CN109768805B - 一种适用于r46指令的复杂波形信号的输出装置及输出方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置及输出方法，装置包括FPGA模块、低频信号输出模块、中频信号输出模块和波形叠加模块，FPGA模块分别与低频信号输出模块、中频信号输出模块连接，低频信号输出模块、中频信号输出模块均与波形叠加模块连接，本发明采用中频变压器及硅钢铁芯变压器双变压器的系统结构，将中频信号和低频信号分别输出放大，可有效抑制输出波形的失真，提升输出波形质量，且有效兼顾输出波形中频信号失真和输出功率受限的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电能计量技术领域，尤其涉及一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置及输出方法。
背景技术
在使用OIML R46规范进行电能表检定时，要求对交流电能表进行15次~40次基波的高次谐波扫频试验和方波，尖顶波等复杂波形影响试验，即需要检定装置可输出高带宽、低失真度的复杂波形功率信号，目前的检定装置通常采用如图1所示的方式产生复杂波形，FPGA将所需波形分解为各次波形幅值、相位等基本数字量，并经DAC模块转换为模拟量，经功放和变压器进行功率放大，即输出所需的复杂波形信号，但这样的方式使用的变压器通常为硅钢为材料制作铁芯，其带宽一般小于1 kHz，但当工作频率越高，变压器损耗越大，输出波形失真度越高，因OIML R46标准规定了最高40次基波的扫频等高频波形试验，采用硅钢为材料作为铁芯的方案输出失真度较大，难以满足实际高精度使用要求。
另外，为解决硅钢在中频工作状态下工作损耗较高的问题，还有采用中频变压器的方式进行功率放大，其带宽达50kHz，在中频工作状态下，输出失真度较低，但中频变压器通常体积较小，磁感强度较低，输出功率受限。
发明内容
本发明解决的技术问题：提出一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置及输出方法，既可以降低变压器功率损耗、减少中频信号输出失真，又可以有效兼顾输出波形中频信号失真和输出功率受限的问题。
本发明的技术方案：
一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置，包括FPGA模块、低频信号输出模块、中频信号输出模块和波形叠加模块，所述的FPGA模块分别与低频信号输出模块、中频信号输出模块连接，所述的低频信号输出模块、中频信号输出模块均与波形叠加模块连接。
所述的低频信号输出模块包括数模转换器DAC、OSC光模块、第一功率放大器、硅钢铁芯变压器、反馈取样模块、第二功率放大器、模数转换器ADC，所述的数模转换器DAC的输出端与OSC光模块输入端连接，所述的OSC光模块输出端于第一功率放大器输入端连接，第一功率放大器输出端、电源端与硅钢铁芯变压器原边连接，第一功率放大器的电源端与地电位连接，所述的反馈取样模块的输入端与硅钢铁芯变压器原边连接，所述的反馈取样模块的输出端与第二功率放大器的输入端连接，第二功率放大器的输出端分别与OSC光模块输入端以及模数转换器ADC输入端连接。
所述的中频信号输出模块也包括数模转换器DAC、OSC光模块、第一功率放大器、中频变压器、反馈取样模块、第二功率放大器、模数转换器ADC，所述的数模转换器DAC的输出端与OSC光模块输入端连接，所述的OSC光模块输出端于第一功率放大器输入端连接，第一功率放大器输出端、电源端与中频变压器原边连接，第一功率放大器的电源端与地电位连接，所述的反馈取样模块的输入端与中频变压器原边连接，所述的反馈取样模块的输出端与第二功率放大器的输入端连接，第二功率放大器的输出端分别与OSC光模块输入端以及模数转换器ADC输入端连接。
一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置，所述的输出方法为：FPGA模块通过快速傅里叶变换将复杂波形分解为中频数字信号和低频数字信号，并分别输出到低频信号输出模块、中频信号输出模块；
低频数字信号经低频信号输出模块中的数模转换器DAC转换为低频模拟信号，低频模拟信号经OSC光模块，而后通过第一功率放大器放大后分别输入到硅钢铁芯变压器以及反馈取样模块，硅钢铁芯变压器将低频模拟信号输出至波形叠加模块，反馈取样模块将低频模拟信号输入到第二功率放大器，第二功率放大器将低频模拟信号分别输入到OSC光模块以及模数转换器ADC，模数转换器ADC将低频模拟信号转换为低频数字信号返回到FPGA模块；
中频数字信号经中频信号输出模块中的数模转换器DAC转换为中频模拟信号，中频模拟信号经OSC光模块，而后通过第一功率放大器放大，分别输入到中频变压器以及反馈取样模块，中频变压器将中频模拟信号输出至波形叠加模块，反馈取样模块将中频模拟信号输入到第二功率放大器，第二功率放大器将中频模拟信号分别输入到OSC光模块以及模数转换器ADC，模数转换器ADC将中频模拟信号转换成中频数字信号返回到FPGA模块；
波形叠加模块将低频模拟信号和中频模拟信号叠加，输出复杂波形信号。
本发明的有益效果：提出一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置及输出方法， 采用中频变压器及硅钢铁芯变压器双变压器的系统结构，将中频信号和低频信号分别输出放大，可有效抑制输出波形的失真，提升输出波形质量，且有效兼顾输出波形中频信号失真和输出功率受限的问题。
附图说明
图1为目前的检定装置通常采用的复杂波形产生方式示意图；
图2为本发明采用的复杂波形产生方式示意图；
图中标识：1、FPGA模块，2、低频信号输出模块，3、中频信号输出模块，4、波形叠加模块，5、数模转换器DAC，6、OSC光模块，7、第一功率放大器，8、硅钢铁芯变压器，9、反馈取样模块，10、第二功率放大器，11、模数转换器ADC，12、中频变压器。
具体实施方式
一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置，包括FPGA模块1、低频信号输出模块2、中频信号输出模块3和波形叠加模块4，所述的FPGA模块1分别与低频信号输出模块2、中频信号输出模块3连接，所述的低频信号输出模块2、中频信号输出模块3均与波形叠加模块4连接。
所述的低频信号输出模块2包括数模转换器DAC5、OSC光模块6、第一功率放大器7、硅钢铁芯变压器8、反馈取样模块9、第二功率放大器10、模数转换器ADC11，所述的数模转换器DAC5的输出端与OSC光模块6输入端连接，所述的OSC光模块6输出端与第一功率放大器7输入端连接，第一功率放大器7输出端、电源端与硅钢铁芯变压器8原边连接，第一功率放大器7的电源端与地电位连接，所述的反馈取样模块9的输入端与硅钢铁芯变压器8原边连接，所述的反馈取样模块9的输出端与第二功率放大器10的输入端连接，第二功率放大器10的输出端分别与OSC光模块6输入端以及模数转换器ADC11输入端连接。
所述的中频信号输出模块3也包括数模转换器DAC5、OSC光模块6、第一功率放大器7、中频变压器12、反馈取样模块9、第二功率放大器10、模数转换器ADC11，所述的数模转换器DAC5的输出端与OSC光模块6输入端连接，所述的OSC光模块6输出端于第一功率放大器7输入端连接，第一功率放大器7输出端、电源端与中频变压器12原边连接，第一功率放大器7的电源端与地电位连接，所述的反馈取样模块9的输入端与中频变压器12原边连接，所述的反馈取样模块9的输出端与第二功率放大器10的输入端连接，第二功率放大器10的输出端分别与OSC光模块6输入端以及模数转换器ADC11输入端连接。
一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置，所述的输出方法为：FPGA模块1通过快速傅里叶变换将复杂波形分解为中频数字信号和低频数字信号，并分别输出到低频信号输出模块2、中频信号输出模块3；
低频数字信号经低频信号输出模块2中的数模转换器DAC5转换为低频模拟信号，低频模拟信号经OSC光模块6，而后通过第一功率放大器7放大后分别输入到硅钢铁芯变压器8以及反馈取样模块9，硅钢铁芯变压器8将低频模拟信号输出至波形叠加模块4，反馈取样模块9将低频模拟信号输入到第二功率放大器10，第二功率放大器10将低频模拟信号分别输入到OSC光模块6以及模数转换器ADC11，模数转换器ADC11将低频模拟信号转换成低频数字信号返回到FPGA模块1；
中频数字信号经中频信号输出模块3中的数模转换器DAC5转换为中频模拟信号，中频模拟信号经OSC光模块6，而后通过第一功率放大器7放大，分别输入到中频变压器12以及反馈取样模块9，中频变压器12将中频模拟信号输出至波形叠加模块4，反馈取样模块将9中频模拟信号输入到第二功率放大器10，第二功率放大器10将中频模拟信号分别输入到OSC光模块6以及模数转换器ADC11，模数转换器ADC11将中频模拟信号转换成中频数字信号返回到FPGA模块1；
波形叠加模块4将低频模拟信号和中频模拟信号叠加，输出复杂波形信号。
本发明采用中频变压器12及硅钢铁芯变压器8双变压器的系统结构，将中频信号和低频信号分别输出放大，可有效抑制输出波形的失真，提升输出波形质量，且有效兼顾输出波形中频信号失真和输出功率受限的问题。
Claims (2)
1.一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置，其特征在于：包括FPGA模块（1）、低频信号输出模块（2）、中频信号输出模块（3）和波形叠加模块（4），所述的FPGA模块（1）分别与低频信号输出模块（2）、中频信号输出模块（3）连接，所述的低频信号输出模块（2）、中频信号输出模块（3）均与波形叠加模块（4）连接；所述的低频信号输出模块（2）包括数模转换器DAC（5）、OSC光模块（6）、第一功率放大器（7）、硅钢铁芯变压器（8）、反馈取样模块（9）、第二功率放大器（10）、模数转换器ADC（11），所述的数模转换器DAC（5）的输出端与OSC光模块（6）输入端连接，所述的OSC光模块（6）输出端与第一功率放大器（7）输入端连接，第一功率放大器（7）输出端、电源端与硅钢铁芯变压器（8）原边连接，第一功率放大器（7）的电源端与地电位连接，所述的反馈取样模块（9）的输入端与硅钢铁芯变压器（8）原边连接，所述的反馈取样模块（9）的输出端与第二功率放大器（10）的输入端连接，第二功率放大器（10）的输出端分别与OSC光模块（6）输入端以及模数转换器ADC（11）输入端连接；所述的中频信号输出模块（3）也包括数模转换器DAC（5）、OSC光模块（6）、第一功率放大器（7）、中频变压器（12）、反馈取样模块（9）、第二功率放大器（10）、模数转换器ADC（11），所述的数模转换器DAC（5）的输出端与OSC光模块（6）输入端连接，所述的OSC光模块（6）输出端与第一功率放大器（7）输入端连接，第一功率放大器（7）输出端、电源端与中频变压器（12）原边连接，第一功率放大器（7）的电源端与地电位连接，所述的反馈取样模块（9）的输入端与中频变压器（12）原边连接，所述的反馈取样模块（9）的输出端与第二功率放大器（10）的输入端连接，第二功率放大器（10）的输出端分别与OSC光模块（6）输入端以及模数转换器ADC（11）输入端连接。
2.如权利要求1所述的一种适用于R46指令的复杂波形信号的输出装置的输出方法，其特征在于：所述的输出方法为：FPGA模块（1）通过快速傅里叶变换将复杂波形分解为中频数字信号和低频数字信号，并分别输出到低频信号输出模块（2）、中频信号输出模块（3）；
低频数字信号经低频信号输出模块（2）中的数模转换器DAC（5）转换为低频模拟信号，低频模拟信号经OSC光模块（6），而后通过第一功率放大器（7）放大后分别输入到硅钢铁芯变压器（8）以及反馈取样模块（9），硅钢铁芯变压器（8）将低频模拟信号输出至波形叠加模块（4），反馈取样模块（9）将低频模拟信号输入到第二功率放大器（10），第二功率放大器（10）将低频模拟信号分别输入到OSC光模块（6）以及模数转换器ADC（11），模数转换器ADC（11）将低频模拟信号转换成低频数字信号返回到FPGA模块（1）；
中频数字信号经中频信号输出模块（3）中的数模转换器DAC（5）转换为中频模拟信号，中频模拟信号经OSC光模块（6），而后通过第一功率放大器（7）放大，分别输入到中频变压器（12）以及反馈取样模块（9），中频变压器（12）将中频模拟信号输出至波形叠加模块（4），反馈取样模块（9）将中频模拟信号输入到第二功率放大器（10），第二功率放大器（10）将中频模拟信号分别输入到OSC光模块（6）以及模数转换器ADC（11），模数转换器ADC（11）将中频模拟信号转换成中频数字信号返回到FPGA模块；
波形叠加模块（4）将低频模拟信号和中频模拟信号叠加，输出复杂波形信号。
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