CN112362964A - 一种电压频率测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电压频率测量装置及方法，电压频率测量装置包括：信号接收模块，信号接收模块用于接收待测电压信号；检测模块，检测模块包括比较单元和时钟单元；比较单元用于比较待测电压信号与预设电压值的大小关系；时钟单元用于记录待测电压信号与预设电压值的大小关系发生变化的时间值；数据处理模块，数据处理模块用于根据时间值计算待测电压信号的频率。本发明实施例提供的电压频率测量装置在测量电压频率方面方法简单，计算速度快。

Description

一种电压频率测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电力领域，尤其是涉及一种电压频率测量装置及方法。

背景技术

电力系统中，经常需要测量交流电压的频率。电压频率的测量有着众多的用途，例如电波载波通信中通过获取电压频率来监视电波载波所携带的信号。在电子仪器中，通过测量电压频率来找出电子仪器故障点。

目前关于电压频率的测量方法多样，不同频段和精度的电压频率测量设备众多，但现有技术中的电压测量装置价格昂贵且电压频率测量方法复杂。

发明内容

本发明实施例提供一种电压频率测量装置及方法，以使测量电压频率的方法简单，计算速度快。

第一方面，本发明实施例提供一种电压频率测量装置，包括：信号接收模块，所述信号接收模块用于接收待测电压信号；检测模块，所述检测模块包括比较单元和时钟单元；所述比较单元用于比较所述待测电压信号与预设电压值的大小关系；所述时钟单元用于记录所述待测电压信号与所述预设电压值的大小关系发生变化的时间值；数据处理模块，所述数据处理模块用于根据所述时间值计算所述待测电压信号的频率。

可选的，本发明实施例提供一种电压频率测量装置还包括：信号处理模块，所述信号处理模块用于对所述待测电压信号进行滤波，将滤波后的电压信号记为第一电压信号；

分压模块，所述分压模块用于对所述第一电压信号的电压幅值进行调节，将调节后的所述第一电压信号记为第二电压信号；

电压转换模块，所述电压转换模块用于将所述第二电压信号转化为设定范围电压值，将转换后的所述第二电压信号记为第三电压信号；以及，所述比较单元用于比较所述第三电压信号与所述预设电压值的大小关系。

可选的，所述检测模块还包括统计单元；所述统计单元用于记录所述待测电压信号由大于所述预设电压值转换到小于所述预设电压值的次数或所述待测电压信号由小于所述预设电压值转换到大于所述预设电压值的次数。

可选的，所述时钟单元包括第一时钟子单元和第二时钟子单元，所述第一时钟子单元用于记录所述待测电压信号大于所述预设电压值的时间值，记为第一时间值，还用于记录所述待测电压信号小于所述预设电压值的时间值，记为第二时间值。

可选的，所述检测模块还包括复位单元，所述复位单元用于在所述待测电压信号由大于所述预设电压值转换到小于所述预设电压值或所述待测电压信号由小于所述预设电压值转换到大于所述预设电压值时，重新启动所述时钟单元。

可选的，所述检测模块为单片机；所述数据处理模块为计算机；

所述电压频率检测装置还包括：通信模块，所述通信模块用于所述单片机与所述计算机之间的数据通信，将所述单片机生成的时间值发送给所述计算机。

第二方面，本发明实施例还提供一种电压频率测量方法，该电压频率的测量方法可以采用本发明任意实施例提供的电压频率测量装置，该方法包括：

接收待测电压信号；

比较所述待测电压信号与预设电压值的大小关系；

记录所述待测电压信号与所述预设电压值的大小关系发生变化的时间值；

根据所述时间值计算所述待测电压信号的频率。

可选的，在比较所述待测电压信号与预设电压值的大小关系之前，还包括：

对所述待测电压信号进行滤波，将滤波后的电压信号记为第一电压信号；

对所述第一电压信号的电压幅值进行调节，将调节后的所述第一电压信号记为第二电压信号；

将所述第二电压信号转化为设定范围电压值，将转换后的所述第二电压信号记为第三电压信号，以及，比较所述第三电压信号与所述预设电压值的大小关系。

可选的，记录所述待测电压信号与所述预设电压值的大小关系发生变化的时间值，包括：

记录所述待测电压信号由大于所述预设电压值转换到小于所述预设电压值的次数或所述待测电压信号由小于所述预设电压值转换到大于所述预设电压值的次数。

可选的，记录所述待测电压信号与所述预设电压值的大小关系发生变化的时间值，还包括：记录所述待测电压信号大于所述预设电压值的时间值，记为第一时间值，还用于记录所述待测电压信号小于所述预设电压值的时间值，记为第二时间值。

本发明实施例提供电压频率测量装置中的检测模块检测待测电压信号大于预设电压值的时间值和小于预设电压值的时间值，并将时间值传输到数据处理模块，数据处理模块对时间值进行处理，计算出待测电压信号的频率。由此可见，本发明实施例仅需记录待测电压信号与预设电压值的大小关系发生变化的离散时间值，并对记录的时间值进行处理和计算。因此，本发明实施例的计算逻辑简单，计算速度较快。以及，本发明实施例不仅适用于连续性的电压信号的频率测量，还可以应用于非连续性的电压信号的频率测量，适应范围更广。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种电压频率测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种电压频率测量装置的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种电压频率测量方法流程图；

图4为本发明实施例四提供的一种电压频率方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。

实施例一

本发明实施例一提供了一种电压频率测量装置，该电压频率测量装置可应用于交流正弦电压信号的频率测量。图1为本发明实施例一提供的一种电压频率测量装置的结构示意图，参考图1，本发明实施例提供的电压频率测量装置，包括：信号接收模块110、检测模块150、数据处理模块160。信号接收模块110用于接收待测电压信号；检测模块150包括比较单元和时钟单元；比较单元用于比较待测电压信号与预设电压值的大小关系；时钟单元用于记录待测电压信号与预设电压值的大小关系发生变化的时间值；数据处理模块160用于根据时间值计算待测电压信号的频率。

示例性的，该电压频率测量装置进行电压频率测量的原理为，检测模块150中的比较模块将待测电压信号与预设电压值进行比较，当待测电压信号大于预设电压值时，检测模块150中的时钟单元记录待测电压信号大于预设电压值的时间值，当待测电压信号由大于预设电压值转到小于预设电压值时，检测模块150中的时钟单元重新归零，并开始记录待测电压信号小于预设电压的时间值，依次往复进行记录，并将记录的时间值传递给数据处理模块160，数据处理模块160对接收的时间值进行处理后计算出待测电压信号的频率。

本发明实施例提供电压频率测量装置中的检测模块150检测待测电压信号大于预设电压值的时间值和小于预设电压值的时间值，并将时间值传输到数据处理模块，数据处理模块160对时间值进行处理，计算出待测电压信号的频率。由此可见，本发明实施例仅需记录待测电压信号与预设电压值的大小关系发生变化的离散时间值，并对记录的时间值进行处理和计算。因此，本发明实施例的计算逻辑简单，计算速度较快。以及，本发明实施例不仅适用于连续性的电压信号的频率测量，还可以应用于非连续性的电压信号的频率测量，适应范围更广。

实施例二

可选的，图2为本发明实施例二提供的一种电压频率测量装置的结构示意图，参考图2，本发明实施例提供一种电压频率测量装置还包括：信号处理模块120，信号处理模块120用于对待测电压信号进行滤波，将滤波后的电压信号记为第一电压信号；分压模块130，分压模块130用于对第一电压信号的电压幅值进行调节，将调节后的第一电压信号记为第二电压信号；电压转换模块140，电压转换模块140用于将第二电压信号转化为设定范围电压值，将转换后的第二电压信号记为第三电压信号；以及，比较单元用于比较第三电压信号与预设电压值的大小关系。

其中，信号接收模块110与信号处理模块120连接，信号处理模块120与分压模块连接130，分压模块130与电压转换模块140连接，电压转换模块140与检测模块150连接。分压模块130包括电阻，电阻是可调的，用于调节第一电压信号的电压幅值。

示例性地，该电压频率测量装置的工作原理为，信号接收模块110将接收的待测电压信号传输至信号处理模块120，信号处理模块120对待测电压信号进行滤波处理，将滤波后的电压信号记为第一电压信号，然后将第一电压信号传输至分压模块130，分压模块130将第一电压信号的电压幅值降低，将降低后的第一电压信号记为第二电压信号，并将第二电压信号传输至电压转换模块140，电压转换模块140使第二电压信号的电压幅值在0～5V波动，将改变第二电压信号的幅值记为第三电压信号，并将第三电压信号传输至检测模块150，检测模块150将第三电压信号与预设电压值进行比较。

可选的，检测模块还包括统计单元；统计单元用于记录待测电压信号由大于预设电压值转换到小于预设电压值的次数或待测电压信号由小于预设电压值转换到大于预设电压值的次数。

示例性的，检测模块的工作原理为，当检测模块检测到待测电压信号大于预设电压值，接着待测电压信号变化到小于预设电压值，此时统计单元统计的统计次数为1，接着待测电压信号又变化到大于预设电压值，又由大于转换到小于预设电压值，此时统计单元的统计次数为2，依次往复计数。换言之，初始时信号接收模块接收的待测电压信号大于预设电压值，那么待测电压信号由大于预设电压值转换到小于预设电压值时，统计单元的统计次数加1。

可选的，时钟单元包括第一时钟子单元和第二时钟子单元，第一时钟子单元用于记录待测电压信号大于预设电压值的时间值，记为第一时间值，还用于记录待测电压信号小于预设电压值的时间值，记为第二时间值。

示例性的，该电压频率测量装置的工作原理为，检测模块接收到的信号为正弦电压信号，初始时当信号接收模块接收的待测电压信号大于预设电压值，第一时钟子单元启动，将待测电压信号大于预设电压值的时间值记为t1并将第一时钟子单元复位，接着待测电压信号又小于预设电压值，第二时钟子单元启动，将待测电压信号小于预设电压值的时间值记为t2并将第二时钟子单元复位，接着待测电压信号又大于预设电压值，第一时钟子单元启动，将待测电压信号大于预设电压值的时间值记为t3并将第一时钟子单元复位，接着待测电压信号又小于预设电压值，第二时钟子单元启动，将待测电压信号小于预设电压值的时间值记为t4并将第二时钟子单元复位，依次往后记录。在本实施例中将t1和t3记为第一时间值，将t2和t4记为第二时间值。

可选的，检测模块还包括复位单元，复位单元用于在待测电压信号由大于预设电压值转换到小于预设电压值或待测电压信号由小于预设电压值转换到大于预设电压值时，重新启动时钟单元。

示例性的，该检测模块的工作原理为，第一时钟子单元记录完t1，将t1发送给数据处理模块之后，第一时钟子单元复位，等待下次记录待测电压信号大于预设电压值时再重新启动。第二时钟子单元记录完t2，将t2发送给数据处理模块，第二时钟子单元复位，等待下次记录待测电压信号小于预设电压值时再重新启动。

在上述各技术方案的基础上，可选的，继续参考图2，检测模块150为单片机；数据处理模块160为计算机；电压频率检测装置还包括：通信模块170，通信模块170用于单片机与计算机之间的数据通信，将单片机生成的时间值发送给计算机。其中，通信模块170例如可以是串口转WiFi模块，以实现单片机与计算机的无线连接。通信模块170还可以是光纤连接模块，以实现单片机和计算机的网线连接。

本发明实施例设置检测模块150为单片机，单片机的成本较低；数据处理模块160为计算机，且通过通信模块连接单片机和计算机，从而无需重新采购计算机，可以采用既有的计算机对数据进行处理，因此，电压频率测量装置整体的成本较低。

具体的，该电压频率测量装置的工作原理为，单片机用于记录待测电压信号大于预设电压值的时间值和待测电压信号小于预设电压信号的时间值，并将时间值依次传输给计算机，计算机将时间值依次排列。示例性的，单片机将记录的时间值依次为n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7、n8、n9、n10、…，计算机接收到这些时间值后依次排序并检测到n1＝n5＝n9…，n2＝n6＝n10…，n3＝n7…，n4＝n8…，此时计算机可以判断出待测电压信号的周期T＝n1+n2+n3+n4，由此可以计算出待测电压信号的频率f＝1/T。

可选的，继续参考图2，本发明实施例提供的电压频率测量装置还包括电源模块180；所述电源模块180用于为信号接收模块110、信号处理模块120、分压模块130、电压转换模块140、检测模块150、通讯模块170和数据处理模块160供电。

其中，电源模块180分别与信号接收模块110、信号处理模块120、分压模块130、电压转换模块140、检测模块150、通讯模块170和数据处理模块160连接，为信号接收模块110、信号处理模块120、分压模块130、电压转换模块140、检测模块150、通讯模块170和数据处理模块160提供充足的电源。

实施例三

本发明实施例三提供了一种电压频率测量方法，该方法可以应用本发明任意实施例所提供的电压频率测量装置。图3为本发明实施例三提供的一种电压频率测量方法流程图，本发明实施例还提供一种电压频率测量方法，参考图3，该方法包括：

步骤310、接收待测电压信号；

步骤320、比较待测电压信号与预设电压值的大小关系；

步骤330、记录待测电压信号与预设电压值的大小关系发生变化的时间值；根据时间值计算待测电压信号的频率。

本发明实施例提供电压频率测量方法应用可以在本发明任意实施例提供的电压频率测量装置上。电压频率测量方法中使检测模块记录待测电压信号与预设电压值的大小关系发生变化的时间值，并将时间值传输至数据处理模块，数据处理模块通过对时间值进行处理和计算。通过本发明实施例提供的电压频率测量方法测量出电压信号的频率，可以使待测电压频率的计算方法简单，计算速度较快。

需要说明的是，在上述技术方案中，待测电压信号可以是原始电压信号，也可以是经过处理后的电压信号。

可选的，在比较待测电压信号与预设电压值的大小关系之前，还包括：

对待测电压信号进行滤波，将滤波后的电压信号记为第一电压信号；

对第一电压信号的电压幅值进行调节，将调节后的第一电压信号记为第二电压信号；

将第二电压信号转化为设定范围电压值，将转换后的第二电压信号记为第三电压信号，以及，比较第三电压信号与预设电压值的大小关系。

其中，对待测电压信号进行滤波可以去除待测电压信号中的一些杂波，避免这些杂波对测量结果的干扰。此外，对第一电压信号的电压幅值进行调节，可以降低第一电压信号的幅值，从而降低电压测量装置的功耗。将第二电压信号转化为设定范围的电压值以使第三电压信号可以在检测模块能接收的电压范围内。

可选的，记录待测电压信号与预设电压值的大小关系发生变化的时间值，包括：

记录待测电压信号由大于预设电压值转换到小于预设电压值的次数或待测电压信号由小于预设电压值转换到大于预设电压值的次数。

这样设置的原因在于可以根据实际情况接收测试待测电压信号的数量，当所记录的次数达到设定次数时，信号接收模块将不再接收待测电压信号，从而节省测试时间。

可选的，记录待测电压信号与预设电压值的大小关系发生变化的时间值，还包括：记录待测电压信号大于预设电压值的时间值，记为第一时间值，还用于记录待测电压信号小于预设电压值的时间值，记为第二时间值。

这样设置，能够使第一时钟子单元和第二时钟子单元分阶段工作，第一时钟子单元只记录待测电压信号大于预设电压值的时间值，第二时钟子单元只记录待测电压信号小于预设电压值的时间值，从而保证时钟单元记录时间值的准确性。

本实施例提供的电压频率测量方法与本发明任意实施例提供的电压频率测量装置属于相同的发明构思，具有相应的有益效果，未在本实施例详尽的技术细节，详尽本发明任意实施例提供的电压频率测量装置。

实施例四

在实施例三的基础上，本发明实施例四对电压频率测量方法进行了进一步的细化，该方法可以应用本发明任意实施例所提供的电压频率测量装置。图4为本发明实施例四提供的一种电压频率方法流程示意图，在本发明实施例中将待测电压信号记为U_t，预设电压值记为U₀，将第一时间值记为T₁，将第二时间值记为T₂，统计单元统计的次数记为N，循环次数记为m，m在电压频率测量装置中是可以设定的，本实施例中设定m＝100。本实施例中以执行步骤初始时待测电压信号U_t大于预设电压值U₀为例进行说明。

参考图4，该方法包括以下步骤：

步骤210、检测模块接收到待测电压信号；

步骤220、启动时钟单元，令N＝0，m＝100；

步骤230、判断U_t＝U₀；如果U_t＝U₀则继续执行步骤230，否则执行步骤240；

步骤240、判断U_t>U₀。如果U_t>U₀，则执行步骤250，否则继续执行步骤240；

步骤250、将时钟单元记录的时间T₁发送给计算机，时钟单元复位；

步骤260、启动时钟单元；

步骤270、判断U_t<U₀。如果U_t<U₀，则执行步骤280，否则继续执行步骤270；

步骤280、将时钟单元记录的时间T₂发送给计算机，时钟单元复位；

步骤290、判断N>m。如果N>m，则执行步骤291，否则执行步骤292；

步骤291、计算机计算待测电压的频率；

步骤292、N＝N+1。

通过本发明实施例提供的电压频率测量方法测量出电压信号的频率，在实际应用中仅需记录待测电压信号与预设电压值的大小关系发生变化的离散时间值，并对记录的时间值进行处理和计算。因此，本发明实施例的计算逻辑简单，计算速度较快。以及，本发明实施例不仅适用于连续性的电压信号的频率测量，还可以应用于非连续性的电压信号的频率测量，适应范围更广。此外，本实施例提供的电压频率测量方法可以通过单片机和现成的计算机实现，从而降低电压频率测量装置的成本。

注意，上述仅为本发明实施例的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明实施例不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明实施例的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明实施例进行了较为详细的说明，但是本发明实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明实施例构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明实施例的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电压频率测量装置，其特征在于，包括：

信号接收模块，所述信号接收模块用于接收待测电压信号；

检测模块，所述检测模块包括比较单元和时钟单元；所述比较单元用于比较所述待测电压信号与预设电压值的大小关系；所述时钟单元用于记录所述待测电压信号与所述预设电压值的大小关系发生变化的时间值；

数据处理模块，所述数据处理模块用于根据所述时间值计算所述待测电压信号的频率。

2.根据权利要求1所述的电压频率测量装置，其特征在于，还包括：

信号处理模块，所述信号处理模块用于对所述待测电压信号进行滤波，将滤波后的电压信号记为第一电压信号；

分压模块，所述分压模块用于对所述第一电压信号的电压幅值进行调节，将调节后的所述第一电压信号记为第二电压信号；

电压转换模块，所述电压转换模块用于将所述第二电压信号转化为设定范围电压值，将转换后的所述第二电压信号记为第三电压信号；以及，所述比较单元用于比较所述第三电压信号与所述预设电压值的大小关系。

3.根据权利要求1所述的电压频率测量装置，其特征在于，所述检测模块还包括统计单元；所述统计单元用于记录所述待测电压信号由大于所述预设电压值转换到小于所述预设电压值的次数或所述待测电压信号由小于所述预设电压值转换到大于所述预设电压值的次数。

4.根据权利要求1所述的电压频率测量装置，其特征在于，所述时钟单元包括第一时钟子单元和第二时钟子单元，所述第一时钟子单元用于记录所述待测电压信号大于所述预设电压值的时间值，记为第一时间值，还用于记录所述待测电压信号小于所述预设电压值的时间值，记为第二时间值。

5.根据权利要求4所述的电压频率测量装置，其特征在于，所述检测模块还包括复位单元，所述复位单元用于在所述待测电压信号由大于所述预设电压值转换到小于所述预设电压值或所述待测电压信号由小于所述预设电压值转换到大于所述预设电压值时，重新启动所述时钟单元。

6.根据权利要求1所述的电压频率测量装置，其特征在于，所述检测模块为单片机；所述数据处理模块为计算机；

所述电压频率检测装置还包括：通信模块，所述通信模块用于所述单片机与所述计算机之间的数据通信，将所述单片机生成的时间值发送给所述计算机。

7.一种电压频率测量方法，其特征在于，包括：

接收待测电压信号；

比较所述待测电压信号与预设电压值的大小关系；

记录所述待测电压信号与所述预设电压值的大小关系发生变化的时间值；

根据所述时间值计算所述待测电压信号的频率。

8.根据权利要求7所述的电压频率测量方法，其特征在于，在比较所述待测电压信号与预设电压值的大小关系之前，还包括：

对所述待测电压信号进行滤波，将滤波后的电压信号记为第一电压信号；

对所述第一电压信号的电压幅值进行调节，将调节后的所述第一电压信号记为第二电压信号；

将所述第二电压信号转化为设定范围电压值，将转换后的所述第二电压信号记为第三电压信号，以及，比较所述第三电压信号与所述预设电压值的大小关系。

9.根据权利要求7所述的电压频率测量方法，其特征在于，记录所述待测电压信号与所述预设电压值的大小关系发生变化的时间值，包括：

记录所述待测电压信号由大于所述预设电压值转换到小于所述预设电压值的次数或所述待测电压信号由小于所述预设电压值转换到大于所述预设电压值的次数。

10.根据权利要求7所述的电压频率测量方法，其特征在于，记录所述待测电压信号与所述预设电压值的大小关系发生变化的时间值，还包括：

记录所述待测电压信号大于所述预设电压值的时间值，记为第一时间值，还用于记录所述待测电压信号小于所述预设电压值的时间值，记为第二时间值。

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