CN115102641B - 一种周期信号噪声有效值测量方法 - Google Patents

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CN115102641B CN202210505124.XA CN202210505124A CN115102641B CN 115102641 B CN115102641 B CN 115102641B CN 202210505124 A CN202210505124 A CN 202210505124A CN 115102641 B CN115102641 B CN 115102641B
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Abstract

本发明涉及一种周期信号噪声有效值测量方法，包括分别针对目标周期数字信号、目标周期模拟信号，执行信号噪声测量，通过具体设计方法，获得一系列电信号的过零点，并在一系列过零点决定的一个相对时间进行一次模数转换，由一系列模数转换结果进一步计算周期信号噪声；整个设计方法适合于测量周期信号的噪声大小，系统检测方便，硬件开销小；并且系统的抗干扰能力较强；实现起来简单合理，数据准确、可靠。

Description

一种周期信号噪声有效值测量方法
技术领域
本发明涉及一种周期信号噪声有效值测量方法，属于信号噪声测量技术领域。
背景技术
设备在接收信号的同时也会接收到噪声，这些噪声可以是任意周期的信号，包含正弦信号或者是带有谐波的周期信号。当噪声的频率和幅度达到一定程度时，就会淹没有用信号，从而使得有用信号很难解调，导致设备无法清晰准确的传递信息；为了降低噪声的干扰，需要我们实时检测信号中的噪声，并根据当前噪声情况进行相应调整；周期信号的噪声测量由于谐波的存在，目前，周期信号噪声测量是一个没有比较准确测量结果的领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种周期信号噪声有效值测量方法，采用全新策略，能够解决现有技术中周期数字信号噪声有效值测量精度不够准确、或者是测量过程中运算量过大的缺点，提高信号噪声有效值的测量效率。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种周期信号噪声有效值测量方法，用于获得目标周期信号的噪声，所述目标周期信号为目标周期数字信号，包括如下步骤：
步骤A.针对目标周期信号进行采样，获得采样信号，然后进入步骤B；
步骤B.以模拟或数字方法获取采样信号上至少两个周波均过负峰值、或者均过正峰值后的连续过零点时间序列Tz1,…,Tzk,…,TzK，K表示连续过零点时间序列中过零点时间的个数，Tzk表示连续过零点时间序列中的第k个过零点时间，然后初始化j＝K+1，并进入步骤C；
步骤C.根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，计算获得平均周期T，并进一步根据符合(0.5,1)取值范围的预设参数c，按Tsj＝Tz(j-1)+T×c，计算获得第j个过零点时间Tzj所对应的数字起始积分点时间Tsj，然后进入步骤D，其中，1<m<j，Tzj表示第j个过零点时间；
步骤D.基于采样信号上的各个采样点，选择分别与数字起始积分点时间Tsj前后相邻的两个采样点，依次构成第一待分析采样点、第二待分析采样点，并由待分析采样点对应的时间、以及待分析采样点对应的采样值，组合构成待分析采样点的坐标，然后进入步骤E；
步骤E.根据数字起始积分点时间Tsj，通过矩形插值或者梯形插值的方式，获得位于第一采样点与第二采样点之间、Tsj所对应的采样值xsj，构成数字积分开始点的坐标(Tsj,xsj)，然后初始化v＝2，以及顺序定义采样信号上第一待分析采样点、第二待分析采样点之后各个采样点为各待分析采样点，并进入步骤F；
步骤F.执行采样信号上从数字积分开始点坐标位置到第v个待分析采样点坐标位置间的数字积分操作，构成数字积分结果Sv；以及执行采样信号上从数字积分开始点坐标位置到第v+1个待分析采样点坐标位置间的数字积分操作，构成数字积分结果Sv+1，然后进入步骤G；
步骤G.判断数字积分结果Sv和数字积分结果Sv+1的乘积是否大于0，是则针对v的值进行加1更新，并返回步骤F；否则进入步骤H；
步骤H.根据从数字积分开始点到数字积分结束点的数字积分和为零这一条件，通过矩形插值或者梯形插值的方式，获得位于第v个待分析采样点与第v+1个待分析采样点之间的数字积分结束点的坐标(Tej,xej)，然后进入步骤I；
步骤I.按获得第j个过零点时间Tzj，然后进入步骤J；
步骤J.根据不大于目标周期信号周期值的预设时间常数TC，针对过零点时间Tzj，执行如下操作，获得时间Tzj+TC处的信号电压值Vj，构建或更新信号电压值序列{VK+1,…,Vj}，然后进入步骤K；
操作：获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置进行模数转换所对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置已经采样经模数转换对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上与Tzj+TC时间位置相邻、且最接近的时间位置经模数转换对应的信号电压值Vj；或者选择目标周期信号上Tzj+TC时间位置两侧的相邻时间位置分别经模数转所对应信号电压值，通过线性插值获取时间位置为Tzj+TC的信号电压值Vj；
步骤K.判断信号电压值序列{VK+1,…,Vj}的长度是否小于预设阈值n，是则进入步骤L；否则由信号电压值序列{VK+1,…,Vj}中选择最新产生的n个信号电压值，并按如下公式：
获得目标周期信号的噪声VnoisePower,j，其中，表示选取参与运算的n个信号电压值的平均值，然后进入步骤L；
步骤L.针对j的值，进行加1更新，并返回步骤C。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤C中，根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，按 计算获得平均周期T。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤A中，采用等时间间隔采样方式或者不等时间间隔采样方式，针对目标周期信号进行采样，获得采样信号。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤A中，针对目标周期信号进行整周波采样，获得采样信号。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤F中的数字积分操作为梯形积分或者矩形积分。
本发明所述一种周期信号噪声有效值测量方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
传统的零交法采用符号相反的两个连续点来确定过零点，虽然算法物理概念清晰，但是容易受谐波、噪声等的干扰，测量精度低，本发明所设计周期信号噪声有效值测量方法，针对目标周期数字信号大多数是对称的特点，根据计算得到的积分开始时间进行线形插值运算选取一个采样点PS作为积分开始点，之后进行数字积分，通过插值的方式获取一个积分结束点，使得从积分开始点到积分结束点的数字积分为零，由积分开始点的采样发生时间和积分结束点的虚拟发生时间计算电信号的零点，经过模数转换后进一步可以计算出电信号的噪声有效值，相应的噪声测量的准确度也大大提高；设计方法在进行计算时非常方便简捷，适合嵌入式系统下使用，实现起来简单合理，数据准确、可靠，有较广泛的应用前景。
同样，本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种周期信号噪声有效值测量方法，用于获得目标周期信号的噪声，所述目标周期信号为目标周期模拟信号，包括如下步骤：
步骤i.以模拟或数字方法获取采样信号上至少两个周波均过负峰值、或者均过正峰值后的连续过零点时间序列Tz1,…,Tzk,…,TzK，K表示连续过零点时间序列中过零点时间的个数，Tzk表示连续过零点时间序列中的第k个过零点时间，然后初始化j＝K+1，并进入步骤ii；
步骤ii.根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，计算获得平均周期T，并进一步根据符合(0.5,1)取值范围的预设参数c，按Tsj＝Tz(j-1)+T×c，计算获得第j个过零点时间Tzj所对应的数字起始积分点时间Tsj，然后进入步骤iii，其中，1<m<j，Tzj表示第j个过零点时间；
步骤iii.在时间Tsj之前初始化积分器使积分器输出电压回到零，并在数字起始积分点时间Tsj开始模拟积分，当积分器输出电压再次回到零时结束积分,记录积分结束点时间Tej,然后进入步骤iv；
步骤iv.按获得第j个过零点时间Tzj，然后进入步骤v；
步骤v.根据不大于目标周期信号周期值的预设时间常数TC，针对过零点时间Tzj，执行如下操作，获得时间Tzj+TC处的信号电压值Vj，构建或更新信号电压值序列{VK+1,…,Vj}，然后进入步骤vi；
操作：获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置进行模数转换所对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置已经采样经模数转换对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上与Tzj+TC时间位置相邻、且最接近的时间位置经模数转换对应的信号电压值Vj；或者选择目标周期信号上Tzj+TC时间位置两侧的相邻时间位置分别经模数转所对应信号电压值，通过线性插值获取时间位置为Tzj+TC的信号电压值Vj；
步骤vi.判断信号电压值序列{VK+1,…,Vj}的长度是否小于预设阈值n，是则进入步骤vii；否则由信号电压值序列{VK+1,…,Vj}中选择最新产生的n个信号电压值，并按如下公式：
获得目标周期信号的噪声VnoisePower,j，其中，表示选取参与运算的n个信号电压值的平均值，然后进入步骤vii；
步骤vii.针对j的值，进行加1更新，并返回步骤iii。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤ii中，根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，按 计算获得平均周期T。
作为本发明的一种优选技术方案：在分别获得数字起始积分点时间Tsj与结束点时间Tej后，根据电路延迟参数，分别针对Tsj、Tej进行校正更新。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤iii中的模拟积分采用运算放大器或者其他具有积分功能的器件来实现。
本发明所述一种周期信号噪声有效值测量方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
传统的零交法采用符号相反的两个连续点来确定过零点，虽然算法物理概念清晰，但是容易受谐波、噪声等的干扰，测量精度低；本发明所设计周期信号噪声有效值测量方法，针对目标周期模拟信号的特点，根据计算得到的积分开始时间进行模拟积分,模拟积分输出零时停止积分，由积分开始时间和积分结束时间计算电信号的零点。经过模数转换后进一步可以计算出电信号的噪声有效值，相应的噪声测量的准确度也大大提高；设计方法在进行计算时非常方便简捷，适合嵌入式系统下使用，实现起来简单合理，数据准确、可靠，有较广泛的应用前景。
附图说明
图1是计算获取积分开始点后采用矩形积分、矩形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图；
图2是计算获取积分开始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图；
图3是计算获取积分开始点后采用梯形积分、矩形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图；
图4是采用传统的过零点比较法获取两个过负峰值后的过零点，计算获取积分开始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间,从而获取第3个过零点的示意图；
图5是采用传统的过零点比较法获取两个过负峰值后的过零点，计算获取积分开始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间,获取第10、11、12个过零点的示意图；
图6是在电信号的某一个零点进行积分并计算过零点的示意图；
图7是采用传统的过零点比较法获取了两个过零点后，采用本文所述方法获取第3个过零点的示意图；
图8是被测电信号过负峰值后进行模拟积分，即一个周波积分一次并计算信号周期的示意图；
图9是被测电信号过正峰值后进行模拟积分，即一个周波积分一次并计算信号周期的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明所设计一种周期信号噪声有效值测量方法，分别针对目标周期数字信号、目标周期模拟信号，设计用于获得目标周期信号的噪声，其中，针对目标周期数字信号，设计执行如下步骤A至步骤L，获得目标周期数字信号的噪声。
步骤A.采用等时间间隔采样方式或者不等时间间隔采样方式，针对目标周期信号进行整周波采样，获得采样信号，然后进入步骤B。
步骤B.以模拟或数字方法获取采样信号上至少两个周波均过负峰值、或者均过正峰值后的连续过零点时间序列Tz1,…,Tzk,…,TzK，K表示连续过零点时间序列中过零点时间的个数，Tzk表示连续过零点时间序列中的第k个过零点时间，然后初始化j＝K+1，并进入步骤C。
步骤C.根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，计算获得平均周期T，并进一步根据符合(0.5,1)取值范围的预设参数c，按Tsj＝Tz(j-1)+T×c，计算获得第j个过零点时间Tzj所对应的数字起始积分点时间Tsj，然后进入步骤D，其中，1<m<j，Tzj表示第j个过零点时间，根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，按计算获得平均周期T；并且关于预设参数c的取值，c不宜过于接近1，如果c接近1则会使得运算时间变短，则会影响噪声测量精度。
步骤D.基于采样信号上的各个采样点，选择分别与数字起始积分点时间Tsj前后相邻的两个采样点，依次构成第一待分析采样点、第二待分析采样点，并由待分析采样点对应的时间、以及待分析采样点对应的采样值，组合构成待分析采样点的坐标，然后进入步骤E。
步骤E.根据数字起始积分点时间Tsj，通过矩形插值或者梯形插值的方式，获得位于第一采样点与第二采样点之间、Tsj所对应的采样值xsj，构成数字积分开始点的坐标(Tsj,xsj)，然后初始化v＝2，以及顺序定义采样信号上第一待分析采样点、第二待分析采样点之后各个采样点为各待分析采样点，并进入步骤F。
步骤F.执行采样信号上从数字积分开始点坐标位置到第v个待分析采样点坐标位置间的数字积分操作，构成数字积分结果Sv；以及执行采样信号上从数字积分开始点坐标位置到第v+1个待分析采样点坐标位置间的数字积分操作，构成数字积分结果Sv+1，然后进入步骤G，其中，数字积分操作为梯形积分或者矩形积分。
步骤G.判断数字积分结果Sv和数字积分结果Sv+1的乘积是否大于0，是则针对v的值进行加1更新，并返回步骤F；否则进入步骤H。
步骤H.根据从数字积分开始点到数字积分结束点的数字积分和为零这一条件，通过矩形插值或者梯形插值的方式，获得位于第v个待分析采样点与第v+1个待分析采样点之间的数字积分结束点的坐标(Tej,xej)，然后进入步骤I。
步骤I.按获得第j个过零点时间Tzj，然后进入步骤J。
步骤J.根据不大于目标周期信号周期值的预设时间常数TC，针对过零点时间Tzj，执行如下操作，获得时间Tzj+TC处的信号电压值Vj，构建或更新信号电压值序列{VK+1,…,Vj}，然后进入步骤K。
操作：获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置进行模数转换所对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置已经采样经模数转换对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上与Tzj+TC时间位置相邻、且最接近的时间位置经模数转换对应的信号电压值Vj；或者选择目标周期信号上Tzj+TC时间位置两侧的相邻时间位置分别经模数转所对应信号电压值，通过线性插值获取时间位置为Tzj+TC的信号电压值Vj。
步骤K.判断信号电压值序列{VK+1,…,Vj}的长度是否小于预设阈值n，是则进入步骤L；否则由信号电压值序列{VK+1,…,Vj}中选择最新产生的n个信号电压值，并按如下公式：
获得目标周期信号的噪声VnoisePower,j，其中，表示选取参与运算的n个信号电压值的平均值，然后进入步骤L。
步骤L.针对j的值，进行加1更新，并返回步骤C。
本方法的周期测量技术可以应用于任意周期信号，但是实施例中以正弦信号为例加以阐述。
上述设计在实际执行中，计算过零点时间的具体操作可以参见图1、图2、图3。图中的空心三角形表示积分开始点和积分结束点。图1是采用矩形积分、矩形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图。图1中从tS开始数字积分，tE是插值获取的积分结束点的虚拟发生时间，图中从tS到tE的数字积分为0。Tz是计算获取的过零点。图2是采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图。图2中从tS开始数字积分，tE是插值获取的积分结束点的虚拟发生时间，图中从tS到tE的数字积分为0。Tz是计算获取的过零点。图3是采用梯形积分、矩形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间，并获取过零点的示意图。图3中从tS开始数字积分，tE是插值获取的积分结束点的虚拟发生时间，图中从tS到tE的数字积分为0。Tz是计算获取的过零点。如果纯粹采用梯形插值法，在进行插值计算时存在计算量偏大的情况。图3在开始积分的时候采用梯形积分法，但是在进行插值运算时，采用了矩形插值的方法，这样做的目的是降低运算的复杂度。为取得较为准确的测量结果,在附图的计算中设该矩形的高度是邻近的两个采样点的平均值。TSj(即图中tS)是计算得到的积分开始时间，其计算公式是TSj＝Tz(j-1)+(Tz(j-1)-Tz(j-2))×0.89，即c＝0.89，T＝(Tz(j-1)-Tz(j-2))，推荐采用T＝(Tz(j-1)-Tz(j-3))/2。也可以采用如下方式：在计算积分开始时间时，对之前获取的过零点个数进行判断，如果之前获取的过零点只有两个，采用T＝(Tz(j-1)-Tz(j-2))；如果之前获取的过零点大于两个，也可以采用T＝(Tz(j-1)-Tz(j-3))/2。电信号过正峰值后在某一个过零点进行积分并计算过零点的示意图略。
进一步对电信号进行采样后在每一个零点附近进行计算并测量频率的图形如图4、图5。图4是采用传统的过零点比较法获取两个过负峰值后的过零点，计算获取积分开始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间,从而获取第3个过零点的示意图；图5是采用传统的过零点比较法获取两个过负峰值后的过零点，计算获取积分开始点后采用梯形积分、梯形插值的方式计算得到积分结束点的虚拟发生时间,获取第10、11、12个过零点的示意图。图4是在采用传统的过零点比较法得到了两个过零点TZ1、TZ2，由TZ1、TZ2计算获得TS3，之后在TS3开始一次数字积分，在TE3结束积分，最后由TS3、TE3计算得出TZ3。图5是计算获取第10、11、12个过零点的示意图，图5上计算得出的积分开始点和积分结束点以空心三角形表示，TZ10、TZ11和TZ12是计算得到的第10、11和12个过零点。则该信号的周期可以表示为Tp10＝TZ11-TZ10或者Tp11＝TZ12-TZ11，频率则是周期的倒数。采用矩形积分、矩形插值或者梯形积分、矩形插值方式计算获取过零点并计算频率的图形略；获取两个正峰值后的过零点然后进行频率测量的图形略。
从附图中可以看到，采用梯形积分、梯形插值法所获得的零点和实际信号的零点最为接近，采用梯形积分、矩形插值法所获得的零点和实际信号的零点有一定的误差，采用矩形积分、矩形插值法所获得的零点和实际信号的零点的误差最大。当然随着采样点数的增加，这种误差将会越来越小。考虑到嵌入式系统的特点，优选方案是采用梯形积分，矩形插值法计算信号的过零点。
传统的零交法采用符号相反的两个连续点来确定过零点，虽然算法物理概念清晰，但是容易受谐波、噪声等的干扰，测量精度低，本发明所设计周期信号噪声有效值测量方法，针对目标周期数字信号大多数是对称的特点，根据计算得到的积分开始时间进行线形插值运算选取一个采样点PS作为积分开始点，之后进行数字积分，通过插值的方式获取一个积分结束点，使得从积分开始点到积分结束点的数字积分为零，由积分开始点的采样发生时间和积分结束点的虚拟发生时间计算电信号的零点，经过模数转换后进一步可以计算出电信号的噪声有效值，相应的噪声测量的准确度也大大提高；设计方法在进行计算时非常方便简捷，适合嵌入式系统下使用，实现起来简单合理，数据准确、可靠，有较广泛的应用前景。
针对目标周期模拟信号，设计执行如下步骤i至步骤vii，获得目标周期模拟信号的噪声。
步骤i.以模拟或数字方法获取采样信号上至少两个周波均过负峰值、或者均过正峰值后的连续过零点时间序列Tz1,…,Tzk,…,TzK，K表示连续过零点时间序列中过零点时间的个数，Tzk表示连续过零点时间序列中的第k个过零点时间，然后初始化j＝K+1，并进入步骤ii。
步骤ii.根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，计算获得平均周期T，并进一步根据符合(0.5,1)取值范围的预设参数c，按Tsj＝Tz(j-1)+T×c，计算获得第j个过零点时间Tzj所对应的数字起始积分点时间Tsj，并根据电路延迟参数，针对Tsj进行校正更新，然后进入步骤iii，其中，1<m<j，Tzj表示第j个过零点时间，并根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，按计算获得平均周期T；实际关于预设参数c的取值，c不宜过于接近1，如果c接近1则会使得积分时间过短，影响测量周期测量精度，并进一步影响噪声测量精度。
步骤iii.在时间Tsj之前初始化积分器使积分器输出电压回到零，并在数字起始积分点时间Tsj开始模拟积分，当积分器输出电压再次回到零时结束积分,记录积分结束点时间Tej,并根据电路延迟参数，针对Tej进行校正更新，然后进入步骤iv；其中，模拟积分采用运算放大器或者其他具有积分功能的器件来实现。
步骤iv.按获得第j个过零点时间Tzj，然后进入步骤v。
步骤v.根据不大于目标周期信号周期值的预设时间常数TC，针对过零点时间Tzj，执行如下操作，获得时间Tzj+TC处的信号电压值Vj，构建或更新信号电压值序列{VK+1,…,Vj}，然后进入步骤vi。
操作：获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置进行模数转换所对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置已经采样经模数转换对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上与Tzj+TC时间位置相邻、且最接近的时间位置经模数转换对应的信号电压值Vj；或者选择目标周期信号上Tzj+TC时间位置两侧的相邻时间位置分别经模数转所对应信号电压值，通过线性插值获取时间位置为Tzj+TC的信号电压值Vj。
步骤vi.判断信号电压值序列{VK+1,…,Vj}的长度是否小于预设阈值n，是则进入步骤vii；否则由信号电压值序列{VK+1,…,Vj}中选择最新产生的n个信号电压值，并按如下公式：
获得目标周期信号的噪声VnoisePower,j，其中，表示选取参与运算的n个信号电压值的平均值，然后进入步骤vii。
步骤vii.针对j的值，进行加1更新，并返回步骤iii。
上述设计在实际执行中，具体操作可以参见图6。图6分成上下两个部分，上部分是被测电信号(横坐标T为时间，纵坐标voltage为被测电信号电压)，下部分是对被测信号的积分波形。图中的Tsi是积分开始时间，Tei是积分结束时间，Tzi是经过计算得到的过零点。Tsi是计算得到的积分开始时间,其计算公式是Tsi＝Tz(i-1)+(Tz(i-1)-Tz(i-2))×0.89，即c＝0.89，T＝(Tz(i-1)-Tz(i-2))，推荐采用T＝(Tz(i-1)-Tz(i-3))/2。也可以采用如下方式：在计算积分开始时间时，对之前获取的过零点个数进行判断，如果之前获取的过零点只有两个，采用T＝(Tz(i-1)-Tz(i-2))；如果之前获取的过零点大于两个，也可以采用T＝(Tz(i-1)-Tz(i-3))/2。电信号过正峰值后在某一个过零点进行积分并计算过零点的示意图略。
进一步具体操作可以参见图7、图8、图9。图7、图8、图9都分成上下两个部分，上部分是被测电信号，下部分是被测信号的积分波形。图7是在采用传统的过零点比较法得到了两个过零点TZ1、TZ2，由TZ1、TZ2计算获得TS3，之后在TS3开始一次积分，在TE3结束积分，最后由TS3、TE3计算得出TZ3。在电信号过正峰值后进行积分并获取第3个过零点的示意图略。图8是被测电信号过负峰值后进行模拟积分，即一个周波积分一次并计算信号周期的示意图。图8上的TS10和TS11是计算得到的积分开始时间，TE10和TE11是对应的积分结束时间，TZ10和TZ11是计算得到的第10和第11个过零点。图9是被测电信号过正峰值后进行模拟积分，即一个周波积分一次并计算信号周期的示意图。图9上的TS10和TS11是计算得到的积分开始时间，TE10和TE11是对应的积分结束时间，TZ10和TZ11是计算得到的第10和第11个过零点。
传统的零交法采用符号相反的两个连续点来确定过零点，虽然算法物理概念清晰，但是容易受谐波、噪声等的干扰，测量精度低；本发明所设计周期信号噪声有效值测量方法，针对目标周期模拟信号的特点，根据计算得到的积分开始时间进行模拟积分,模拟积分输出零时停止积分，由积分开始时间和积分结束时间计算电信号的零点。经过模数转换后进一步可以计算出电信号的噪声有效值，相应的噪声测量的准确度也大大提高；设计方法在进行计算时非常方便简捷，适合嵌入式系统下使用，实现起来简单合理，数据准确、可靠，有较广泛的应用前景。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种周期信号噪声有效值测量方法，用于获得目标周期信号的噪声，其特征在于：所述目标周期信号为目标周期数字信号，包括如下步骤：
步骤A.针对目标周期信号进行采样，获得采样信号，然后进入步骤B；
步骤B.以模拟或数字方法获取采样信号上至少两个周波均过负峰值、或者均过正峰值后的连续过零点时间序列Tz1,…,Tzk,…,TzK，K表示连续过零点时间序列中过零点时间的个数，Tzk表示连续过零点时间序列中的第k个过零点时间，然后初始化j＝K+1，并进入步骤C；步骤C.根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，计算获得平均周期T，并进一步根据符合(0.5,1)取值范围的预设参数c，按Tsj＝Tz(j-1)+T×c，计算获得第j个过零点时间Tzj所对应的数字起始积分点时间Tsj，然后进入步骤D，其中，1<m<j，Tzj表示第j个过零点时间；
步骤D.基于采样信号上的各个采样点，选择分别与数字起始积分点时间Tsj前后相邻的两个采样点，依次构成第一待分析采样点、第二待分析采样点，并由待分析采样点对应的时间、以及待分析采样点对应的采样值，组合构成待分析采样点的坐标，然后进入步骤E；步骤E.根据数字起始积分点时间Tsj，通过矩形插值或者梯形插值的方式，获得位于第一采样点与第二采样点之间、Tsj所对应的采样值xsj，构成数字积分开始点的坐标(Tsj,xsj)，然后初始化v＝2，以及顺序定义采样信号上第一待分析采样点、第二待分析采样点之后各个采样点为各待分析采样点，并进入步骤F；
步骤F.执行采样信号上从数字积分开始点坐标位置到第v个待分析采样点坐标位置间的数字积分操作，构成数字积分结果Sv；以及执行采样信号上从数字积分开始点坐标位置到第v+1个待分析采样点坐标位置间的数字积分操作，构成数字积分结果Sv+1，然后进入步骤G；
步骤G.判断数字积分结果Sv和数字积分结果Sv+1的乘积是否大于0，是则针对v的值进行加1更新，并返回步骤F；否则进入步骤H；
步骤H.根据从数字积分开始点到数字积分结束点的数字积分和为零这一条件，通过矩形插值或者梯形插值的方式，获得位于第v个待分析采样点与第v+1个待分析采样点之间的数字积分结束点的坐标(Tej,xej)，然后进入步骤I；
步骤I.按获得第j个过零点时间Tzj，然后进入步骤J；
步骤J.根据不大于目标周期信号周期值的预设时间常数TC，针对过零点时间Tzj，执行如下操作，获得时间Tzj+TC处的信号电压值Vj，构建或更新信号电压值序列{VK+1,…,Vj}，然后进入步骤K；
操作：获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置进行模数转换所对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置已经采样经模数转换对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上与Tzj+TC时间位置相邻、且最接近的时间位置经模数转换对应的信号电压值Vj；或者选择目标周期信号上Tzj+TC时间位置两侧的相邻时间位置分别经模数转所对应信号电压值，通过线性插值获取时间位置为Tzj+TC的信号电压值Vj；
步骤K.判断信号电压值序列{VK+1,…,Vj}的长度是否小于预设阈值n，是则进入步骤L；否则由信号电压值序列{VK+1,…,Vj}中选择最新产生的n个信号电压值，并按如下公式：
获得目标周期信号的噪声VnoisePower,j，其中，表示选取参与运算的n个信号电压值的平均值，然后进入步骤L；
步骤L.针对j的值，进行加1更新，并返回步骤C。
2.根据权利要求1所述一种周期信号噪声有效值测量方法，其特征在于：所述步骤C中，根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，按计算获得平均周期T。
3.根据权利要求1所述一种周期信号噪声有效值测量方法，其特征在于：所述步骤A中，采用等时间间隔采样方式或者不等时间间隔采样方式，针对目标周期信号进行采样，获得采样信号。
4.根据权利要求1所述一种周期信号噪声有效值测量方法，其特征在于：所述步骤A中，针对目标周期信号进行整周波采样，获得采样信号。
5.根据权利要求1所述一种周期信号噪声有效值测量方法，其特征在于：所述步骤F中的数字积分操作为梯形积分或者矩形积分。
6.一种周期信号噪声有效值测量方法，用于获得目标周期信号的噪声，其特征在于：所述目标周期信号为目标周期模拟信号，包括如下步骤：
步骤i.以模拟或数字方法获取采样信号上至少两个周波均过负峰值、或者均过正峰值后的连续过零点时间序列Tz1,…,Tzk,…,TzK，K表示连续过零点时间序列中过零点时间的个数，Tzk表示连续过零点时间序列中的第k个过零点时间，然后初始化j＝K+1，并进入步骤ii；
步骤ii.根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，计算获得平均周期T，并进一步根据符合(0.5,1)取值范围的预设参数c，按Tsj＝Tz(j-1)+T×c，计算获得第j个过零点时间Tzj所对应的数字起始积分点时间Tsj，然后进入步骤iii，其中，1<m<j，Tzj表示第j个过零点时间；
步骤iii.在时间Tsj之前初始化积分器使积分器输出电压回到零，并在数字起始积分点时间Tsj开始模拟积分，当积分器输出电压再次回到零时结束积分,记录积分结束点时间Tej,然后进入步骤iv；
步骤iv.按获得第j个过零点时间Tzj，然后进入步骤v；
步骤v.根据不大于目标周期信号周期值的预设时间常数TC，针对过零点时间Tzj，执行如下操作，获得时间Tzj+TC处的信号电压值Vj，构建或更新信号电压值序列{VK+1,…,Vj}，然后进入步骤vi；
操作：获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置进行模数转换所对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上Tzj+TC时间位置已经采样经模数转换对应的信号电压值Vj；或者获得目标周期信号上与Tzj+TC时间位置相邻、且最接近的时间位置经模数转换对应的信号电压值Vj；或者选择目标周期信号上Tzj+TC时间位置两侧的相邻时间位置分别经模数转所对应信号电压值，通过线性插值获取时间位置为Tzj+TC的信号电压值Vj；
步骤vi.判断信号电压值序列{VK+1,…,Vj}的长度是否小于预设阈值n，是则进入步骤vii；否则由信号电压值序列{VK+1,…,Vj}中选择最新产生的n个信号电压值，并按如下公式：
获得目标周期信号的噪声VnoisePower,j，其中，表示选取参与运算的n个信号电压值的平均值，然后进入步骤vii；
步骤vii.针对j的值，进行加1更新，并返回步骤iii。
7.根据权利要求6所述一种周期信号噪声有效值测量方法，其特征在于：所述步骤ii中，根据Tz(j-1),…,Tz(j-m)，按计算获得平均周期T。
8.根据权利要求6所述一种周期信号噪声有效值测量方法，其特征在于：在分别获得数字起始积分点时间Tsj与结束点时间Tej后，根据电路延迟参数，分别针对Tsj、Tej进行校正更新。
9.根据权利要求6所述一种周期信号噪声有效值测量方法，其特征在于：所述步骤iii中的模拟积分采用运算放大器或者其他具有积分功能的器件来实现。
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