关系，最后对样本数据进行FFT变换，在频域提取被测信号基波幅度和相应的N次谐波幅度计算出被测信号的谐波失真。

Description

基波跟踪的小信号谐波失真的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及信号测量技术领域，尤其涉及一种基波跟踪的小信号谐波失真的测量装置及方法。

背景技术

目前最常用的失真度测量方法是基波剔除法，附图1为基波剔除法失真度测量的简化框图。其中最主要功能块就是可调谐的陷波器，在工作时，该滤波器手动或自动调谐到正弦波的基波上，基波被很大衰减，对2次和高次谐波实现尽量低的衰减或无衰减，从而实现谐波基本上无衰减通过，宽带噪声和交流电源有关的哼声和任何其他处在陷波器频率上下的干扰信号也可无衰减的通过。从电路实现上看设计一个将基波衰减较大，而对2次及其以上各次谐波产生较小衰减的陷波器是可以实现的，但是实现难度较大，而且可调谐的陷波器特性随环境温度变化较大，校准比较困难。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基波跟踪的小信号谐波失真的测量装置及方法，用以解决现有技术中存在的的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种基波跟踪的小信号谐波失真的测量装置，包括：接口单元、自动增益单元、峰值检测单元、低通滤波单元、频率测量单元、AD转换单元、先入先出存储器FIFO、直接数字合成器DDS、现场可编程逻辑阵列 FPGA和数字信号处理器DSP，其中，

所述接口单元，用于根据被测信号选择输入端口；

所述峰值检测单元，用于对被测信号进行峰值测量，当检测到被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限时，把被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限的超限信息传给DSP；由DSP根据获得的超限信息通过FPGA控制所述自动增益单元的增益幅度；

所述自动增益单元，用于根据DSP的控制调节增益幅度，使被测信号幅度回到限定幅度范围内；

所述低通滤波单元，用于对所述自动增益单元输出的被测信号进行过滤，过滤掉测量范围之外的高频信号；

所述频率测量单元，用于对经过所述低通滤波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率设定AD转换器的采样频率；

所述DDS，用于根据所述频率测量单元输出的被测信号的基波频率，设定DDS频率控制字值，输出AD转换器所需的采样频率；

所述AD转换器，用于根据DDS设定的采样频率对所述低通滤波器输出的被测量信息进行采样，并将采样获得被测量信号的样本信息输出给FIFO；

所述FIFO，用于保存所述AD转换器输出的样本信息，当FIFO中的数据存储快满时发送一个FIFO快满信号给DSP；

所述DSP，用于在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，进而计算得到被测信号的谐波失真。

进一步地，输入端口包括平衡输入和非平衡输入两种选择电路，平衡输入主要用于差分信号的测量，非平衡输入用于非差分信号的测量。

进一步地，所述频率测量单元具体用于，对经过所述低通滤波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率设定AD转换器的采样频率，采用如下公式设定AD转换器的采样频率：

$f_{\mathrm{sample}}=\frac{N}{n}*2*\mathrm{FREQ};$

其中，f_sample表示AD转换器的采样频率，FREQ表示基波频率，N表示FFT变换的样本点数，n表示n为基波在频域的点位置，2表示有效点数为原来的一半。

进一步地，根据AD转换器的采样频率值生成AD9850的频率控制字，AD9850生成的频率作为AD转换器的采样频率，

AD9850频率控制字＝2³²*f_sample/CLKIN，其中，f_sample表示AD转换器的采样频率，CLKIN表示AD9850的参考时钟。

进一步地，所述DSP具体用于，在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，并根据如下公式计算出被测信号的谐波失真：

$V_{\mathrm{BASE}}=\sqrt{{V_{\mathrm{BASER}}}^2+{V_{\mathrm{BASEI}}}^2};$

$V_{\mathrm{hum}-N}=\sqrt{{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NR}}}^2+{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NI}}}^2};$

$K^f=\frac{\sqrt{\mathrm{\Σ}{V_{\mathrm{hum}-N}}^2}}{V_{\mathrm{BASE}}};$

其中，K^f表示谐波失真，V_BASE表示基波幅度，V_BASER表示基波实部，V_BASEI表示基波虚部，V_hum-N表示谐波幅度，V_hum-NR表示谐波实部，V_hum-NI表示谐波虚部。

本发明还提供了一种基波跟踪的小信号谐波失真的测量方法，包括：

步骤A：峰值检测单元对被测信号进行峰值测量，当检测到被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限时，把被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限的超限信息传给数字信号处理器DSP，由DSP根据获得的超限信息设置自动增益单元的增益幅度，使被测信号幅度回到限定幅度范围内；

步骤B：低通滤波单元对所述自动增益单元输出的被测信号进行过滤，过滤掉测量范围之外的高频信号；

步骤C：频率测量单元对经过所述低通滤波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率确定AD转换器的采样频率；

步骤D：直接数字合成器DDS根据确定的AD转换器的采样频率值确定输出频率，AD转换器根据DDS确定的采样频率对所述低通滤波器输出的被测量信息进行采样，并将采样获得被测量信号的样本信息输出给先入先出存储器FIFO；

步骤E：FIFO保存所述AD转换器输出的样本信息，当FIFO中的数据存储快满时发送一个FIFO快满信号给DSP；

步骤F：DSP在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，进而计算得到被测信号的谐波失真。

进一步地，所述步骤C具体包括：

对经过所述低通滤波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率设定AD转换器的采样频率，采用如下公式设定AD转换器的采样频率：

$f_{\mathrm{sample}}=\frac{N}{n}*2*\mathrm{FREQ};$

其中，f_sample表示AD转换器的采样频率，FREQ表示基波频率，N表示FFT变换的样本点数，n表示n为基波在频域的点位置，2表示有效点数为原来的一半。

进一步地，所述步骤F具体包括：

DSP在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，并根据如下公式计算出被测信号的谐波失真：

$V_{\mathrm{BASE}}=\sqrt{{V_{\mathrm{BASER}}}^2+{V_{\mathrm{BASEI}}}^2};$

$V_{\mathrm{hum}-N}=\sqrt{{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NR}}}^2+{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NI}}}^2};$

$K^f=\frac{\sqrt{\mathrm{\Σ}{V_{\mathrm{hum}-N}}^2}}{V_{\mathrm{BASE}}};$

其中，K^f表示谐波失真，V_BASE表示基波幅度，V_BASER表示基波实部，V_BASEI表示基波虚部，V_hum-N表示谐波幅度，V_hum-NR表示谐波实部，V_hum-NI表示谐波虚部。

本发明有益效果如下：

本发明使用基波跟踪和自动增益技术，通过FFT变换把信号由时域转到频域，在频域通过被测信号基波和谐波的频谱分析，实现对小信号谐波失真测量。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为现有技术中，基波剔除法失真度测量的简化框图；

图2为本发明实施例所述装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所述方法的流程示意图。

具体实施方式

本发明的目的在于，将被测量信号由时域转到频域，通过对信号在频域的频谱分析实现对被测信号谐波失真精确测量。本发明首先对被测信号频率进行准确测量，然后调整AD转换器的采样频率，使AD转换器采样频率根据设定的采样样本点数和测量的基波频率成整数倍关系，最后对样本数据进行FFT(快速傅里叶变换)变换，在频域提取被测信号基波幅度和相应的N次谐波幅度计算出被测信号的谐波失真。

下面结合附图来具体描述本发明的优先实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的，当其可能使本发明的主题模糊不清时，将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。

首先结合附图2对对发明实施例所述装置进行详细说明。

如图2所示，图2为本发明实施例所述装置的结构示意图，主要包括：接口单元、自动增益单元、峰值检测单元、低通滤波单元、频率测量单元、AD转换单元、FIFO(先入先出存储器)、DDS(直接数字合成器)和由FPGA(现场可编程逻辑阵列)和DSP(数字信号处理器)信号处理单元组成的控制单元组成；以下将对各个部分分别予以详细说明。

(一)接口单元，用于信号输入端口的选择，输入端口包括平衡输入和非 平衡输入两种选择电路，平衡输入主要用于差分信号的测量，非平衡输入用于非差分信号的测量，DSP根据被测信号类型发出控制信号选择输入端口类型。

(二)峰值检测单元和自动增益单元，峰值检测单元对被测信号进行峰值测量，峰值检测电路中设置了被测信号峰值上限和下限检测，当峰值检测电路检测到信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限时，把被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限信息传给DSP，DSP根据获得的超限信息设置自动增益电路的增益幅度，使被测信号幅度回到限定幅度范围内，即使被测信号幅度控制在AD转换器满量程的30％～90％之间，自动增益部分的增益幅度从-20dB～60dB，从而可实现1mV～10V幅度范围的信号分析测量。

(三)低通滤波单元，用来实现对被测信号测量范围之外的高频信号的过滤，防止测量范围之外的高频信号干扰测量结果。

(四)频率测量单元，用于测量被测信号的基波频率，只有对被测信号基波频率的准确测量才能实现后面AD转换器的采样频率对基波频率的准确跟踪。如果AD转换器采样频率不能准确跟踪被测信号的基波频率，结果将造成通过FFT变换转换到频域时的信号频谱泄漏。由频率检测电路获得被测信号的基波频率，从而确定了AD转换器的采样频率；具体地，频率检测电路对测量被测信号的基波频率进行测量，然后根据测量得到的频率并结合进行FFT变换的样本点数设定AD转换器的采样频率f_sample，公式(1)如下：

$f_{\mathrm{sample}}=\frac{N}{n}*2*\mathrm{FREQ}$ 公式(1)

其中，f_sample---AD转换器的采样频率，FREQ---基波频率，N---表示FFT变换的样本点数，n---表示n为基波在频域的Bin位置，2----是因为FFT运算的对称性，有效点数为原来的一半。

(五)DDS，有了AD转换器的采样频率值，如何产生AD转换器所需的精准采样频率也是影响测量精度的一个重要因素，为有效地使用基于FFT的频谱分析方法，AD转换器采样频率有以下几个基本关系：

1)与任何采样处理一样，被测信号的频率上限是1/2的采样频率；

2)FFT处理将产生一个幅度和频率的数据组，其中点(Bin)的数目是幅度和时间记录中样本数的一半；

3)FFT是线性频率的处理，所有的Bin均有同样的宽度，其宽度从0Hz(DC)到1/2采样频率。

例如，假定采用48KHz采样频率捕获一个1024个样本构成的幅度和时间记录，对这一记录执行FFT变换将产生512个幅度值，每个幅度值代表了频率Bin中频谱成分的振幅。频谱范围从0Hz到1/2采样频率(奈奎斯特频率)，对应于24KHz的奈奎斯特频率和512个线性的Bin，每个Bin的宽度就是24000/512＝46.875Hz，第一个Bin的中心是0Hz(DC)，范围-23.4375Hz～23.4375Hz。第二个Bin的幅度值代表的是23.4375Hz～70.3125Hz间的信号幅度，以此类推可知其它Bin的信号范围。如果被测信号的基波频率没有落在FFT变换后对应Bin频率区间的中心点处，那末被测信号的基波频率将在整个频谱范围扩散造成频谱泄漏，同样可知对应的N次谐波频率的也不会落在对应Bin频率区间的中心点处，也会造成谐波频率的频谱泄漏，从而致使测量结果不准确。对于频谱泄漏一般可采取的方法是使用窗函数法，对样本数据加上不同的窗，对样本数据加窗后，在频域被测信号的能量就不会在整个频谱上分布了，但会溢出到相邻的Bin上，使用不同的窗会得到不同的频谱幅度测量误差，并且溢出到邻近Bin的能量也不相同。所以采用加窗的办法只是减轻了信号在频域的频谱泄漏，也 不能很好的对低谐波失真信号进行准确测量。

如果采用DSP的定时器来实现对AD转换器的采样频率，由于定时器本身精度的限制可能无法实现对基波信号的准确跟踪，其结果将是基波频率没有落在FFT变换后对应Bin频率区间的中心点处，从而造成信号频谱的部分泄漏，从而影响对低谐波失真信号的准确测量；本发明实施例中采用DDS来产生AD转换器所需的采样频率，DDS可以产生频率精确度较高的输出信号，这里可以选用型号为AD9850的DDS来产生采样频率，AD9850的频率设置字采用公式(2)计算得出，AD9850的频率设置字用来设置AD9850输出时钟频率，该时钟频率就是AD转换器的采样频率。

频率控制字＝2³²*f_sample/CLKIN    公式(2)

f_sample---AD转换器的采样频率

CLKIN---AD9850的参考时钟

(六)AD转换器根据DDS确定的采样频率采样获得被测量信号的样本信息，并将样本信息输出给FIFO；

(七)FIFO，保存样本信息，当FIFO中的数据存储快满时发送一个FIFO快满信号给DSP；

(八)DSP，收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，使用公式(3)～公式(5)计算出被测信号的谐波失真。

$V_{\mathrm{BASE}}=\sqrt{{V_{\mathrm{BASER}}}^2+{V_{\mathrm{BASEI}}}^2}$ 公式(3)

$V_{\mathrm{hum}-N}=\sqrt{{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NR}}}^2+{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NI}}}^2}$ 公式(4)

$K^f=\frac{\sqrt{\mathrm{\Σ}{V_{\mathrm{hum}-N}}^2}}{V_{\mathrm{BASE}}}$ 公式(5)

其中，K^f---谐波失真，V_BASE---基波幅度，V_BASER---基波实部，V_BASEI---基波虚部，V_hum-N---谐波幅度，V_hum-NR---谐波实部，V_hum-NI---谐波虚部。

(九)FPGA电路，使用FPGA可编程设计的好处是避免了大量使用分立的逻辑器件，通过FPGA编程设计实现以往使用分立器件实现的功能，提高了硬件电路设计的灵活性；通过FPGA电路的逻辑设计实现DSP对接口电路、自动增益电路、峰值检测电路、AD转换器、FIFO以及DDS的读写控制；通过在FPGA内部设计计数器实现对输入信号的频率测量。

下面结合附图3对利用本发明实施例所述装置，进行基波跟踪的小信号谐波失真的测量的方法进行详细说明。

如图3所示，图3为本发明实施例所述方法的逻辑流程示意图，包括但不限于如下步骤：

步骤301：峰值检测单元对被测信号进行峰值测量，当检测到被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限时，把被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限的超限信息传给DSP，由DSP根据获得的超限信息设置自动增益单元的增益幅度，使被测信号幅度回到限定幅度范围内；

步骤302：低通滤波单元对所述自动增益单元输出的被测信号进行过滤，过滤掉测量范围之外的高频信号，并将经过滤波处理的被测信号输出给AD转换器和频率测量单元；

步骤303：频率测量单元对经过所述低通滤波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率并结合进行FFT变换的样本点数设定AD转换器的采样频率；具体的说就是，频率测量单元对经过所述低通滤 波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率设定AD转换器的采样频率，采用如下公式设定AD转换器的采样频率：

$f_{\mathrm{sample}}=\frac{N}{n}*2*\mathrm{FREQ};$

其中，f_sample表示AD转换器的采样频率，FREQ表示基波频率，N表示FFT变换的样本点数，n表示n为基波在频域的Bin位置，2表示有效点数为原来的一半。

步骤304：DDS根据频率测量单元确定的的AD转换器的采样频率值确定采样频率，AD转换器根据DDS确定的采样频率对所述低通滤波器输出的被测量信息进行采样，并将采样获得被测量信号的样本信息输出给FIFO；

步骤305：FIFO保存所述AD转换器输出的样本信息，当FIFO中的数据存储快满时发送一个FIFO快满信号给DSP；

步骤306：DSP在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，进而计算得到被测信号的谐波失真。具体的说就是，DSP在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，并根据如下公式计算出被测信号的谐波失真：

$V_{\mathrm{BASE}}=\sqrt{{V_{\mathrm{BASER}}}^2+{V_{\mathrm{BASEI}}}^2};$

$V_{\mathrm{hum}-N}=\sqrt{{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NR}}}^2+{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NI}}}^2};$

$K^f=\frac{\sqrt{\mathrm{\Σ}{V_{\mathrm{hum}-N}}^2}}{V_{\mathrm{BASE}}};$

其中，K^f表示谐波失真，V_BASE表示基波幅度，V_BASER表示基波实部，V_BASEI表示基波虚部，V_hum-N表示谐波幅度，V_hum-NR表示谐波实部，V_hum-NI表示谐波虚部。

综上所述，本发明实施例提供了一种基波跟踪的小信号谐波失真的测量装置及方法，使用基波跟踪和自动增益技术，通过FFT变换把信号由时域转到频域，在频域通过被测信号基波和谐波的频谱分析，实现对小信号谐波失真测量。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或者各步骤可以用通用的计算装置来实现，他们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选的，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而将它们存储在存储装置中，由计算装置来执行。或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样本发明不限于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基波跟踪的小信号谐波失真的测量装置，其特征在于，包括：接口单元、自动增益单元、峰值检测单元、低通滤波单元、频率测量单元、AD转换单元、先入先出存储器FIFO、直接数字合成器DDS、现场可编程逻辑阵列FPGA和数字信号处理器DSP，其中，

所述接口单元，用于根据被测信号选择输入端口；

所述峰值检测单元，用于对被测信号进行峰值测量，当检测到被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限时，把被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限的超限信息传给DSP；由DSP根据获得的超限信息通过FPGA控制所述自动增益单元的增益幅度；

所述自动增益单元，用于根据DSP的控制调节增益幅度，使被测信号幅度回到限定幅度范围内；

所述低通滤波单元，用于对所述自动增益单元输出的被测信号进行过滤，过滤掉测量范围之外的高频信号；

所述频率测量单元，用于对经过所述低通滤波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率设定AD转换器的采样频率；

所述DDS，用于根据所述频率测量单元输出的被测信号的基波频率，设定DDS频率控制字值，输出AD转换器所需的采样频率；

所述AD转换器，用于根据DDS设定的采样频率对所述低通滤波器输出的被测量信息进行采样，并将采样获得被测量信号的样本信息输出给FIFO；

所述FIFO，用于保存所述AD转换器输出的样本信息，当FIFO中的数据存储快满时发送一个FIFO快满信号给DSP；

所述DSP，用于在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，进而计算得到被测信号的谐波失真。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，输入端口包括平衡输入和非平衡输入两种选择电路，平衡输入主要用于差分信号的测量，非平衡输入用于非差分信号的测量。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述频率测量单元具体用于，对经过所述低通滤波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率设定AD转换器的采样频率，采用如下公式设定AD转换器的采样频率：

$f_{\mathrm{sample}}=\frac{N}{n}*2*\mathrm{FREQ};$

其中，f_sample表示AD转换器的采样频率，FREQ表示基波频率，N表示FFT变换的样本点数，n表示n为基波在频域的点位置，2表示有效点数为原来的一半。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，根据AD转换器的采样频率值生成AD9850的频率控制字，AD9850生成的频率作为AD转换器的采样频率，

AD9850频率控制字＝2³²*f_sample/CLKIN，其中，f_sample表示AD转换器的采样频率，CLKIN表示AD9850的参考时钟。

5.根据权利要求1到4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述DSP具体用于，在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，并根据如下公式计算出被测信号的谐波失真：

$V_{\mathrm{BASE}}=\sqrt{{V_{\mathrm{BASER}}}^2+{V_{\mathrm{BASEI}}}^2};$

$V_{\mathrm{hum}-N}=\sqrt{{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NR}}}^2+{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NI}}}^2};$

$K^f=\frac{\sqrt{\mathrm{\Σ}{V_{\mathrm{hum}-N}}^2}}{V_{\mathrm{BASE}}};$

其中，K^f表示谐波失真，V_BASE表示基波幅度，V_BASER表示基波实部，V_BASEI表示基波虚部，V_hum-N表示谐波幅度，V_hum-NR表示谐波实部，V_hum-NI表示谐波虚部。

6.一种基波跟踪的小信号谐波失真的测量方法，其特征在于，包括：

步骤A：峰值检测单元对被测信号进行峰值测量，当检测到被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限时，把被测信号峰值超过峰值上限或低于峰值下限的超限信息传给数字信号处理器DSP，由DSP根据获得的超限信息设置自动增益单元的增益幅度，使被测信号幅度回到限定幅度范围内；

步骤B：低通滤波单元对所述自动增益单元输出的被测信号进行过滤，过滤掉测量范围之外的高频信号；

步骤C：频率测量单元对经过所述低通滤波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率确定AD转换器的采样频率；

步骤D：直接数字合成器DDS根据确定的AD转换器的采样频率值确定输出频率，AD转换器根据DDS确定的采样频率对所述低通滤波器输出的被测量信息进行采样，并将采样获得被测量信号的样本信息输出给先入先出存储器FIFO；

步骤E：FIFO保存所述AD转换器输出的样本信息，当FIFO中的数据存储快满时发送一个FIFO快满信号给DSP；

步骤F：DSP在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，进而计算得到被测信号的谐波失真。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

对经过所述低通滤波单元滤波处理后的被测信号的基波频率进行测量，根据测量得到的基波频率设定AD转换器的采样频率，采用如下公式设定AD转换器的采样频率：

$f_{\mathrm{sample}}=\frac{N}{n}*2*\mathrm{FREQ};$

其中，f_sample表示AD转换器的采样频率，FREQ表示基波频率，N表示FFT变换的样本点数，n表示n为基波在频域的点位置，2表示有效点数为原来的一半。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤F具体包括：

DSP在收到FIFO快满信号后产生一个中断，从FIFO中把被测信号的样本信息读走，对被测信号的样本信息进行FFT运算，把被测信号由时域转换到频域，然后在频域提取相应的基波和N次谐波的幅度值，并根据如下公式计算出被测信号的谐波失真：

$V_{\mathrm{BASE}}=\sqrt{{V_{\mathrm{BASER}}}^2+{V_{\mathrm{BASEI}}}^2};$

$V_{\mathrm{hum}-N}=\sqrt{{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NR}}}^2+{V_{\mathrm{hum}-\mathrm{NI}}}^2};$

$K^f=\frac{\sqrt{\mathrm{\Σ}{V_{\mathrm{hum}-N}}^2}}{V_{\mathrm{BASE}}};$

其中，K^f表示谐波失真，V_BASE表示基波幅度，V_BASER表示基波实部，V_BADEI表示基波虚部，V_hum-N表示谐波幅度，V_hum-NR表示谐波实部，V_hum-NI表示谐波虚部。

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