CN110412343A - 一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法 - Google Patents

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李�浩
常存
吕妍
吴天剑
张健
杨万福
曹曙光
杨新华
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Abstract

一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法，涉及基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量技术，为了解决现有通过硬件电路实现正交矢量锁相放大的技术存在检测精度低且只能实现定频点检测的问题。提取待测激励响应交流信号，得到S(t)；生成频率为ωi且与S(t)等长度的正弦离散的参考信号R1(t)；将参考信号R1(t)的相位移动90°，得到正交参考信号R2(t)；将S(t)的一维数组与R1(t)和R2(t)的一维数组分别相乘，分别得到U1(t)和U2(t)，再分别进行滤波，根据滤波结果得到待测交流信号ωi频率成分的幅值A，调整设定扫频频率重复操作，直至遍历所需的所有频率。本发明适用于微弱信号的测量。

Description

一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法
技术领域
本发明涉及微弱信号检测和基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量技术。
背景技术
在检测技术中，微弱信号的提取是检测中需要攻克的难题。现有的微弱信号的提取技术中通过硬件电路实现正交矢量锁相放大对模拟放大器的精度要求高，最终也只能实现近似值，获得的结果精度低，而且只能实现定频点检测，无法在宽频带范围内进行检测。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有通过硬件电路实现正交矢量锁相放大的技术存在检测精度低且只能实现定频点检测的问题，从而提供一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法。
本发明所述的一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法，该方法包括：
步骤一、采用正弦交流信号作为扫频测量的激励信号，并设定扫频频率为ωi，ωi的初始值为ω0；
步骤二、提取待测激励响应交流信号，得到S(t)，并以一维数组的形式存储；
步骤三、生成频率为ωi且与S(t)等长度的正弦离散的参考信号R1(t)，并以一维数组的形式存储；
步骤四、将参考信号R1(t)的相位移动90°，得到正交参考信号R2(t)，并以一维数组的形式存储；
步骤五、将S(t)的一维数组与R1(t)和R2(t)的一维数组分别相乘，分别得到两个一维数组U1(t)和U2(t)；
步骤六、对U1(t)和U2(t)分别进行滤波，得到直流成分，分别得到Vout1和Vout2；
步骤七、根据Vout1和Vout2得到待测交流信号ωi频率成分的幅值A；
调整设定扫频频率ωi，重复步骤二至步骤七，直至遍历所需的所有频率，完成扫频测量。
优选的是，步骤二中，假设：
其中，t为时间，为初始相位，N(t)为噪声；
则，
R1(t)＝Bsinωit
其中，B为幅值；
R2(t)＝-Bcosωit；
优选的是，步骤七中根据Vout1和Vout2得到待测交流信号ωi频率成分的幅值A，具体为：
令B的取值为1，则有：
优选的是，该方法还包括根据Vout1和Vout2得到初始相位
本发明基于锁相放大的原理，采用数字算法提取微弱信号，无需模拟放大器，提取的微弱信号精度高，而且可以在宽频带范围内进行检测。
附图说明
图1是一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施方式所述的一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法，该方法包括：
步骤一、采用正弦交流信号作为扫频测量的激励信号，激励待测器件，并设定扫频频率为ωi，ωi的初始值为ω0；
步骤二、利用高精度A/D转换芯片提取待测激励响应交流信号，并经数字滤波器滤波得到S(t)，并以一维数组的形式存储；数字滤波器用于滤除市电干扰信号；
假设：
其中，t为时间，为初始相位，N(t)为噪声；
步骤三、生成频率为ωi，与S(t)等长度的正弦离散的参考信号R1(t)，并以一维数组的形式存储；
R1(t)＝Bsinωit
其中，B为幅值；
步骤四、将参考信号R1(t)的相位移动90°，得到正交参考信号R2(t)，并以一维数组的形式存储；
R2(t)＝-B cos ωit；
步骤五、将S(t)的一维数组与R1(t)和R2(t)的一维数组通过微控芯片实现的硬件乘法器分别相乘，分别得到两个一维数组U1(t)和U2(t)，即待测信号分别与参考信号、正交参考信号锁相乘后的离散数组；
步骤六、对U1(t)和U2(t)分别进行低通滤波得到直流成分，分别得到Vout1和Vout2，
步骤七、根据Vout1和Vout2得到待测交流信号ωi频率成分的幅值A；
令B的取值为1，则有：
A可用于后续其它参数的计算，如由A和正弦电流信号的有效电流值可计算出待测器件内阻和功率。
根据可以对正弦电流信号的相位进行验证，还可用于后续其它参数的计算。
调整设定扫频频率ωi，重复步骤二至步骤七，直至遍历所需的所有频率，完成扫频测量。
本实施方式利用锁相放大器的原理，采用微控芯片实现硬件乘法器，硬件乘法器基于“移位和相加”的数字算法提取微弱信号。在硬件乘法器的算法中，硬件乘法器中每一个比特位都会产生一个局部乘积，第一个局部乘积由乘法器的LSB产生，第二个乘积由乘法器的第二位产生，以此类推，以此得到数字锁相放大，实现在微弱信号中提取所需要的信息。

Claims (4)

1.一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法，其特征在于，该方法包括：
步骤一、采用正弦交流信号作为扫频测量的激励信号，并设定扫频频率为ωi，ωi的初始值为ω0；
步骤二、提取待测激励响应交流信号，得到S(t)，并以一维数组的形式存储；
步骤三、生成频率为ωi且与S(t)等长度的正弦离散的参考信号R1(t)，并以一维数组的形式存储；
步骤四、将参考信号R1(t)的相位移动90°，得到正交参考信号R2(t)，并以一维数组的形式存储；
步骤五、将S(t)的一维数组与R1(t)和R2(t)的一维数组分别相乘，分别得到两个一维数组U1(t)和U2(t)；
步骤六、对U1(t)和U2(t)分别进行滤波，得到直流成分，分别得到Vout1和Vout2；
步骤七、根据Vout1和Vout2得到待测交流信号ωi频率成分的幅值A；
调整设定扫频频率ωi，重复步骤二至步骤七，直至遍历所需的所有频率，完成扫频测量。
2.根据权利要求1所述的一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法，其特征在于，步骤二中，假设：
其中，t为时间，为初始相位，N(t)为噪声；
则，
R1(t)＝Bsinωit
其中，B为幅值；
R2(t)＝-Bcosωit；
3.根据权利要求2所述的一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法，其特征在于，步骤七中根据Vout1和Vout2得到待测交流信号ωi频率成分的幅值A，具体为：
令B的取值为1，则有：
4.根据权利要求1或2所述的一种基于正交矢量锁相放大的宽频带扫频测量算法，其特征在于，该方法还包括根据Vout1和Vout2得到初始相位
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樊尚春等: "《新型传感技术及应用 第2版》", 31 August 2005, 中国电力出版社 *

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