CN110261673B - 一种基于电压、电流双脉冲信号的虚拟脉冲功率测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利公开了一种基于电压、电流双脉冲信号的虚拟脉冲功率测量系统及方法，该系统包括：脉冲信号发生部分、脉冲信号同步部分和脉冲信号功率测量部分。脉冲信号发生部分产生脉冲电压信号和脉冲电流信号；脉冲信号同步部分实现脉冲电压信号和脉冲电流信号的同步与相移控制；脉冲信号功率测量部分采集脉冲电压信号和脉冲光电流信号计算并输出脉冲信号虚拟功率。双脉冲输出的幅值、频率、占空比和相位均可调，区别于常规意义上的脉冲功率，脉冲虚拟功率测量系统可以测量不同相位的脉冲电压信号与脉冲电流信号的功率。本发明所公开的测量系统可以用在脉冲功率校准系统中等。

Description

一种基于电压、电流双脉冲信号的虚拟脉冲功率测量系统及 方法

技术领域

本发明专利属于试验设备技术领域，具体涉及一种用于虚拟脉冲功率测量的双脉冲信号发生系统与虚拟脉冲功率的计算方法。

背景技术

功率分析仪等具备功率测量功能的仪器仪表在应用之前，因电压、电流针对不同频率信号的不同延时会导致的功率、功率因数角等敏感参数的误差，所以都需要通过标准信号源来修正和校准相关仪器的测量结果。

针对交流正弦电压、电流的应用场合下，各种功率分析仪校准系统已经较为成熟，相对应的标准信号发生器功能也已经较为完善。但是某些特殊场合下需要对方波脉冲功率进行测量和校准，这就需要特殊的脉冲信号发生及测量系统，要求标准信号发生系统可以满足脉冲电压和脉冲电流双脉冲输出，具备幅值，相位，频率和占空比均可调的功能。

标准脉冲信号发生系统属于信号发生器的一种，能够产生宽度、幅度和重复频率可调的矩形脉冲，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。

现有技术中的脉冲信号发生系统，多为电压型输出，大部分发生器的输出脉冲电压较低并且信号类型单一，难以满足上述需求。而且缺少与之相对应的脉冲功率测量系统，在需要对某些特殊的脉冲功率测量设备进行校准和测量时，没有可用的解决方案。

发明内容

为解决这个问题实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于电压、电流双脉冲信号的虚拟脉冲功率测量系统及方法，该系统包括：脉冲信号发生部分、脉冲信号同步与移相部分和脉冲信号功率测量部分。

所述脉冲信号发生部分产生脉冲电压信号和脉冲电流信号；

所述脉冲信号同步部分实现脉冲电压信号和脉冲电流信号的同步与相移控制；

所述脉冲信号功率测量部分采集脉冲电压信号和脉冲光电流信号计算并输出脉冲信号虚拟功率。

所述脉冲信号同步部分连接单元可以使用除光信号以外，具有其他属性(如电、磁、超声波等)的元器件作为同步元件，产生频率、占空比相同，相位不同的双脉冲(电压、电流)数字信号。

一种基于电压、电流双脉冲信号的虚拟脉冲功率测量系统及方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)当所述脉冲信号功率测量部分接收到所述第一脉冲信号电平跳变为高电平时，测量第一高电平幅值；并产生表征第一脉冲信号状态的第一状态信号，作为接收到的所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号基准。

2)当所述脉冲信号功率测量部分接收到所述第二脉冲信号电平跳变为高电平时，测量第二高电平幅值；并产生表征第二脉冲信号状态的第二状态信号。

3)对所述第一状态信号至所述第二状态信号之间的时钟信号计数，以获得第一计数值。

4)对所述第一状态信号至第一脉冲信号电平跳变为低电平之间的时钟信号计数，以获得第二计数值。

5)对所述第一状态信号至下一个第一状态信号之间的时钟信号计数，以获得第三计数值。

6)根据所述的第二计数值和第三计数值，获得所述第一脉冲信号的占空比。

7)类似步骤4)到步骤6)，获得所述第二脉冲信号的占空比。

8)根据第一计数值和第三计数值，获得脉冲信号的相移比。

9)根据第一电平幅值、第二电平幅值、第一脉冲信号的占空比、第二信号的占空比和相移比，获得虚拟脉冲功率计算值。按照脉冲信号占空比和移相比的大小关系，可得到脉冲虚拟功率P如下：

为了保证双脉冲信号输出的相位精度，本发明设计的一种适用于所述双脉冲虚拟功率测量系统的双脉冲同步精度补偿算法。主要包括以下步骤：

1)系统启动后，进入自检模式启动补偿算法，第一脉冲发生模块和第二脉冲发生模块分别进入补偿计算模式。

2)第一脉冲发生模块发出脉冲信号，进入光发射模块，转化成光脉冲信号，经光纤传输到第二脉冲发生模块，并开启计时器。

3)第二脉冲发生模块的光接收组件，将光脉冲信号转化成电脉冲信号，电脉冲信号进入处理器后立即原封不动发送出去，进入光发射模块，转化为光脉冲信号，经光纤传输回第一脉冲发生模块。

4)第一脉冲发生模块接受到光脉冲信号后，停止计时器，得到延迟时间t_i(i＝1,2…N)。

5)重复步骤2)-步骤4)N次，传输延时

附图说明

图1为实施例中脉冲功率测量系统的结构图；

图2为实施例中占空比D＝0.5时候脉冲虚拟功率示意图；

图3为实施例中占空比D>0.5时候脉冲虚拟功率示意图；

图4为实施例中占空比D<0.5时候脉冲虚拟功率示意图；

图5为实施例中脉冲同步延时计算原理框图；

图6为实施例中脉冲同步补偿硬件连接示意图；

图7为实施例中脉冲同步补偿原理示意图；

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种基于电压、电流双脉冲信号的虚拟脉冲功率测量系统及方法，该系统包括：脉冲信号发生部分、脉冲信号同步与移相部分和脉冲信号功率测量部分。

所述脉冲信号发生部分产生脉冲电压信号和脉冲电流信号；

所述脉冲信号同步部分实现脉冲电压信号和脉冲电流信号的同步与相移控制；

所述脉冲信号功率测量部分采集脉冲电压信号和脉冲电流信号计算虚拟功率。

下面结合具体实施例对本发明技术方案做进一步说明。

本实施例提供一种脉冲虚拟功率测量系统，其结构原理如图1所示，包括脉冲信号发生部分、脉冲信号同步与移相部分以及脉冲信号功率测量部分。

所述脉冲信号发生部分包括脉冲电压信号发生部分和脉冲电流信号发生部分，输出的脉冲电压信号和脉冲电流信号之间互相电气隔离。

所述脉冲信号同步部分在系统工作时，实现脉冲信号之间同步或者移相功能。可任意设置脉冲电压或者脉冲电流为主脉冲输出，另一个为从脉冲输出，从脉冲输出以主脉冲输出为基准。

所述脉冲信号同步部分连接单元可以使用除电信号以外，具有其他属性(如光、磁、超声波等)的元器件作为同步元件，产生频率、占空比相同，相位不同的双脉冲(电压、电流)数字信号。

区别于传统定义的脉冲功率，本发明公开的一种双脉冲虚拟功率测量系统的脉冲电压、脉冲电流之间相位可以调节，按照本发明的另一方面提供一种脉冲信号虚拟功率计算方法，包括以下步骤：

1)当所述脉冲信号功率测量部分接收到所述第一脉冲信号电平跳变为高电平时，测量第一高电平幅值；并产生表征第一脉冲信号状态的第一状态信号，作为接收到的所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号基准。

2)当所述脉冲信号功率测量部分接收到所述第二脉冲信号电平跳变为高电平时，测量第二高电平幅值；并产生表征第二脉冲信号状态的第二状态信号。

3)对所述第一状态信号至所述第二状态信号之间的时钟信号计数，以获得第一计数值T₁。

4)对所述第一状态信号至第一脉冲信号电平跳变为低电平之间的时钟信号计数，以获得第二计数值T₂。

5)对所述第一状态信号至下一个第一状态信号之间的时钟信号计数，以获得第三计数值T₃。

6)根据所述的第二计数值和第三计数值，获得所述第一脉冲信号的占空比D。

D＝T₂/T₃

7)根据第一计数值和第三计数值，获得脉冲信号的相移比

8)根据第一脉冲幅值A₁、第二脉冲幅值A₂、第一脉冲信号的占空比、第二信号的占空比和相移比，获得虚拟脉冲功率值p。按照脉冲信号占空比和移相比的大小关系，如图2，图3，图4所示，在脉冲信号占空比分别为D＝0.5，D>0.5，D<0.5时，计算得到的虚拟功率表达式如下：

为了保证双脉冲信号输出的相位精度，本发明设计的一种适用于所述双脉冲虚拟功率测量系统的双脉冲同步精度补偿算法，如图5、图6所示。主要包括以下步骤：

1)系统启动后，进入自检模式启动补偿算法，第一脉冲发生模块和第二脉冲发生模块分别进入补偿计算模式。

2)第一脉冲发生模块发出脉冲信号，进入光发射模块，转化成光脉冲信号，经光纤传输到第二脉冲发生模块，并开启计时器。

3)第二脉冲发生模块的光接收组件，将光脉冲信号转化成电脉冲信号，电脉冲信号进入处理器后立即原封不动发送出去，进入光发射模块，转化为光脉冲信号，经光纤传输回第一脉冲发生模块。

4)第一脉冲发生模块接受到光脉冲信号后，停止计时器，得到延迟时间t_i(i＝1,2…N)。

5)重复步骤2)-步骤4)N次，传输延时

补偿原理如图7所示，三角波为脉冲信号的载波，未补偿前主机同步信号到来时，从机脉冲信号载波加载值为X，补偿后加载值为X+ΔX。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于本发明所属的技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于电压、电流双脉冲信号的虚拟脉冲功率测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)当脉冲信号功率测量部分接收到第一脉冲信号电平跳变为高电平时，测量第一高电平幅值；并产生表征第一脉冲信号状态的第一状态信号，作为接收到的第一脉冲信号和第二脉冲信号基准，

2)当脉冲信号功率测量部分接收到第二脉冲信号电平跳变为高电平时，测量第二高电平幅值；并产生表征第二脉冲信号状态的第二状态信号，

3)对第一状态信号至第二状态信号之间的时钟信号计数，以获得第一计数值，

4)对第一状态信号至第一脉冲信号电平跳变为低电平之间的时钟信号计数，以获得第二计数值，

5)对第一状态信号至下一个第一状态信号之间的时钟信号计数，以获得第三计数值，

6)根据所述的第二计数值和第三计数值，获得第一脉冲信号的占空比，

7)根据第一计数值和第三计数值，获得脉冲信号的相移比，

8)根据第一电平幅值、第二电平幅值、第一脉冲信号的占空比、第二信号的占空比和相移比，获得虚拟脉冲功率计算值。

2.如权利要求1所述的一种基于电压、电流双脉冲信号的虚拟脉冲功率测量方法，其特征在于，在步骤8)中计算脉冲虚拟功率时，按照占空比和移相比的关系，脉冲虚拟功率为：

P为虚拟脉冲功率值，A₁为第一脉冲幅值，A₂为第二脉冲幅值，D为占空比，

为移相比。

3.一种适用于双脉冲虚拟功率测量系统的双脉冲同步精度补偿方法，其特征在于主要包括以下步骤：

1)系统启动后，进入自检模式启动补偿算法，第一脉冲发生模块和第二脉冲发生模块分别进入补偿计算模式，

2)第一脉冲发生模块发出脉冲信号，进入光发射模块，转化成光脉冲信号，经光纤传输到第二脉冲发生模块，并开启计时器，

3)第二脉冲发生模块的光接收组件，将光脉冲信号转化成电脉冲信号，电脉冲信号进入处理器后立即原封不动发送出去，进入光发射模块，转化为光脉冲信号，经光纤传输回第一脉冲发生模块，

4)第一脉冲发生模块接受到光脉冲信号后，停止计时器，得到延迟时间t_i(i＝1,2...N)，

5)重复步骤2)-步骤4)N次，传输延时

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