CN111367222A - 一种多频率自动切换的采样方法及装置 - Google Patents

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徐秉政
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Abstract

本发明公开了一种多频率自动切换的采样方法及装置，事先建立模拟信号源，预设准确度限制和频段范围并获取一系列采样频率点，依次采集模拟信号源产生的周期信号，且以全频段分布采样的有效值均符合准确度要求为目的，获取并设置3个或以上的采样频率点于CPU中央处理器内。频率测量模块接收被测周期信号源输出的信号，实时分析信号频率并输送至CPU中央处理器，CPU中央处理器自动匹配并切换合适的采样频率点，控制AD数据采集模块对被测周期信号源输出的信号进行采样，实现被测信号在预设准确值内的精确测量。

Description

一种多频率自动切换的采样方法及装置
技术领域
本发明涉及周期信号采样领域，具体涉及一种多频率自动切换的采样方法及装置。
背景技术
现阶段，AD采样技术对周期信号进行采样时一般均采用固定采样频率的方式进行采样，然而该类方式存在诸多缺陷，如(1)当采样频率与被测信号频率存在类倍数关系时，将导致采样失真严重，无法准确测量；(2)采样频率值对信号采样的影响缺少量的衡量等。因此，实际采样信号采集过程中，采样频率应根据被测模拟量的变化动态以及测量需求决定。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种多频率自动切换的采样方法及装置，旨在解决现有以固定采样频率进行AD采样的缺陷。
一方面，本发明公开了一种多频率自动切换的采样方法，实时分析周期信号并切换合适的采样频率进行AD采样，包括以下步骤：
步骤a：预设周期信号采样有效值的准确度；
步骤b：设置3个或以上的采样频率点以实现全频段信号采样均符合所述准确度；
步骤b：接收被测周期信号源输出的周期信号；
步骤c：实时提取所述周期信号的信号频率，分析并匹配合适的采样频率点进行AD采样；
步骤d：对所述AD采样的结果进行计算分析。
采用固定某一采样频率进行采样，均容易导致采样失真，较难实现准确测量。每个采样频率均有其合适的采样频段，并不能覆盖整个采样频段。因此，以满足全采样频段的采样均符合预设的准确度为目的，预先设置3个或以上的采样频率点最为关键。即每个采样频率点在其合适的采样频段分布均符合预设的准确度要求，同时此3个或以上的采样频率点可覆盖整个采样频段。实际测量过程中，接收被测周期信号源输出的信号，并实时分析信号频率，根据每个不同采样频率点所适合的不同采样频段，匹配合适的采样频率点进行采样，实现信号在预设准确值内的准确测量。
作为一种技术方法，所述的步骤b还包括以下步骤：
b01：建立模拟信号源，模拟产生周期信号；
b02：预设采样频率点：预设采样频段（fSL，fSH），控制采样频率在所述预设采样频段内以步进λ（Hz），形成一系列预设采样频率点fn，其中fn=fSL+nλ（n=0,1,2,3……），并依次采集所述模拟信号源模拟产生的周期信号；
b03：获取合格频段分布：根据步骤a预设周期信号采样有效值的准确度的限制，对所述采集结果进行分析，得到一系列所述预设采样频率点的符合准确度要求的频段分布；
b04：获取采样频率点：以全频段分布均符合准确度要求为目的，选取3个或以上的采样频率点；
具体的，建立模拟信号源，模拟产生周期信号；预设采样频段（fSL，fSH），控制步进λ，形成一系列的采样频率点fn=fSL+nλ（n=0,1,2,3……）；依次将每个采样频率点去采集模拟信号源产生的周期信号，并根据采样结果的有效值符合设定的准确度为准则，获得这一系列每个采样频率点的符合准确度要求的频段分布，同时并删选出3个或以上的合格采样频率点，使得在整个频段范围内均有符合准确度要求的采样频率点可进行采样。模拟信号源产生的周期信号与实测的周期信号并无特征关联需求，同为周期信号即可。
进一步的，所述的步骤b01中的周期信号为正弦波周期信号或方波周期信号或三角波周期信号。
另一方面，本发明还公开了一种多频率自动切换的精准采样装置，包括：
CPU中央处理器，内设3个或以上的采样频率点，用于实现多频率自动切换；
频率测量模块，用于测量被测周期信号源输出的周期信号，获取所述被测周期信号源频率信息并输送给所述CPU中央处理器；
AD数据采集模块，用于采集所述被测周期信号源输出的周期信号；
具体的，CPU中央处理器内设有3个或以上的采样频率点，以实现全频段周期信号采样均符合准确度要求，且内含有多频率自动切换的相关算法；频率测量模块测量被测周期信号源输出的周期信号，并将获取的频率信息输送给CPU中央处理器；CPU中央处理器根据获取的频率信息通过多频率自动切换的相关算法选取合适的采样频率点控制 AD数据采集模块进行数据采集。
作为一种技术方案，包括FPGA现场可编程逻辑器，用于接收所述CPU中央处理器确定的采样频率信息，且控制所述AD数据采集模块进行数据采样，并将所述AD数据采集模块采集的数据传输给所述CPU中央处理器。
具体的，加入FPGA现场可编程逻辑器，更易实现多通道并行高速采样。
作为一种技术方案，所述的AD数据采集模块为12bit或16bit或18bit或24bit的AD转换芯片。
具体的，AD转换芯片的选择可根据精度需求的不同进行调整。
作为一种技术方案，所述的CPU中央处理器为ARM处理器或DSP处理器。
具体的，根据实际选择合适的CPU中央处理器，其中DSP处理器数字运算能力较强。
作为一种技术方案，所述的频率测量模块包括运算放大器和比较器。
具体的，频率测量模块中采用运算放大器对信号进行缩放处理，并结合比较器将信号转换为数字信号。
作为一种技术方案，所述的频率测量模块还包括滤波处理装置。
具体的，频率测量模块内的滤波处理装置可有效去除干扰噪声，使频率测量模块测得的被测周期信号源的频率信息更为准确。
附图说明
附图1为本发明实施例的多频率自动切换的采样方法的示意图；
附图2为本发明实施例的3个或以上的采样频率点的符合准确度要求的频段分布；
附图3为本发明实施例的一种多频率自动切换的精准采样装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步说明，此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不仅限于以下实施例。
本发明提供的一种多频率自动切换的采样方法的实施例，如图1，2所示，包括。
多频率自动切换的采样方法包括以下步骤：
（1）建立模拟信号源并产生周期信号；
（2）预设频段范围，控制频率步进获取一系列采样频率点并依次采集模拟信号源产生的周期信号；
（3）根据预设的准确度限值，得到一系列采样频率点的符合准确度要求的频段分布；
（4）以覆盖全频段分布为目的，获得3个或以上采样频率点并将其设置为可选择的实际采样的采样频率点；
（5）实时提取被测周期信号源频率并分析，匹配并切换合适的采样频率点进行采样；
（6）对采样结果进行计算分析。
图2示例性示出了本发明实施例的3个或以上的采样频率点的符合准确度要求的频段分布。实际操作过程中，获取3个或以上采样频率点的过程具体包括：建立模拟信号源，用于模拟产生周期信号；预设采样频段并形成一系列的采样频率点，依次将每个采样频率点去采集模拟信号源产生的周期信号，并根据采样结果的有效值符合设定的准确度为准则，获得这一系列每个采样频率点的符合准确度要求的频段分布。如图2所示，每个采样频率点的符合准确度要求的频段分布均不同，需以全频段分布均符合准确度要求为目的，选取3个或以上的采样频率点（频率A，频率B，频率C……）。以fa~ff的采样频段范围为例，fd~fe频段内，频率A不符合准确度要求；fa~fc频段内，频率B不符合准确度要求；fa~fb和fe~ff频段内，频率C不符合准确度要求。因此，如对fa~ff频段进行采样，需不断切换并选择合适采样频率点进行采样：其中在fa~fb频段范围内，需切换选择频率A进行采样；在fb~fc频段范围内，频率A和频率B均可以被选择进行采样；在fc~fd频段范围内，频率A、频率B和频率C均可以被选择进行采样；在fd~fe频段范围内，只有频率B和频率C可被选择进行采样；在fe~ff频段范围内，仅频率A和频率B可以被选择进行采样。
图3示例性示出了本发明实施例的一种多频率自动切换的采样装置的结构示意图。
基于相同构思，本发明实施例提供的一种多频率自动切换的采样装置，用于执行上述方法，如图3所示，包括CPU中央处理器301、频率测量模块302、FPGA现场可编程逻辑器303，AD数据采集模块304，其中：
CPU中央处理器301，内设3个或以上的采样频率点，以实现全频段周期信号采样均符合准确度要求；
频率测量模块302，用于测量被测周期信号源输入的周期信号，获取周期信号的频率信息并传送至CPU中央处理器301；
FPGA现场可编程逻辑器303，用于接收CPU中央处理器301按照多频率自动切换的采样方法确定的采样频率信息，并控制AD数据采集模块304对被测周期信号源输入的周期信号进行实时高速采样。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但本领域技术人员应当理解，以上实施例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域技术人员应当理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种多频率自动切换的采样方法，其特征在于，实时分析周期信号并切换合适的采样频率进行AD采样，包括以下步骤：
步骤a：预设周期信号采样有效值的准确度；
步骤b：设置3个或以上的采样频率点以实现全频段信号采样均符合所述准确度；
步骤c：接收被测周期信号源输出的周期信号；
步骤d：实时提取所述周期信号的信号频率，分析并匹配合适的采样频率点进行AD采样；
步骤e：对所述AD采样的结果进行计算分析。
2.如权利要求1所述的多频率自动切换的采样方法，其特征在于，所述的步骤b还包括以下步骤：
b01：建立模拟信号源，模拟产生周期信号；
b02：预设采样频率点：预设采样频段（fSL，fSH），控制采样频率在所述预设采样频段内以步进λ（Hz），形成一系列预设采样频率点fn，其中fn=fSL+nλ（n=0,1,2,3……），并依次采集所述模拟信号源模拟产生的周期信号；
b03：获取合格频段分布：根据步骤a预设周期信号采样有效值的准确度的限制，对所述采集结果进行分析，得到一系列所述预设采样频率点的符合准确度要求的频段分布；
b04：获取采样频率点：以全频段分布均符合准确度要求为目的，选取3个或以上的采样频率点。
3.如权利要求2所述的多频率自动切换的采样方法，其特征在于，所述的步骤b01中的周期信号为正弦波周期信号或方波周期信号或三角波周期信号。
4.一种多频率自动切换的采样装置，其特征在于，包括：
CPU中央处理器，内设3个或以上的采样频率点，用于实现多频率自动切换；
频率测量模块，用于测量被测周期信号源输出的周期信号，获取所述被测周期信号源频率信息并输送给所述CPU中央处理器；
AD数据采集模块，用于采集所述被测周期信号源输出的周期信号。
5.如权利要求4所述的一种多频率自动切换的采样装置，其特征在于，包括FPGA现场可编程逻辑器，用于接收所述CPU中央处理器确定的采样频率信息，且控制所述AD数据采集模块进行数据采样，并将所述AD数据采集模块采集的数据传输给所述CPU中央处理器。
6.如权利要求4所述的一种多频率自动切换的采样装置，其特征在于，所述的AD数据采集模块为12bit或16bit或18bit或24bit的AD转换芯片。
7.如权利要求4所述的一种多频率自动切换的采样装置，其特征在于，所述的CPU为ARM处理器或DSP处理器。
8.如权利要求4所述的一种多频率自动切换的采样装置，其特征在于，所述的频率测量模块包括运算放大器和比较器。
9.如权利要求4所述的一种多频率自动切换的采样装置，其特征在于，所述的频率测量模块还包括滤波处理装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112102594A (zh) * 2020-10-13 2020-12-18 江西理工大学 一种即时型岩爆的监测预警系统及方法
WO2023134111A1 (zh) * 2022-01-12 2023-07-20 苏州浪潮智能科技有限公司 一种信号电压检测方法、系统、设备及服务器

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