CN107328987B - 一种光电式电流传感器波形失真的处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光电式电流传感器波形失真的处理方法及装置，首先根据已知失真波形中的过零点计算原始正弦信号频率，列写原始信号波形方程；接着在失真波形的未饱和区任意抽取2个采样点，列出信号波形方程组，计算原始信号波形的幅值与初相角；最后根据AD采样频率，绘制出原始信号波形。本发明解决了正弦模拟信号在传输过程中因为AD饱和原因造成的波形失真、幅值计算出错的问题。

Description

一种光电式电流传感器波形失真的处理方法及装置
技术领域
本发明涉及光电式电流传感器领域，特别是一种光电式电流传感器波形失真的处理方法及装置。
背景技术
光电式电流传感器是一种基于光电效应的传感器，在受到可见光照射后即产生光电效应，将光信号转换成电信号输出。它除能测量光强之外，还能利用光线的透射、遮挡、反射、干涉等测量多种物理量，如尺寸、位移、速度、温度等，因而是一种应用极广泛的重要敏感器件。
但是在其AD采样过程中，因为一次设备传输的正弦模拟信号(电流，电压等)超出AD采样范围造成的波形失真客观存在，因此常常造成数据处理出错、幅值计算出错等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种光电式电流传感器波形失真的处理方法及装置，解决了正弦模拟信号在传输过程中因为AD饱和原因造成的波形失真、幅值计算出错的问题。
本发明采用以下方案实现：一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据已知失真波形中的过零点计算原始正弦信号角频率；
步骤S2：在失真波形的未饱和区任意抽取2个采样点，根据所述2个采样点的横纵坐标、以及所述原始正弦信号角频率，计算得到原始正弦信号波形的幅值与初相角；根据所述角频率、幅值与初相角，得到原始正弦信号表达式；
步骤S3：根据AD采样频率和所述表达式，绘制出原始信号波形。
进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：抽取失真波形中连续3个过零点时间t0、t1、t2，根据下式计算原始信号波形的周期T0：
T0＝t2-t0；
步骤S12：根据下式计算原始信号波形的频率f0：
Figure GDA0001371659900000021
步骤S13：根据下式计算原始信号波形的角频率ω0：
ω0＝2πf0；
步骤S14：列写原始信号波形方程：
Figure GDA0001371659900000022
其中，A0为待求解原始信号波形的幅值，
Figure GDA0001371659900000023
为原始信号波形的初相角。
进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：取失真波形上未饱和区的两个采样点：采样点1:(t1,F(t1))、采样点2：(t2,F(t2))，列出信号波形方程组：
Figure GDA0001371659900000024
步骤S22：求解上述方程组，得到原始信号波形的幅值A0以及原始信号波形的初相角
Figure GDA0001371659900000025
进一步地，步骤S21中，所述两个采样点为所述失真波形未饱和区上的任意不同两点。
进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：已知AD采样频率为Fs，则采样周期Ts为：
Figure GDA0001371659900000031
步骤S32：从t＝t0时刻开始，根据
Figure GDA0001371659900000032
依次计算出第i个采样点坐标(ti,F(ti))；其中，ti＝iTs；
步骤S33：根据计算出的采样点坐标绘制原始信号波形。
进一步地，所述步骤S32具体包括以下步骤：
步骤S321：设采样点为N，令i＝0，
步骤S322：令ti＝t0+iΔt，其中Δt为预设的时间间隔，t0为初始采样时刻；
步骤S323：将ti带入下式计算，得到输出(ti,F(ti))：
Figure GDA0001371659900000033
步骤S324：令i＝i+1，若i≤N，则返回步骤S322，否则，结束。
进一步地，所述原始信号波形为频率唯一的正弦输入信号。
进一步地，所述失真波形的失真原因为AD采样饱和。
进一步地，所述步骤S1之前还包括预处理步骤，所述预处理步骤为：选取采样波形作为已知失真波形，其中，AD采样频率为Fs，各采样点坐标为(tn,yn)，n为采样点序号，tn为采样时刻，yn为tn时刻相对应的采样值。
进一步地，采样数据长度大于一个周期。
较佳的，本发明还提供了一种基于上文所述的光电式电流传感器波形失真的处理方法的装置，包括中央处理器、存储模块、显示模块；
所述中央处理器用以进行下述步骤：
步骤S1：根据已知失真波形中的过零点计算原始正弦信号角频率；
步骤S2：在失真波形的未饱和区任意抽取2个采样点，根据所述2个采样点的横纵坐标、以及所述原始正弦信号角频率，计算得到原始正弦信号波形的幅值与初相角；根据所述角频率、幅值与初相角，得到原始正弦信号表达式；
步骤S3：根据AD采样频率和所述表达式，绘制出原始信号波形；
所述存储模块用以存储或缓存作为采样数据的失真波形以及中央处理器输出的原始信号波形；
所述显示模块用以显示所述中央处理器输出的原始信号波形。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：通过本发明的方法可以计算出原始信号波形中的幅值、频率等波形特征值，解决了正弦模拟信号在传输过程中因为AD饱和原因造成的波形失真、幅值计算出错的问题。本发明提供的方法可用于电力行业的CT、PT、光纤互感器等领域中传输的电流、电压信号由于AD采样饱和导致的波形失真还原处理。
附图说明
图1为本发明实施例中的方法流程示意图。
图2为本发明实施例中步骤S1与S2的方法流程示意图。
图3为本发明实施例中步骤S32的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本实施例提供了一种一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，包括以下步骤：
步骤S1：根据已知失真波形中的过零点计算原始正弦信号角频率；
步骤S2：在失真波形的未饱和区任意抽取2个采样点，根据所述2个采样点的横纵坐标、以及所述原始正弦信号角频率，计算得到原始正弦信号波形的幅值与初相角；根据所述角频率、幅值与初相角，得到原始正弦信号表达式；
步骤S3：根据AD采样频率和所述表达式，绘制出原始信号波形。
在本实施例中，所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：抽取失真波形中连续3个过零点时间t0、t1、t2，根据下式计算原始信号波形的周期T0：
T0＝t2-t0；
步骤S12：根据下式计算原始信号波形的频率f0：
Figure GDA0001371659900000051
步骤S13：根据下式计算原始信号波形的角频率ω0：
ω0＝2πf0；
步骤S14：列写原始信号波形方程：
Figure GDA0001371659900000052
其中，A0为待求解原始信号波形的幅值，
Figure GDA0001371659900000053
为原始信号波形的初相角。
在本实施例中，所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：取失真波形上未饱和区的两个采样点：采样点1:(t1,F(t1))、采样点2：(t2,F(t2))，列出信号波形方程组：
Figure GDA0001371659900000054
步骤S22：求解上述方程组，得到原始信号波形的幅值A0以及原始信号波形的初相角
Figure GDA0001371659900000055
在本实施例中，步骤S21中，所述两个采样点为所述失真波形未饱和区上的任意不同两点。
在本实施例中，所述步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：已知AD采样频率为Fs，则采样周期Ts为：
Figure GDA0001371659900000061
步骤S32：从t＝t0时刻开始，根据
Figure GDA0001371659900000062
依次计算出第i个采样点坐标(ti,F(ti))；其中，ti＝iTs；
步骤S33：根据计算出的采样点坐标绘制原始信号波形。
在本实施例中，所述步骤S32具体包括以下步骤：
步骤S321：设采样点为N，令i＝0，
步骤S322：令ti＝t0+iΔt，其中Δt为预设的时间间隔，t0为初始采样时刻；
步骤S323：将ti带入下式计算，得到输出(ti,F(ti))：
Figure GDA0001371659900000063
步骤S324：令i＝i+1，若i≤N，则返回步骤S322，否则，结束。
在本实施例中，所述原始信号波形为频率唯一的正弦输入信号。
在本实施例中，所述失真波形的失真原因为AD采样饱和。
在本实施例中，所述步骤S1之前还包括预处理步骤，所述预处理步骤为：选取采样波形作为已知失真波形，其中，AD采样频率为Fs，各采样点坐标为(tn,yn)，n为采样点序号，tn为采样时刻，yn为tn时刻相对应的采样值。
在本实施例中，采样数据长度大于一个周期。
较佳的，本实施例还提供了一种基于上文所述的光电式电流传感器波形失真的处理方法的装置，包括中央处理器、存储模块、显示模块；
所述中央处理器用以进行下述步骤：
步骤S1：根据已知失真波形中的过零点计算原始正弦信号角频率；
步骤S2：在失真波形的未饱和区任意抽取2个采样点，根据所述2个采样点的横纵坐标、以及所述原始正弦信号角频率，计算得到原始正弦信号波形的幅值与初相角；根据所述角频率、幅值与初相角，得到原始正弦信号表达式；
步骤S3：根据AD采样频率和所述表达式，绘制出原始信号波形；
所述存储模块用以存储或缓存作为采样数据的失真波形以及中央处理器输出的原始信号波形；
所述显示模块用以显示所述中央处理器输出的原始信号波形。
本实施例可以计算出原始信号波形中的幅值、频率等波形特征值，解决了正弦模拟信号在传输过程中因为AD饱和原因造成的波形失真、幅值计算出错的问题。本实施例提供的方法可用于电力行业的CT、PT、光纤互感器等领域中传输的电流、电压信号由于AD采样饱和导致的波形失真还原处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：根据已知失真波形中的过零点计算原始正弦信号角频率；
步骤S2：在失真波形的未饱和区任意抽取2个采样点，根据所述2个采样点的横纵坐标、以及所述原始正弦信号角频率，计算得到原始正弦信号波形的幅值与初相角；根据所述角频率、幅值与初相角，得到原始正弦信号表达式；
步骤S3：根据AD采样频率和所述表达式，绘制出原始信号波形。
2.根据权利要求1所述的一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：
步骤S11：抽取失真波形中连续3个过零点时间t0、t1、t2，根据下式计算原始信号波形的周期T0：
T0＝t2-t0；
步骤S12：根据下式计算原始信号波形的频率f0：
Figure FDA0002788689850000011
步骤S13：根据下式计算原始信号波形的角频率ω0：
ω0＝2πf0；
步骤S14：列写原始信号波形方程：
Figure FDA0002788689850000021
其中，A0为待求解原始信号波形的幅值，
Figure FDA0002788689850000022
为原始信号波形的初相角。
3.根据权利要求1所述的一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下步骤：
步骤S21：取失真波形上未饱和区的两个采样点：采样点1:(t1,F(t1))、采样点2：(t2,F(t2))，列出信号波形方程组：
Figure FDA0002788689850000023
步骤S22：求解上述方程组，得到原始信号波形的幅值A0以及原始信号波形的初相角
Figure FDA0002788689850000024
4.根据权利要求1所述的一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下步骤：
步骤S31：已知AD采样频率为Fs，则采样周期Ts为：
Figure FDA0002788689850000025
步骤S32：从t＝t0时刻开始，根据
Figure FDA0002788689850000026
依次计算出第i个采样点坐标(ti,F(ti))；其中，ti＝iTs；
步骤S33：根据计算出的采样点坐标绘制原始信号波形。
5.根据权利要求4所述的一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，其特征在于：所述步骤S32具体包括以下步骤：
步骤S321：设采样点为N，令i＝0，
步骤S322：令ti＝t0+iΔt，其中Δt为预设的时间间隔，t0为初始采样时刻；
步骤S323：将ti带入下式计算，得到输出(ti,F(ti))：
Figure FDA0002788689850000031
步骤S324：令i＝i+1，若i≤N，则返回步骤S322，否则，结束。
6.根据权利要求1所述的一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，其特征在于：所述原始信号波形为频率唯一的正弦输入信号。
7.据权利要求1所述的一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，其特征在于：所述步骤S1之前还包括预处理步骤，所述预处理步骤为：选取采样波形作为已知失真波形，其中，AD采样频率为Fs，各采样点坐标为(tn,yn)，n为采样点序号，tn为采样时刻，yn为tn时刻相对应的采样值。
8.根据权利要求7所述的一种光电式电流传感器波形失真的处理方法，其特征在于：采样数据长度大于一个周期。
9.一种基于权利要求1所述的光电式电流传感器波形失真的处理方法的装置，其特征在于：包括中央处理器、存储模块、显示模块；
所述中央处理器用以进行下述步骤：
步骤S1：根据已知失真波形中的过零点计算原始正弦信号角频率；
步骤S2：在失真波形的未饱和区任意抽取2个采样点，根据所述2个采样点的横纵坐标、以及所述原始正弦信号角频率，计算得到原始正弦信号波形的幅值与初相角；根据所述角频率、幅值与初相角，得到原始正弦信号表达式；
步骤S3：根据AD采样频率和所述表达式，绘制出原始信号波形；
所述存储模块用以存储或缓存作为采样数据的失真波形以及中央处理器输出的原始信号波形；
所述显示模块用以显示所述中央处理器输出的原始信号波形。
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