CN110988495B - 一种高速脉冲信号幅度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速脉冲信号幅度测量方法，它涉及电子测量技术领域。在低速条件下实现高速脉冲信号幅度的测量。通过精密直流电压发生器生成直流扫描电压U_d，U_d与待测脉冲信号经过电压比较器比较得到信号y_c，对y_c做低通滤波，取其直流分量得到y_d，得到输出信号幅度的直流电压y_d与U_d之间的关系曲线y_d(U_d)；对曲线y_d(U_d)做一阶微分得到曲线y′_d(U_d)，对曲线y′_d(U_d)做双α滤波，得到y′_d(U_d)的包络p(U_d)，取曲线p(U_d)最小值对应的U_d为脉冲信号幅度的测量值。本发明的优点为：不需采用高速数据采集电路即可实现对高速脉冲信号幅度的测量，易实现，成本低廉，利用比较器输出的直流信号变化规律作为参考依据，抗干扰能力强，适用范围广，稳定可靠。

Description

一种高速脉冲信号幅度测量方法

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，具体涉及一种高速脉冲信号幅度测量方法。

背景技术

脉冲信号幅度测量是确定脉冲波形参数的基础，如脉冲的上升时间、脉冲宽度、预冲、过冲、振铃等参数的测量都需要首先确定脉冲幅度,只有准确地测量出了脉冲幅度,才能确定以上各参数的特征值。但是测量高速脉冲信号的幅度需要使用高速ADC结合FPGA高速数据采集电路才能实现，实现难度大、成本高。

现有技术中，文献(王妍.基于单片机的脉冲信号参数测量研究[J].电子质量，2018，381(12):121-123.)将采集数据通过阈值分割和取中值的方法得到脉冲信号的幅度；

文献(付永杰，毕鹏，于卫平.基于高速数据采集技术的脉冲幅度测量方法研究[J].宇航计测技术(5):27-30,34.)先对脉冲进行高速采样，然后根据脉冲波形的出现的密度分布获得脉冲幅度值；

文献(葛惠君.脉冲幅度测量方法及不确定度评定[J].计测技术，2006(03):52-54.)介绍了几种脉冲幅度测量方法：(1)示波器直接观察，但测量误差与仪器精度、个人经验有很大关系；(2)采用斩波器将直流电压与脉冲幅度切换，切换后的信号送到高灵敏度示波器进行平衡显示，但该方法采用纯模拟的方法实现，测量精度与仪器精度、操作人员的素质有很大关系；(3)采用数字万用表的触发采样功能，在恰当的时刻对信号采样，获取信号幅度，但这种方式在存在过冲和振荡时会导致极大测量误差，同时，由于取样速度的现实，该方法不适用于高速信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高速脉冲信号幅度测量方法，能够解决现有技术中存在的测量高速脉冲信号的幅度需要使用高速ADC结合FPGA高速数据采集电路才能实现、实现难度大、成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：通过精密直流电压发生器、电压比较器、低通滤波器、数据采集装置、双α滤波器的设置，在低速条件下实现高速脉冲信号幅度的测量；具体包含测试数据获取和数据处理两部分内容；测试数据获取时，包括以下步骤：

S1、由精密直流电压发生器生成随时间缓慢上升的直流扫描电压信号U_d；

S2、将U_d与待测脉冲信号经过电压比较器进行比较，得到输出信号y_c；

S3、将得到的输出信号y_c经过低通滤波器，通过数据采集装置得到直流量y_d，并得到同步的U_d；

所述数据处理部分包含以下步骤：

S4、由获得的数据y_d与U_d可以得到y_d关于U_d的函数y_d(U_d)，对该函数求一阶微分，得到曲线y′_d(U_d)；

S5、通过双α滤波器对y′_d(U_d)做双α滤波，滤除毛刺，得到其包络p(U_d)；

S6、取曲线p(U_d)最小值对应的U_d为脉冲信号幅度的测量值。

进一步的，所述步骤S1中，U_d的最大幅度大于脉待测冲信号的最大幅度，每个电压信号值的停留时间大于10·T，T为待测脉冲信号的周期。

进一步的，所述步骤S3中的低通滤波器的截止频率f_L为信号频率的十分之一，即

进一步的，所述S5中双α滤波器的α的取值在0.01～0.05之间。

本发明的优点在于：

(1)与现有的方法相比，不需要采用高速数据采集电路即可实现对高速脉冲信号幅度的测量，具有便于实现、成本低廉的优点；

(2)该脉冲幅度测量方法，利用电压比较器输出的直流信号变化规律作为参考依据，具有抗干扰能力强、适用范围广、稳定可靠的优点。

附图说明

图1为本发明的高速脉冲幅度测量的全过程；

图2为本发明的待测脉冲信号波形示意图；

图3为本发明的U_d取某一值时的曲线y_c；

图4为本发明的y_d随U_d的变化曲线y_d(U_d)；

图5为本发明的y_d(U_d)的一阶微分y′_d(U_d)；

图6为本发明对y′_d(U_d)做双α滤波后得到的包络p(U_d)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本具体实施方式采用如下技术方案：

如图2所示，为高速脉冲信号，设定幅度为1V，频率为500kHz，占空比50％，从图中可以看出信号的过冲和振铃现象严重，给测量带来困难。

如图1所示，本发明以高速脉冲信号为检测对象，其过程包括以下几个步骤：

S1、由精密直流电压发生器生成随时间缓慢上升的直流扫描电压信号U_d，U_d的最大幅度大于脉待测冲信号的最大幅度，每个电压信号值的停留时间大于10·T，T为待测脉冲信号的周期，直流扫描电压信号幅度U_d从0～2V均匀变化；

S2、将U_d与待测脉冲信号经过电压比较器进行比较，得到输出信号y_c，当U_d＝1V时，y_c如图3所示；

S3、将得到的输出信号y_c经过低通滤波器，通过数据采集装置得到直流量y_d，并得到同步的U_d，低通滤波器的截止频率f_L为50kHz；

S4、由获得的数据y_d与U_d可以得到y_d关于U_d的函数y_d(U_d)，绘制出U_d与y_d的关系曲线y_d(U_d)，如图4所示，对图4求一阶微分，得到如图5所示的曲线y′_d(U_d)；

S5、通过双α滤波器对图5的y′_d(U_d)做双α滤波，滤除毛刺，得到其包络p(U_d)，双α滤波器的α的取值为0.015，得到如图6所示的曲线p(U_d)；

S6、取图6中曲线p(U_d)最小值所对应的U_d的取值1.0002为脉冲信号幅度的测量值。

根据设定值与测量的比较可以发现，该方法能实现对脉冲信号的测量，并且有较高的测量精度。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种高速脉冲信号幅度测量方法，其特征在于：通过精密直流电压发生器、电压比较器、低通滤波器、数据采集装置、双α滤波器的设置，在低速条件下实现高速脉冲信号幅度的测量；具体包含测试数据获取和数据处理两部分内容；测试数据获取时，包括以下步骤：

S1、由精密直流电压发生器生成随时间缓慢上升的直流扫描电压信号U_d；

S2、将U_d与待测脉冲信号经过电压比较器进行比较，得到输出信号y_c；

S3、将得到的输出信号y_c经过低通滤波器，通过数据采集装置得到直流量y_d，并得到同步的U_d；

所述数据处理部分包含以下步骤：

S4、由获得的数据y_d与U_d可以得到y_d关于U_d的函数y_d(U_d)，对该函数求一阶微分，得到曲线y′_d(U_d)；

S5、通过双α滤波器对y′_d(U_d)做双α滤波，滤除毛刺，得到其包络p(U_d)；

S6、取曲线p(U_d)最小值对应的U_d为脉冲信号幅度的测量值。

2.根据权利要求1所述的一种高速脉冲信号幅度测量方法，其特征在于：所述步骤S1中，U_d的最大幅度大于脉待测冲信号的最大幅度，每个电压信号值的停留时间大于10·T，T为待测脉冲信号的周期。

3.根据权利要求2所述的一种高速脉冲信号幅度测量方法，其特征在于：所述步骤S3中的低通滤波器的截止频率f_L为信号频率的十分之一，即

4.根据权利要求1所述的一种高速脉冲信号幅度测量方法，其特征在于：所述S5中双α滤波器的α的取值在0.01～0.05之间。

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