CN1979180A - 波形测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

公开了波形测量装置及其方法。在电信号波形的测量中实现多种特征的测量，包括关于激振的峰到峰振幅。波形测量装置包括：数字滤波器(10)，用于从输入信号中去除大振幅变化分量并输出具有其中剩余的小振幅噪声分量的结果信号；窗口生成部件(20)，用于接收这个输入信号与所述数字滤波器(10)的输出信号之间的差分信号，并产生指明所述差分信号边缘部分的位置的窗口；以及激振测量部件(30)，用于从所述数字滤波器(10)的输出信号中提取由所述窗口生成部件(20)产生的窗口指明的部分，并至少测量所提取波形的峰到峰振幅。

Description

波形测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及测量电信号波形的装置和方法。具体地说，本发明涉及测量包括激振之波形的装置和方法。

背景技术

在对多种电子仪器和电工仪器的测试中，一般要测量电信号的波形。在这种波形测量中，往往有需要测量称为激振之波形的情况。激振就是信号比如急剧变化的方波通过电气网络的情况造成的起伏波形。互连的电感、缺乏传输带宽等都会造成激振。

图10显示了包括激振之波形的实例。

如图10所示，在包含激振的波形中，在包括激振之波形的边缘部分出现过冲或下冲，波形起伏。

使用测量设备比如示波器测量电信号的波形。利用这种类型的普通测量设备就可以测量信号的过冲(图10中的α)和下冲。不过，激振的峰到峰振幅(图10中的β)(如参见非专利文档1)不以所述普通测量设备测量。

[非专利文档1]TDS3000B Series User Manual(P3-44 to P3-46)，[on line]，Tectronix，[2005年10月19日搜索到]，URL：<http://www.tek.com/site/mn/mnfinder_detail/1，1096，，00.html？id＝5455&pn＝071096604>

发明内容

[本发明要解决的问题]

如上所述，在以电信号波形测量方式测量激振的情况下，利用常规的测量设备可以测量信号的过冲和下冲。不过，利用常规的测量设备无法测量激振的峰到峰振幅。所以，即使在需要测量这种激振之峰到峰振幅的情况下，比如在试图分析激振原因的情况下，利用常规测量设备也无法进行这样的测量。

鉴于上述技术问题而提出本发明。本发明的目的是在电信号波形的测量中实现多种特征的测量，包括关于激振的峰到峰振幅。

[解决所述问题的装置]

为了达到上述目的的本发明实现为配置如下的波形测量装置。这种装置包括：数字滤波器，用于从输入信号中去除大振幅变化分量并输出具有其中剩余的小振幅噪声分量的结果信号；窗口生成部件，用于接收这个输入信号与所述数字滤波器的输出信号之间的差分信号，并产生指明所述差分信号边缘部分的位置的窗口；以及激振测量部件，用于从所述数字滤波器的输出信号中提取由所述窗口生成部件产生的窗口指明的部分，并至少测量所提取波形的峰到峰振幅。

作为替代，这种波形测量装置可以配置为包括：第一数字滤波器，用于从输入信号中去除大振幅变化分量并输出具有其中剩余的小振幅噪声分量的结果信号；第二数字滤波器，用于从所述输入信号中去除小振幅噪声分量并输出具有其中剩余的大振幅变化分量的结果信号；窗口生成部件，用于接收所述第二数字滤波器的输出信号，并产生指明所述输出信号边缘部分的位置的窗口；以及激振测量部件，用于从所述第一数字滤波器的输出信号中提取由所述窗口生成部件产生的窗口指明的部分，并至少测量所提取波形的峰到峰振幅。

更确切地说，在这些波形测量装置中，所述第一和第二数字滤波器能够由以下的ε滤波器实现。用于所述第一数字滤波器的ε滤波器从包括具有不同振幅的波形分量的信号中去除振幅大于固定值的分量，并输出具有其中剩余的、其振幅不大于所述固定值的分量的结果信号。用于所述第二数字滤波器的ε滤波器从包括具有不同振幅的波形分量的信号中去除振幅不大于固定值的分量，并输出具有其中剩余的、其振幅大于所述固定值的分量的结果信号。所述窗口生成部件通过对信号微分两次和通过在预定的阈值分割所获得的波形而产生所述窗口。

为了达到上述目的的本发明也被视为使用如以上介绍所配置装置测量波形的方法。不仅如此，本发明也实现为控制以上介绍的波形测量装置内部计算机的程序，以便实现以上介绍单元的功能。提供这种程序时可以通过以磁盘或光盘、半导体存储器或者其他记录介质上存储的状态发行所述程序，或者通过网络传递所述程序。

[本发明的效果]

根据如以上介绍所配置的本发明，能够从信号中提取激振分量，并且以电信号波形测量方式测量多种特征，包括其峰到峰振幅。

附图说明

图1显示了根据本发明实施例的波形测量装置的结构；

图2显示了本实施例所用的ε滤波器的特征；

图3A和图3B显示了使用图2的ε滤波器提取波形激振分量的情形；

图4A和图4B显示了对方波微分两次所获得的波形；

图5A和图5B显示了本实施例所用窗口根据二次导数产生的情形；

图6是流程图，显示了使用本实施例的波形测量装置测量激振方法的整体流程；

图7显示了根据本发明另一个实施例的波形测量装置的结构；

图8显示了本实施例所用的第二ε滤波器的特征；

图9是流程图，显示了利用本实施例的波形测量装置测量激振方法的整体流程；

图10显示了包括激振之波形的实例。

具体实施方式

后文中将参考附图详细介绍实现本发明的最佳模式(后文称为实施例)。

图1显示了本发明实施例的波形测量装置的结构。

如图1所示，这个实施例的波形测量装置包括：数字滤波器10，用于从将要被测量的并由这个装置的信号输入装置输入的波形(输入信号)中提取激振分量；窗口生成部件20，为了波形测量而产生窗口；以及激振测量部件30，用于测量激振。

数字滤波器10是从信号中分离小振幅随机噪声分量所用的非线性滤波器。例如，可以使用日本专利申请2002-278585号中介绍的ε滤波器。这种ε滤波器具有若干特征，从输入信号中去除大振幅变化分量，以其中剩余的小振幅随机噪声分量输出结果信号。由以下表达式(1)表示所述特征：

如果-ε≤x≤ε，y＝x

如果x＜-ε或者x＞ε，y＝0    (1)

顺便指出，根据将要提取的小振幅随机噪声分量的振幅，可以适当地设定ε的数值。

图2显示了由表达式(1)所表示的ε滤波器的特征，图3A和图3B显示了使用图2的ε滤波器提取的波形中激振分量。图3A所示信号为方波，其中激振分量包括在其边缘部分中。

由表达式(1)所表示的ε滤波器的特征如图2所示。在这种场合，ε的数值为小于方波中变化的振幅而大于激振分量振幅的数值。使用这种ε滤波器处理图3A所示信号时，消除了方波的急剧的大振幅变化分量，仅仅提取了激振分量，如图3B所示。

窗口生成部件20产生窗口，聚焦在由数字滤波器10提取的输入信号激振分量中激振短脉冲串的波形上。在通过上述数字滤波器10的信号波形中，去除了大振幅变化分量。不过，在其上升之时造成的激振波形与在其下降之时造成的激振波形彼此混合，并且重复。一般来说，在其上升之时造成的激振波形与在其下降之时造成的激振波形彼此不同。所以，为了测量激振波形的峰到峰振幅，需要从这种数字滤波器10的输出信号提取激振单一短脉冲串的波形。因为这种原因，通过使用由数字滤波器10去除的大振幅变化分量，窗口生成部件20产生若干窗口，用于识别各次激振发生之处。产生窗口的具体方法如下。

窗口生成部件20首先接收输入信号与数字滤波器10的输出信号之间的差分信号，并对这种差分信号微分两次。如上所述，使数字滤波器10的输出信号为从输入信号中去除了大振幅变化分量而获得的激振分量。因此，这种输出信号与输入信号之间的差异是从输入信号中去除了激振分量而获得的原始波形(在图3A和图3B所示的实例中的方波)。

图4A和图4B显示了对方波(图4A)微分两次所获得的波形(图4B)。

下一步，窗口生成部件20根据对输入的差分信号微分两次而获得的波形(后文称为二次导数波形)计算若干窗口，指明这种差分信号的边缘部分。

下面将参考图5A和图5B，其中显示了根据二次导数波形产生若干窗口的情形，具体地介绍计算窗口的方法。顺便指出，所述差分信号假设为方波。

如图5A和图5B所示，窗口生成部件20以预定的阈值“th”和“-th”分割所产生的二次导数波形。然后，根据设定为准则的阈值处信号点前后信号点的状态，方波上升缘的位置与其下降缘的位置彼此区分。确切地说，如图5A所示，在出现了“th”处的两个点和“-th”处的两个点而且在这些点处波形的各自方向为正、负、负、正的情况下，这是从上升缘获得的波形。反之，如图5B所示，在出现了“-th”处的两个点和“th”处的两个点而且在这些点处波形的各自方向为负、正、正、负的情况下，这是从下降缘获得的波形。

如上所述，计算了方波的上升缘所用的窗口与其下降缘所用的窗口。窗口生成部件20使得能够根据激振的长度，适当地改变(延长或缩短)如以上介绍般获得的窗口尺寸。图5B显示了从二次导数波形所获得的窗口尺寸被延长的情形。注意，指明方波上升缘和下降缘的窗口波形显示在图5A和图5B中。不过，所述窗口不必输出为实际波形，也可以简单地作为信息(位置信息)从窗口生成部件20传递到激振测量部件30。

使用由窗口生成部件20产生的窗口，激振测量部件30聚焦在数字滤波器10的输出信号中激振的单一短脉冲串的波形上，并测量若干特征，即其峰到峰振幅、长度、周期等。如上所述，在信号上升之时造成的激振波形与在其下降之时造成的激振波形一般彼此不同。因为这种原因，优选情况下激振的各个片段分开提取和测量。利用现有的装置比如非专利文档1所示的示波器，可以测量激振中所提取的单一短脉冲串的特征。

图6是流程图，显示了使用如以上介绍所配置的、这个实施例的波形测量装置测量激振方法的整体流程。

如图6所示，输入信号首先输入到数字滤波器10，并提取输入信号波形的激振分量(步骤601)。下一步，输入信号与数字滤波器10的输出信号(步骤601中获得的激振分量)之间的差分信号输入到窗口生成部件20，并产生若干窗口，指明这种差分信号边缘部分的位置(步骤602)。其后，在激振测量部件30中，根据所述窗口从数字滤波器10的输出信号中提取单一激振分量(步骤603)。所以测量了波形(步骤604)。

在上述实施例中，作为从输入信号中去除激振分量以产生窗口的方案，获得了输入信号与数字滤波器10的输出信号之间的差分信号。作为替代，使用具有从输入信号中提取大振幅变化分量并与数字滤波器10的特征相反特征的ε滤波器，也能够获得从输入信号中直接去除了激振分量的波形。下面将介绍这样的装置的结构。

图7显示了本发明另一个实施例的波形测量装置的结构。

如图7所示，这个实施例的波形测量装置包括：数字滤波器10，用于从将要被测量的并由这个装置的信号输入装置输入的波形(输入信号)中提取激振分量；数字滤波器40，用于从输入信号中去除激振分量和用于提取大振幅变化分量；窗口生成部件20，为了波形测量而产生窗口；以及激振测量部件30，用于测量激振。

在图7所示的结构中，数字滤波器10、窗口生成部件20和激振测量部件30与图1所示波形测量装置的部件相当，并且由相同的引用号标明。其说明将被略去。

如上所述，实现数字滤波器40的是ε滤波器，具有的特征为从输入信号中去除小振幅随机噪声分量以输出具有其中剩余的大振幅变化分量的结果信号，与数字滤波器10的特征相反。这个数字滤波器40(ε滤波器)的特征由以下的表达式(2)表示：

如果x＜-ε或者x＞ε，y＝x

如果-ε≤x≤ε，y＝0    (2)

图8显示了由表达式(2)表示的ε滤波器的特征。

使用数字滤波器40使得能够从输入信号直接获得去除了激振分量的原始波形(如方波)，并将原始波形供应给窗口生成部件20。例如，在激振分量以外的小振幅(然而是大于激振分量的振幅)噪声叠加在输入信号上的情况下，通过有意地使用与数字滤波器10不同的ε滤波器，激振分量能够更准确地测量。换言之，在数字滤波器10中，通过适当地选择ε的数值，仅仅提取输入信号的激振分量。在数字滤波器40中，从输入信号中去除全部噪声分量，仅仅剩余原始波形。所以，接收数字滤波器40输出的窗口生成部件20能够根据没有噪声的原始波形产生窗口。

图9是流程图，显示了使用这个实施例的、结构如图7所示的波形测量装置测量激振方法的整体流程。

如图9所示，输入信号首先输入到数字滤波器10，并提取输入信号波形的激振分量(步骤901)。同时，这个输入信号也输入到数字滤波器40，从输入信号中去除多种噪声，包括激振分量(步骤902)。然后，这个数字滤波器40的输出信号(去除了噪声的信号)输入到窗口生成部件20，并计算若干窗口，指明这种信号边缘部分的位置(步骤903)。最后，在激振测量部件30中，根据所述窗口从数字滤波器10的输出信号中提取单一激振分量(步骤904)。所以测量了波形(步骤905)。

顺便指出，图9以数字滤波器10处理信号和数字滤波器40处理信号顺序进行的方式分开地显示了若干步骤。不过，这些处理是独立的。这两项处理中的任何一项都可以首先执行，这些处理也可以并发地进行。

Claims (12)

1.一种波形测量装置，包括：

数字滤波器，用于从输入信号中去除大振幅变化分量并输出具有其中剩余的小振幅噪声分量的结果信号；

窗口生成部件，用于接收所述输入信号与所述数字滤波器的输出信号之间的差分信号，并产生指明所述差分信号边缘部分的位置的窗口；以及

激振测量部件，用于从所述数字滤波器的输出信号中提取由所述窗口生成部件产生的窗口指明的部分，并至少测量所提取波形的峰到峰振幅。

2.根据权利要求1的波形测量装置，其中，所述数字滤波器是ε滤波器，用于从包括具有不同振幅的波形分量的信号中去除振幅大于固定值的分量，并输出具有其中剩余的、其振幅不大于所述固定值的分量的结果信号。

3.根据权利要求1的波形测量装置，其中，所述窗口生成部件通过对所述信号微分两次和通过在预定的阈值分割所获得的波形而产生所述窗口。

4.一种波形测量装置，包括：

第一数字滤波器，用于从输入信号中去除大振幅变化分量并输出具有其中剩余的小振幅噪声分量的结果信号；

第二数字滤波器，用于从所述输入信号中去除小振幅噪声分量并输出具有其中剩余的大振幅变化分量的结果信号；

窗口生成部件，用于接收所述第二数字滤波器的输出信号，并产生指明所述输出信号边缘部分的位置的窗口；以及

激振测量部件，用于从所述第一数字滤波器的输出信号中提取由所述窗口生成部件产生的窗口指明的部分，并至少测量所提取波形的峰到峰振幅。

5.根据权利要求4的波形测量装置，其中，

所述第一数字滤波器是ε滤波器，从包括具有不同振幅的波形分量的信号中去除振幅大于固定值的分量，并输出具有其中剩余的、其振幅不大于所述固定值的分量的结果信号；以及

所述第二数字滤波器是ε滤波器，用于从包括具有不同振幅的波形分量的信号中去除振幅不大于固定值的分量，并输出具有其中剩余的、其振幅大于所述固定值的分量的结果信号。

6.根据权利要求4的波形测量装置，其中，所述窗口生成部件通过对所述信号微分两次和通过在预定的阈值分割所获得的波形而产生所述窗口。

7.一种波形测量方法，包括以下步骤：

从将要处理的信号波形中提取小振幅噪声分量；

接收所述将要处理的信号与从所述信号中提取的所述小振幅噪声分量之间的差分信号，并产生指明所述差分信号边缘部分的位置的窗口；以及

从提取自所述将要处理的信号中的所述小振幅噪声分量中提取由所述窗口指明的部分，并至少测量所提取波形的峰到峰振幅。

8.根据权利要求7的波形测量方法，其中，

产生所述窗口的步骤包括以下步骤：

对所述差分信号微分两次；以及

在预定的阈值分割通过对所述差分信号微分两次所获得的波形，并产生所述窗口。

9.一种波形测量方法，包括以下步骤：

从将要处理的信号波形中提取小振幅噪声分量；

从所述信号中去除小振幅噪声分量，并产生指明通过去除所述小振幅噪声分量而获得的信号边缘部分的位置的窗口；以及

从提取自所述将要处理的信号中的所述小振幅噪声分量中提取由所述窗口指明的部分，并至少测量所提取波形的峰到峰振幅。

10.根据权利要求9的波形测量方法，其中，

产生所述窗口的步骤包括以下步骤：

对通过去除所述小振幅噪声分量而获得的信号微分两次；以及

在预定的阈值分割通过对所述信号微分两次所获得的波形并产生所述窗口。

11.一种程序，使测量信号波形的测量装置内部计算机作为如下装置使用：

从所述测量装置的输入装置输入的信号中提取小振幅噪声分量的装置；

接收所述将要处理的信号与从所述信号中提取的所述小振幅噪声分量之间的差分信号，并产生指明所述差分信号边缘部分的位置的窗口的装置；以及

从提取自所述将要处理的信号中的所述小振幅噪声分量中提取由所述窗口指明的部分，并至少测量所提取波形的峰到峰振幅的装置。

12.一种程序，使测量信号波形的测量装置的内部计算机作为如下装置使用：

从所述测量装置的输入装置输入的信号中提取小振幅噪声分量的装置；

从所述输入信号中去除小振幅噪声分量的装置；

产生指明通过去除所述小振幅噪声分量而获得的信号边缘部分的位置的窗口的装置；以及

从提取自所述将要处理的信号中的所述小振幅噪声分量中提取由所述窗口指明的部分，并至少测量所提取波形的峰到峰振幅的装置。

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