CN113484565B - 用于校准低频交流信号的直流信号生成装置及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低频交流信号幅值校准技术领域，是一种用于校准低频交流信号的直流信号生成装置及校准方法，其前者包括电压模块、电流模块和处理显示模块；电压模块用于输出校准电压信号。本发明结构简单，使用方便，通过设置直流源信号装置输出校准电压信号和校准电流信号至被检设备，被检设备进行处理得到校准电压信号计算值和校准电流信号计算值，并与校准电压信号和校准电流信号进行比较，当校准电压信号计算值和校准电流信号计算值与校准电压信号和校准电流信号相同，则被检设备校准完成，由此即保证了采样的一致性，又不需要直流源信号装置具有同步输出功能，不会影响采样的精度，提高了被检设备低频交流信号幅值校准的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及低频交流信号幅值校准技术领域，是一种用于校准低频交流信号的直流信号生成装置及校准方法。
背景技术
现有低频幅值校准如图3所示，一般采用同步采样的方式，使用高等级的交流信号源输入与当前所校频率点同频的信号来校准，交流信号源会输出一个和当前输出信号同频的方波脉冲，被检设备用该方波脉冲信号作锁相环时钟交流信号校准采用的是计算有效值的方法来确定的，在一个采样周期内采集一定数量的离散点，并通过如下的有效值计算公式来确定输入信号的有效值：
这种使用交流信号源校准的低频交流信号幅值的方法，不仅不能保证采样的一致性，同时还要求交流信号源具有同步输出功能，否则会影响采用精度，从而导致低频交流信号幅值的校准不准确。
发明内容
本发明提供了一种用于校准低频交流信号的直流信号生成装置及校准方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有使用低频交流信号幅值校准的方式存在的不能保证采样数据一致性，导致低频交流信号校准不准确的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种用于校准低频交流信号的直流信号生成装置，包括电压模块、电流模块和处理显示模块；
电压模块用于输出校准电压信号；
电流模块用于输出校准电流信号；
处理显示模块控制电压模块和电流模块输出校准需要的校准电压信号和校准电流信号。
下面是对上述发明技术方案之一的进一步优化或/和改进：
上述电压模块可包括电压功放模块、电压输出模块和电压测量模块；
电压功放模块用于实时输出电压信号；
电压测量模块对电压信号进行测量并输出至处理显示模块，同时电压测量模块输出处理显示模块输出的用于调节电压功放模块输出电压信号的电压控制信号；
电压输出模块输出校准电压信号，其中校准电压信号为经处理显示模块调节后电压功放模块输出的电压信号。
上述电流模块可包括电流功放模块、电流输出模块和电流测量模块；
电流功放模块用于实时输出电流信号；
电流测量模块对电流信号进行测量并输出至处理显示模块，同时电流测量模块输出处理显示模块输出的用于调节电流功放模块输出电流信号的电流控制信号；
电流输出模块输出校准电流信号，其中校准电流信号为经处理显示模块调节后电流功放模块输出的电流信号。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种用于校准低频交流信号的校准方法，包括：
电压模块和电流模块均与被检设备连接；
处理显示模块控制电压模块与电流模块输出校准所需的校准电压信号与校准电流信号至被检设备；
被检设备接收校准电压信号/校准电流信号，将校准电压信号/校准电流信号经过模数转换后输出转换后的校准电压信号/校准电流信号，根据转换后的校准电压信号/校准电流信号计算出转换后的校准电压信号计算值/校准电流信号计算值，将校准电压信号计算值/校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号/校准电流信号进行比较，若比较得到校准电压信号计算值/校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号/校准电流信号相同，则被检设备校准完成；若比较得到校准电压信号计算值/校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号/校准电流信号不相同，则重新进行校准。
下面是对上述发明技术方案之二的进一步优化或/和改进：
上述处理显示模块控制电压模块与电流模块输出校准所需的校准电压信号与校准电流信号至被检设备，可包括：
电压功放模块/电流功放模块实时输出电压信号/电流信号至电压测量模块/电流测量模块，对电压信号/电流信号进行测量并输出至处理显示模块，同时电压测量模块/电流测量模块输出处理显示模块输出的用于调节电压功放模块/电流功放模块输出电压信号/电流信号的电压控制信号/电流控制信号至电压功放模块/电流功放模块，电压功放模块/电流功放模块输出经处理显示模块调节后的校准电压信号/校准电流信号至电压输出模块/电流输出模块，电压输出模块/电流输出模块输出该校准电压信号/校准电流信号至被检设备。
本发明结构简单，使用方便，通过设置直流源信号装置输出校准电压信号和校准电流信号至被检设备，被检设备将校准电压信号和校准电流信号进行处理得到校准电压信号计算值和校准电流信号计算值，并将校准电压信号计算值和校准电流信号计算值与转换后的校准电压信号和校准电流信号进行比较，若比较得到校准电压信号计算值和校准电流信号计算值与转换后的校准电压信号和校准电流信号相同，则被检设备校准完成，由此即保证了采样的一致性，又不需要直流源信号装置具有同步输出功能，不会影响采样的精度，提高了被检设备低频交流信号幅值校准的准确性。
附图说明
附图1为本发明实施例一的电路结构示意图。
附图2为本发明实施例二的方法流程图。
附图3为本发明被检设备的现有电路结构示意图。
附图4为背景技术中现有低频信号幅值校准示意图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例一：如附图1所示，本发明实施例公开了一种用于校准低频交流信号的直流信号生成装置，包括电压模块、电流模块和处理显示模块；
电压模块用于输出校准电压信号；
电流模块用于输出校准电流信号；
处理显示模块控制电压模块和电流模块输出校准需要的校准电压信号和校准电流信号。
工作时，将电压模块和电流模块均与被检设备连接，具体校准过程如下：
1、电压信号校准：
处理显示模块控制电压模块输出校准需要的校准电压信号至被检设备，被检设备接收校准电压信号，并将校准电压信号经过模数转换，输出转换后的校准电压信号，并根据转换后的校准电压信号计算出转换后的校准电压信号计算值，将校准电压信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号进行比较，若比较得到校准电压信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号相同，则被检设备校准完成；若比较得到校准电压信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号不相同，则重新进行校准。
2、电流信号校准：
处理显示模块控制电流模块输出校准需要的校准电流信号至被检设备，被检设备接收校准电流信号，并将校准电流信号经过模数转换，输出转换后的校准电流信号，并根据转换后的校准电流信号计算出转换后的校准电流信号计算值，将校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电流信号进行比较，若比较得到校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电流信号相同，则被检设备校准完成；若比较得到校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电流信号不相同，则重新进行校准。
综上本发明结构简单，使用方便，通过设置直流源信号装置输出校准电压信号和校准电流信号至被检设备，被检设备将校准电压信号和校准电流信号进行处理得到校准电压信号计算值和校准电流信号计算值，并将校准电压信号计算值和校准电流信号计算值与转换后的校准电压信号和校准电流信号进行比较，若比较得到校准电压信号计算值和校准电流信号计算值与转换后的校准电压信号和校准电流信号相同，则被检设备校准完成，由此即保证了采样的一致性，又不需要直流源信号装置具有同步输出功能，不会影响采样的精度，提高了被检设备低频交流信号幅值校准的准确性。
可根据实际需要，对上述用于校准低频交流信号的直流信号生成装置作进一步优化或/和改进：
如附图1所示，电压模块包括电压功放模块、电压输出模块和电压测量模块；
电压功放模块用于实时输出电压信号；
电压测量模块对电压信号进行测量并输出至处理显示模块，同时电压测量模块输出处理显示模块输出的用于调节电压功放模块输出电压信号的电压控制信号；
电压输出模块输出校准电压信号，其中校准电压信号为经处理显示模块调节后电压功放模块输出的电压信号。
工作时，电压功放模块实时输出电压信号至电压测量模块，电压测量模块将测量的电压信号输出至处理显示模块，处理显示模块将电压信号与被检设备校准需要的电压信号进行比较，若判断出接收到的电压信号不等于校准需要的电压信号，则处理显示模块输出电压控制信号至电压功放模块，调节电压功放模块输出的电压信号；若判断出接收到的电压信号等于校准需要的电压信号，则处理显示模块控制电压功放模块输出该电压信号至电压输出模块，电压输出模块输出校准电压信号至被检设备。
如附图1所示，电流模块包括电流功放模块、电流输出模块和电流测量模块；
电流功放模块用于实时输出电流信号；
电流测量模块对电流信号进行测量并输出至处理显示模块，同时电流测量模块输出处理显示模块输出的用于调节电流功放模块输出电流信号的电流控制信号；
电流输出模块输出校准电流信号，其中校准电流信号为经处理显示模块调节后电流功放模块输出的电流信号。
工作时，电流功放模块实时输出电流信号至电流测量模块，电流测量模块将测量的电流信号输出至处理显示模块，处理显示模块将电流信号与被检设备校准需要的电流信号进行比较，若判断出接收到的电流信号不等于校准需要的电流信号，则处理显示模块输出电流控制信号至电流功放模块，调节电流功放模块输出的电流信号；若判断出接收到的电流信号等于校准需要的电流信号，则处理显示模块控制电流功放模块输出该电流信号至电流输出模块，电流输出模块输出校准电流信号至被检设备。
实施例二：如附图2所示，本发明实施例公开了一种用于校准低频交流信号的校准方法,包括：
S101，电压模块和电流模块均与被检设备连接；
S102，处理显示模块控制电压模块与电流模块输出校准所需的校准电压信号与校准电流信号至被检设备；
S103，被检设备接收校准电压信号/校准电流信号，将校准电压信号/校准电流信号经过模数转换后输出转换后的校准电压信号/校准电流信号，根据转换后的校准电压信号/校准电流信号计算出转换后的校准电压信号计算值/校准电流信号计算值，将校准电压信号计算值/校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号/校准电流信号进行比较，若比较得到校准电压信号计算值/校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号/校准电流信号相同，则被检设备校准完成；若比较得到校准电压信号计算值/校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号/校准电流信号不相同，则重新进行校准。
上述被检设备一般均包括信号放大器模块、模数转换模块、数字隔离器、数据存储处理模块和微处理器，被检设备获得校准电压信号或校准电流信号的具体处理过程如下：
1、被检设备进行电压信号校准：
被检设备获得校准电压信号，并通过信号放大器模块将校准电压信号放大后输出至模数转换模块转换为校准电压信号，转换后的校准电压信号经数字隔离器隔离后输出到数据存储处理模块，数据存储处理模块实现校准电压信号的缓存和预处理，并将处理后的校准电压信号输出至微处理器，微处理器进行运算得到校准电压信号计算值，具体运算过程为：
Z＝k×AD+b
上述Z为校准电压信号计算值，AD为该校准电压信号经模数转换后输出的校准电压信号。
其中，上述k和b的计算过程如下：
理想情况下，校准电压信号计算值Z与转换后的校准电压信号y是一致的，因此通过向被检设备内输入校准电压信号y1和校准电压信号y2，校准电压信号y1和校准电压信号y2经模数转换后输出校准电压信号AD1和AD2，则可得到：
y1＝k×AD1+b.............(1)
y2＝k×AD2+b.............(2)
通过上述式(1)和式(2)计算得到k和b的值，即得到校准电压信号计算值Z的表达式。
由此，当被检设备接收到一个校准电压信号时，被检设备采集到该校准电压信号，并将该校准电压信号经模数转换后输出校准电压信号，通过计算得到转换后的校准电压信号计算值，将校准电压信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号进行对比，若校准电压信号计算值等于被检设备接收到的校准电压信号，则被检设备校准完成；若校准电压信号计算值不等于被检设备接收到的校准电压信号，则表示校准不准确，通过重新输入两次新的校准电压信号，重新计算k和b的值，得到一个新的校准电压信号计算值Z的表达式，进行上述校准过程，以此完成被检设备电压信号校准。
2、被检设备进行电流信号校准：
被检设备进行电流信号校准的过程与上述被检设备进行电压信号校准的过程一样，此处不再赘述。
可根据实际需要，对上述用于校准低频交流信号的校准方法作进一步优化或/和改进：
其中，处理显示模块控制电压模块与电流模块输出校准所需的校准电压信号与校准电流信号至被检设备，进一步包括：
电压功放模块/电流功放模块实时输出电压信号/电流信号至电压测量模块/电流测量模块，对电压信号/电流信号进行测量并输出至处理显示模块，同时电压测量模块/电流测量模块输出处理显示模块输出的用于调节电压功放模块/电流功放模块输出电压信号/电流信号的电压控制信号/电流控制信号至电压功放模块/电流功放模块，电压功放模块/电流功放模块输出经处理显示模块调节后的校准电压信号/校准电流信号至电压输出模块/电流输出模块，电压输出模块/电流输出模块输出该校准电压信号/校准电流信号至被检设备。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
Claims (4)
1.一种用于校准低频交流信号的校准方法，所述方法使用用于校准低频交流信号的直流信号生成装置实施，所述用于校准低频交流信号的直流信号生成装置包括电压模块、电流模块和处理显示模块，电压模块用于输出校准电压信号，电流模块用于输出校准电流信号，处理显示模块控制电压模块和电流模块输出校准需要的校准电压信号和校准电流信号，其特征在于，所述方法包括：
电压模块和电流模块均与被检设备连接；
处理显示模块控制电压模块与电流模块输出校准所需的校准电压信号与校准电流信号至被检设备；
被检设备接收校准电压信号/校准电流信号，将校准电压信号/校准电流信号经过模数转换后输出转换后的校准电压信号/校准电流信号，根据转换后的校准电压信号/校准电流信号计算出转换后的校准电压信号计算值/校准电流信号计算值，将校准电压信号计算值/校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号/校准电流信号进行比较，若比较得到校准电压信号计算值/校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号/校准电流信号相同，则被检设备校准完成；若比较得到校准电压信号计算值/校准电流信号计算值与被检设备接收到的校准电压信号/校准电流信号不相同，则重新进行校准。
2.根据权利要求1所述的用于校准低频交流信号的校准方法，其特征在于电压模块包括电压功放模块、电压输出模块和电压测量模块；
电压功放模块用于实时输出电压信号；
电压测量模块对电压信号进行测量并输出至处理显示模块，同时电压测量模块输出处理显示模块输出的用于调节电压功放模块输出电压信号的电压控制信号；
电压输出模块输出校准电压信号，其中校准电压信号为经处理显示模块调节后电压功放模块输出的电压信号。
3.根据权利要求2所述的用于校准低频交流信号的校准方法，其特征在于电流模块包括电流功放模块、电流输出模块和电流测量模块；
电流功放模块用于实时输出电流信号；
电流测量模块对电流信号进行测量并输出至处理显示模块，同时电流测量模块输出处理显示模块输出的用于调节电流功放模块输出电流信号的电流控制信号；
电流输出模块输出校准电流信号，其中校准电流信号为经处理显示模块调节后电流功放模块输出的电流信号。
4.根据权利要求3所述的用于校准低频交流信号的校准方法，其特征在于处理显示模块控制电压模块与电流模块输出校准所需的校准电压信号与校准电流信号至被检设备，包括：
电压功放模块/电流功放模块实时输出电压信号/电流信号至电压测量模块/电流测量模块，对电压信号/电流信号进行测量并输出至处理显示模块，同时电压测量模块/电流测量模块输出处理显示模块输出的用于调节电压功放模块/电流功放模块输出电压信号/电流信号的电压控制信号/电流控制信号至电压功放模块/电流功放模块，电压功放模块/电流功放模块输出经处理显示模块调节后的校准电压信号/校准电流信号至电压输出模块/电流输出模块，电压输出模块/电流输出模块输出该校准电压信号/校准电流信号至被检设备。
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