CN1024720C - 采样脉冲和测试信号同时基的电子测量装置 - Google Patents

Abstract

一种测试装置，其特征在于：一方面测试信号周期与采样脉冲周期由同一高稳定的基准时钟在软硬件的配合下分频产生，因而能准确同步；另一方面测试信号是由预先存贮在存贮器中的波形相应时刻的量化数据在基准时钟程序的连续作用下产生。因此本发明提供的测试装置消除了截断误差和随机干扰，具有测量精度高，速度快，稳定性好，失真度小，自动化程度高等优点。

Description

本发明涉及一种电子测量装置，特别是一种采样脉冲和测试信号同时基的电子测量装置。

对一个电气系统进行评价时，往往给被测系统输入一个标准测试信号，然后观察分析被测系统对测试信号的响应。为了便于计算机进行分析处理，对于系统响应的研究往往采取采样分析的方法。

在自动化测试过程中要求测试信号源频率幅度稳定、并可迅速变换调整、失真度小、幅频特性优良;同时为实现快速精确的测量，尽可能减少采样数据的予处理过程要求采样脉冲频率和测试信号频率具有整数倍的关系，而现有技术要满足这两点是非常困难的，因而产生下述问题：

由于测试信号的频率稳定度、幅频特性、失真度、专换特性达不到要求，测试时需要采取相应的补救措施，使测试速度与测试精度都不能令人满意。

由于测试信号和采取脉冲周期不是由同一时基产生，因而测试过程中难免产生截断误差，必须耗费时间进行插值校正，对于随机干扰的抑制能力很差，容易造成较大的测试误差和较低的稳定度。

因此本发明的目的在于提供一种新的测试技术，其测试信号频率和采样脉冲频率完全由同一基准时钟产生，其频率精度和稳定度完全一致，可以实现对被测信号的整周期采样。测试信号失真度小，频率稳定、幅频特性优良、幅度和频率能够迅速选择和调整。

图1是本发明的原理图。其中：

（101）为时钟发生器，由高稳定的品体振荡器构成;

（102）为程控分频电路;

（103）为波形生成电路;

（104）为被测系统;

（105）为采样保持电路;

（106）为模数转换及锁存电路;

（107）为计算机;

（108）为计算机总线。

时钟发生器（101）产生的高稳定度的标准时钟信号馈至程控分频电路（102）。程控分频器通过总线（108）和计算机（107）相连，在程序的控制下按指定的系数分频。分频得到的信号作为波形生成电路（103）的时钟信号，另一部分进行固定分频送往计算机实现软件分频后去控制采样保持电路（105）波形生成电路（103）是数字存贮式波形发生电路，在时钟和程序的不断工作下，使预先存储在存储器中的波形一周期中各时刻的数据依次输出，经平滑滤波后形成连续波形，该波形作为测试信号输送至被测系统（104）。测试信号经被测系统后产生响应信号，响应信号输送至采样保持电路（105），在采样脉冲的作用下对响应输入信号进行采样。采样保持后的电压值经模数转换器（106）转换成数字量，锁存后通过总线（108）送进计算机（107）进行数据处理。

整个测试过程都是由计算机（107）通过总线（108）在程序的控制下自动进行。

因此，本发明的特征一方面在于测试信号和采样脉冲都是由同一个基准时钟源在程序的控制下经过不同分频系数的软硬件分频处理而得到的。因此它们具有相同的精度和稳定度，而基准信号源由晶体振荡器构成，从而保证了频率的高度稳定性。

设：基准时钟周期为1/fT

则：测试信号周期Ts＝L/fT（L为分频系数）

采样信号周期Tg＝K/fT（K为分频系数）

被测信号每周期中的采样点数：

N＝1/｜Tg/Ts-n｜＝1/｜K/L-n｜＝L/｜K-nL｜

其中：n＝0，1，2，……n

若n取0，则表示信号每一个周期均进行N点取样的采样过程。

若n取不为零的整数，则表示用周期为Tg＝nTs±Ts/N的采样脉冲，在被测信号n×N个周期中进行采样，而获得被测信号N个不同点处采样值的采样过程。

通过选择分频系数L，可准确选择所需测试信号的频率，选择分频系数K，可准确选择采样脉冲的重复频率，直接实现对被测信号周期中N个不同点处的采样过程。而且可以在程序的支持下，准确地选择采样信号周期实现对被测信号一周期中指定点数的采样。

由于分频系数L、K可以精确确定，因此可以使被测信号周期与采样周期成整数倍关系，（事实上本发明的测试信号周期在任何情况下总是采样点间隔时间的整数倍）从而能够获取被测信号周期等分点上的全部采样值，实现无截断误差的整周期采样。在这一条件下对数据进行分析时不需要对原始数据进行插值校正，因而既提高了数据处理精度有提高了数据处理速度。另外由于整数倍关系的成立，对被测信号进行周期采样时，各周期中对应采样点在信号周期中的相对位置保持不变，因而可将各周期中对应点处的采样值进行多次累加平均，实现周期信号的多周期的统计平均，提高信号周期的延拓质量，有效地抑制了随机干扰造成的误差。

由于周期的采样点数可以选择，并且信号每周期的采样点数的种类不多，在失真分析时可以不必进行费时的复数运算，从而进一步提高了测试速度。

对于采样点数为偶数的被测信号，可以准确地分为两个半周期，分别对每半个周期进行分析，从而完成模拟仪器无法进行的测定。

本发明的另一个特征是测试信号是由预先存贮在存贮器中的若干组波形量化数据，在基准时钟信号和程序的连续作用下产生。因此它具有优良的幅频特性和稳定性，失真度也较小。

下面结合实施例进一步阐述本发明的原理。

图二是调幅广播发射机智能测量仪的电路原理框图。

其中：（201）为基准时钟发生器，它由晶体振荡器构成，以保证时种信号的高度稳定。

（202）为程控分频器

（203）为波形数据存贮器

（204）为波形数据锁存器

（205）为数模转换器

（206）为低通滤波器

（207）为程控放大器

（208）为输出缓冲器

（209）为被测系统

（210）为输入电路

（211）为程控放大器

（212）为低通滤波器

（213）为采样保持器

（214）为模数转换器

（215）为锁存器

（107）为计算机

（108）为计算机总线（数据总线、地址总线以及控制总线）

由基准时钟发生器（201）产生的基准时钟信号送至程控分频器（202），程控分频器在程序的控制下按预定的分频系数分频，所得的分频信号作为波形数据存贮器（203）的时钟，另一部分经过计算机软件分频作为采样脉冲馈至采样保持器（213）。这样就使生成的测试信号的周期和采样脉冲周期产生在同一时基上，也就是说任何时候测试信号周期总可以被一周期内的采样点数等分，或者说测试信号周 期总是采样点间隔时间的整数倍。

波形数据存贮电路（203）的存贮器中预先存入了预定周期信号中一周期波形的量化数据，在程序和时种的作用下将连续地输出预定波形各相应时刻的量化数据，这时数据将依次在波形数据锁存器（204）中锁存。被锁存的数据经模数转换器（205）转换成波形相应时刻的幅值。这些连续的阶梯幅值经低通滤波器（206）滤去高次谐波就被平滑成连续的波形，经程控放大器（207）来选择所需的波形幅度，再经输出缓冲器（208）使输出信号获得合适的负载能力，最后作为测试信号输出至被测系统。

测试信号经被测系统后，其响应信号经输入电路（210）馈至程控放大器（211），程控放大器使输入信号得到合适的放大后，通过低通滤波器（211）滤去射频干扰，然后进入采样保持器（213），采样得到的电压值经模数转换器（214）转换成数字量经锁存器（215）锁存，然后计算机总线（108）读入计算机（107）进行数据处理。

在本实施例中波形数据存贮器（203）中存贮的波形数据个数为2520个，或者为其整数倍，以保证用自然数1，2，……9等为间隔进行数据读出时不产生相位抖动。并且可以保证测量装置对频率值基数为1，2，……9等的周期信号进行采样时，能充分实现整周期的采样过程。

与现有相应的测量装置相比，本实施例提供的测量装置幅频特性优良，实测表明在5Hz-15KHz范围内，600欧电阻负载，信号幅度1-5伏时，输出平坦度优于0.05分贝。信号失真小2～5次谐波的总失真系数小于0.05%，并且实现了被测周期信号的整周期采样过程，消除了截断误差，实现了周期信号各周期采样值的同相叠加平均技术，测试精度高，抗干扰能力强，测试速度快，自动化程度高。

因此本发明的实施具有很大的社会经济效果。

Claims (7)

1、一种采样脉冲和测试信号同时基的电子测量装置，其特征在于它由基准时钟发生器(101)，程控分频电路(102)，波形生成电路(103)，采样保持电路(105)，模数转换及锁存电路(106)，计算机(107)，计算机总线(108)以及相应的软件构成。

其中：基准时钟发生器(101)的输出，一部分送进程控分频电路(102)分频后作为波形生成电路(103)的波形数据选择时钟信号，另一部分送入计算机(107)，经固定分频后作为计算机(107)的主振时钟，计算机实现软件分频后输出的采样脉冲通过计算机总线去控制采样保持电路(105)和模数转换及锁存电路(106)。

2、如权利要求1所说的电子测量装置，其特征在于程控分频电路（102）的分频系数由计算机（107）通过总线（108）传送出的指令来设定。

3、如权利要求1所说的电子测量装置，其特征在于波形发生电路（103）是一种数字存贮式波形发生器，它由波形数据存贮器（203）、波形数据锁存器（204）、数模转换器（205）、低通滤波器（206）、程控放大器（207）、输出缓冲器（208）构成，波形数据存贮器（204）中存贮有所需波形一周期相应时刻的波形量化数据，

其中：波形数据存贮器（203）、波形数据锁存器（204）、程控放大器（207）通过计算机总线（108）受控于计算机（107）发出的指令。

4、如权利要求1所说的电子测量装置，其特征在于所说的采样保持电路包括输入电路（210）、程控放大器（211）、低通滤波器（212）、采样保持器（213），

其中：程控放大器（211）及采样保持器受控于计算机（107）通过总线（108）传送来的指令。

5、如权利要求1所说的电子测量装置，其特征在于模数转换及锁存电路（106）与计算机（107）通过总线（108）相连，一方面接受计算机（107）发出的指令，另一方面把转换的结果送入计算机（107）进行数据处理。

6、如权利要求1所说的电子测量装置，其特征在于所说的相应软件中的采样程序是依据下述公式来编程的：

N＝1/｜Tg/Ts-n｜＝1/｜K/L-n｜＝L/｜K-nL｜

其中：n＝0，1，2，3，……n;

N为被测信号一个周期中的采样点数;

测试信号周期Ts＝L/fT，L为一分频系数

采样信号周期Tg＝K/fT，K为另一分频系数

fT为基准时钟发生器（101）输出时钟信号频率

7、如权利要求3所说的电子测量装置，其特征在于波形存贮器中存贮的波形数据个数为2520个，或者为其整数倍。

Images