CN202339369U - 一种交流低频rms值转换装置 - Google Patents

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徐凌晖
刘淼
杨立杰
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Abstract

本实用新型公开了一种交流低频RMS值转换装置，能够达到提高测量精度的目的；该装置包括模拟调理模块1、模拟调理模块2、真有效值转换RMS转换电路、ADC转换器、频率测量电路和后端处理器平台；模拟调理模块1根据所划分的幅度档位选择模拟调理通道并输出0～2V的交流信号；模拟调理模块2与模拟调理模块1相同；RMS转换电路将0～2V的交流信号转换为RMS信号；ADC转换器根据设置的采样率对RMS信号进行A/D转换；频率测量电路采用过零比较电路处理0～2V的交流信号得到方波信号；后端处理器平台根据输入的方波信号，采用计数或测周的方法获取待测信号的频率并相应地进行频率调整，输出采样率和测量结果。

Description

一种交流低频RMS值转换装置
技术领域
本实用新型属于数字万用表领域，具体涉及一种交流低频RMS值转换装置。
背景技术
传统的数字万用表对于交流信号的测量，在数字万用表中基本上采用真有效值转换(RMS)交直流转换器件进行设计，由于RMS对低频交流信号的转换误差较大，难以将原低频交流信号有效地转换成对应的直流信号，此外，依据RMS器件设计参考手册，对于改善测量精度的方法是，在该RMS器件所对应的RMS电路转换输出端加入带通滤波电路，而由于带通滤波电路的带宽有限，面对不同频率的被测信号时，对于RMS器件，难以做到兼容设计，这样就导致使用传统的万用表在对交流信号测试中，所测得的低频信号的测量精度相对较低。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种交流低频RMS值转换装置，该装置兼容传统数字万用表的测量原理，根据被测信号的频率选择合适的采样周期，以达到提高测量精度的目的。
本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种交流低频RMS值转换装置，包括模拟调理模块1、模拟调理模块2、真有效值转换RMS转换电路、ADC转换器、频率测量电路和后端处理器平台，其中：
模拟调理模块1与RMS转换电路连接，RMS转换电路通过ADC转换器连接至后端处理平台，模拟调理模块2通过频率测量电路连接至后端处理平台。
所述转换装置内部各组成模块的功能为：
所述模拟调理模块1，用于将待测信号的幅度划分为0～100mV、100mV～1V、1V～10V、10V～100V、100V～300V的幅度档位，根据待测信号的幅度档位选择相应的内部模拟调理通道，经模拟调理通道进行幅度调理后输出幅度范围为0～2V的交流信号至RMS转换电路。
所述模拟调理模块2，该模块内部的组成与模拟调理模块1相同，输出幅度范围为0～2V的交流信号至频率测量电路。
所述RMS转换电路，用于将经模拟调理模块1输出的0～2V的交流信号转换为0～2V的RMS信号并输出至ADC转换器。
所述ADC转换器，用于根据后端处理器平台设置的采样率，对所述0～2V的RMS信号进行A/D转换并输出至后端处理器平台。
所述频率测量电路，用于根据经模拟调理模块2输出的0～2V的交流信号，采用过零比较电路处理得到方波信号并输出至后端处理器平台。
所述后端处理器平台，用于根据输入的方波信号，采用计数或测周的方法获取该方波信号的频率，即待测信号的频率，若待测信号的频率小于1KHz，则将ADC转换器的采样率N调整为待测信号频率F的T倍，T为大于2的自然数；同时对ADC转换器N次采集后的结果进行平均值计算，输出0～2V的测量结果；若待测信号的频率大于且等于1KHz，则设置ADC转换器的采样率N＝F，同时对ADC转换器N次采集后的结果进行平均值计算，输出测量结果。
有益效果：
本实用新型提供了一种交流低频RMS值转换装置，该装置在对交流信号测试中，采用后端处理平台对高频段的待测信号进行采样并取采样点的平均值，输出测量结果；而对于低频段的被测信号的频率进行动态调整，对调整后的低频信号可进行整数倍采样，根据所得到的整数倍采样点进行平均值计算后，即可得到0～2V的测量结果，从而达到了提高测量精度的目的。
附图说明
图1为本实用新型的组成框图；
图2为本实用新型的软件流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
图1为一种交流低频RMS值转换装置的结构框图。
该转换装置包括模拟调理模块1、模拟调理模块2、真有效值转换RMS转换电路、ADC转换器、频率测量电路和后端处理器平台，其中：
模拟调理模块1与RMS转换电路连接，RMS转换电路通过ADC转换器连接至后端处理平台，模拟调理模块2通过频率测量电路连接至后端处理平台。
该转换装置内部各组成模块的功能为：
模拟调理模块1，用于将待测信号的幅度划分为0～100mV、100mV～1V、1V～10V、10V～100V、100V～300V的幅度档位，根据待测信号的幅度档位选择相应的内部模拟调理通道，经模拟调理通道进行幅度调理后输出幅度范围为0～2V的交流信号至RMS转换电路。
模拟调理模块2，该模块内部的组成与模拟调理模块1相同，输出幅度范围为0～2V的交流信号至频率测量电路。
RMS转换电路，用于将经模拟调理模块1输出的0～2V的交流信号转换为0～2V的RMS信号并输出至ADC转换器。
ADC转换器，用于根据后端处理器平台设置的采样率，对所述0～2V的RMS信号进行A/D转换并输出至后端处理器平台。
频率测量电路，用于根据经模拟调理模块2输出的0～2V的交流信号，采用过零比较电路处理得到方波信号并输出至后端处理器平台。
后端处理器平台，用于根据输入的方波信号，采用计数或测周的方法获取该方波信号的频率，即待测信号的频率，若待测信号的频率小于1KHz，则将ADC转换器的采样率N调整为待测信号频率F的T倍，T为大于2的自然数。同时对ADC转换器N次采集后的结果进行平均值计算，输出0～2V的测量结果。若待测信号的频率大于且等于1KHz，则设置ADC转换器的采样率N＝F，同时对ADC转换器N次采集后的结果进行平均值计算，输出测量结果。
图2为本实用新型所提供的转换装置的工作流程图，该转换装置的具体工作流程如下：
(1)初始化后端处理平台(MPU)，模拟调理模块1和模拟调理模块2根据待测信号的幅度档位进行内部模拟调理通道的选择，模拟调理模块1经模拟调理通道调理后输出幅度范围为0～2V的交流信号至RMS转换电路，模拟调理模块2经模拟调理通道调理后输出幅度范围为0～2V的交流信号至频率测量电路。
(2)频率测量电路根据输入的0～2V的交流信号，采用过零比较电路处理得到方波信号并输出至后端处理器平台。
RMS转换电路将输入的0～2V的交流信号转换为0～2V的RMS信号并输出至ADC转换器。
ADC转换器根据后端处理器平台设置的采样率，对输入的0～2V的RMS信号进行A/D转换并输出至后端处理器平台。
(3)后端处理器平台根据输入的方波信号，采用计数或测周的方法获取该方波信号的频率(待测信号的频率)，根据待测信号的频率进行频段判断并将频段划分为两类：
若待测信号的频率为低频段，即待测信号的频率小于1KHz，则后端处理器平台将ADC转换器的采样率调整为待测信号频率F的T倍(T值为加权平均值次数，根据实际所需要达到的采样精度对T进行合理的设置，取T为大于2的自然数，即设置调整后的连续采样率N＝T×待测信号频率F。
同时，ADC转换器根据所述调整后的采样率N，对RMS转换电路输入的0～2V的RMS信号进行采样，得到待测信号频率的T倍的采样点并输出至后端处理器平台，后端处理器平台根据所述T倍的采样点，进行平均值计算，得到0～2V的测量结果。
若待测信号的频率大于且等于1KHz，则后端处理器平台设置连续采样次数N＝F，对所述经A/D转换后的0～2V的RMS信号进行连续采集N次，对N次采集后的结果进行平均值计算，即可得到测量结果。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种交流低频RMS值转换装置，其特征在于，包括模拟调理模块1、模拟调理模块2、真有效值转换RMS转换电路、ADC转换器、频率测量电路和后端处理器平台，其中：
模拟调理模块1与RMS转换电路连接，RMS转换电路通过ADC转换器连接至后端处理平台，模拟调理模块2通过频率测量电路连接至后端处理平台；
所述转换装置内部各组成模块的功能为：
所述模拟调理模块1，用于将待测信号的幅度划分为0～100mV、100mV～1V、1V～10V、10V～100V、100V～300V的幅度档位，根据待测信号的幅度档位选择相应的内部模拟调理通道，经模拟调理通道进行幅度调理后输出幅度范围为0～2V的交流信号至RMS转换电路；
所述模拟调理模块2，该模块内部的组成与模拟调理模块1相同，输出幅度范围为0～2V的交流信号至频率测量电路；
所述RMS转换电路，用于将经模拟调理模块1输出的0～2V的交流信号转换为0～2V的RMS信号并输出至ADC转换器；
所述ADC转换器，用于根据后端处理器平台设置的采样率，对所述0～2V的RMS信号进行A/D转换并输出至后端处理器平台；
所述频率测量电路，用于根据经模拟调理模块2输出的0～2V的交流信号，采用过零比较电路处理得到方波信号并输出至后端处理器平台；
所述后端处理器平台，用于根据输入的方波信号，采用计数或测周的方法获取该方波信号的频率，即待测信号的频率，若待测信号的频率小于1KHz，则将ADC转换器的采样率N调整为待测信号频率F的T倍，T为大于2的自然数；同时对ADC转换器N次采集后的结果进行平均值计算，输出0～2V的测量结果；若待测信号的频率大于且等于1KHz，则设置ADC转换器的采样率N＝F，同时对ADC转换器N次采集后的结果进行平均值计算，输出测量结果。
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