[发明专利]高准确度正弦信号测量方法

说明书

技术领域

本发明属于信号测量技术领域，涉及一种高准确度正弦信号测量方法。

背景技术

正弦交流信号的测量在电气工程、电工计量及其他领域具有重要的应用。例如，电能的 计量，电网频率的波动，反映高压电气设备受潮、劣化变质或绝缘中气体放电等缺陷的介质 损耗角的评估，交流信号发生器的检定与校准，等等，都需要对正弦信号频率、幅值、初相 位等进行准确测量。

正弦信号有频率、幅值、初相位三个参数，现有的正弦信号测量方法多种多样。为了测 得频率，可以采用基于硬件电路的过零检测法；在频率已知的条件下，可以采用相关分析软 件算法测量幅值和初相位；为了能够同时测得频率、幅值和初相位，可以采用傅里叶变换算 法。相对来说，傅里叶变换算法以其测量速度快、抗干扰能力强、能够同时测得多个参数等 优点，在工程上得到广泛应用。

利用傅里叶变换算法测量正弦信号，首先需要数据采集系统对连续的正弦信号进行采样， 然后再利用微处理器对采集到的离散的数字信号进行离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform，简称DFT)。若数据采集系统在采样过程中能够做到整周期采样，即采样样本 覆盖的时间是正弦信号周期的整数倍，那么利用DFT测量正弦信号将不存在算法原理上的误 差。但是，在实际测量中因硬件设备性能的制约以及其他随机干扰因素的影响，理想的整周 期采样是很难做到的。此时，利用DFT测量正弦信号将出现算法原理上的误差，包括：短范 围泄漏效应，即由离散频谱的栅栏效应导致的对信号频率的观测偏差；长范围泄漏效应，即 由于信号截短造成的信号频谱旁瓣之间的相互干扰。

为了提高测量准确度，必须对这些误差进行修正或补偿。目前已提出了多种修正方法， 主要用于修正短范围泄漏效应造成的测量误差，修正后的准确度可达到10^-5～10^-4左右，但 是这个准确度级别并不能满足某些精密测量场合的要求。对于长范围泄漏效应，特别是负频 点泄漏效应造成的测量误差，目前尚未见到有效的修正方法。但是，这部分误差有时可达10^-4左右，其在很大程度上降低了基于DFT的测量仪器的准确度。

综上可见，在非整周期采样条件下，为了利用DFT对正弦信号的参数进行高准确度测量， 需要对长、短范围泄漏效应都进行修正。

发明内容

为了实现正弦信号参数的高准确度测量，本发明提供了一种高准确度正弦信号测量方法， 能够对长、短范围泄漏效应都进行修正。

本发明的技术方案如下：

高准确度正弦信号测量方法，包括从正弦信号获取N个采样样本的步骤，N为自然数， f_s为数据采集系统的采样频率；

及对获取的采样样本进行DFT处理的步骤。

还包括如下步骤：

A、搜寻谱峰：从利用采样样本得到的离散频谱中选取幅值最大的第p根谱线和幅值次最 大的第q根谱线，记下第p根谱线的实部R_P和虚部I_P，记下第q根谱线的实部R_q和虚部X_q；

B、测量频率。

建立公式