[发明专利]一种交流信号测量装置、系统和方法

说明书

技术领域

一种交流信号测量装置、系统和方法涉及到测量电变量领域，特别是涉及到了测量交流信号的领域。

背景技术

制作、研制、维护和维修电子产品，都离不开测量装置，而在众多的测量装置中，交流测量功能是其最基本的测量功能之一，目前许多的测量装置均包含有交流电压或电流测量功能，比如数字万用表、示波器、波形分析仪和一些综合性测量仪器或系统等。

现有技术中，交流信号测量装置通常都包括一个用于接入被测交流信号和调整测量挡位的接入部件1、一个用于测量交流信号的测量部件2和一个控制部件3，控制部件3用于控制接入部件1和测量部件2执行交流信号测量，参考图1。

接入部件1通常都包括有依次串联连接的一个输入端子4、一个开关电路5、一个输入隔直电路6、一个程控放大电路7，一个输出隔直电路8。

对于输入端子4，在交流电压测量时，输入端子4可以直接通过连接线缆或探头连接被测交流电压信号，在测量交流电流时，输入端子4也可以通过依次连接的一个电流取样电路、过流、过压保护电路、测量线缆和探头，连接被测交流电流信号。

开关电路5串联连接在输入端子4与程控放大电路7之间，开关电路5受控制部件3的控制，通过使程控放大电路7与输入端子4之间线路的接通与断开，执行被测信号的接入操作或断开操作，比如，当测量仪表需接通交流测量功能时，则开关电路5就可以在控制部件3的控制下闭合导通，使输入端子4与程控放大电路7导通。实际应用中，最为简单的开关电路5通常由一个电磁继电器或一个固态继电器组成。

输入隔直电路6连接在开关电路5与程控放大电路7之间，用来去除掉被测信号中的直流信号分量。最为简单的输入隔直电路6是由一个电容器构成。

程控放大电路7是一个受控制部件3控制的、具有测量量程的档位转换功能的程控放大电路，连接在开关电路5和测量部件2之间。在被测量的信号的幅值不符合测量部件2的量程范围时，控制部件3可以通过控制和调节程控放大电路7的增益，实现测量量程的档位转换操作，使接入部件1输出的信号幅度与测量部件2的测量量程或测量能力相匹配。

输出隔直电路8连接在程控放大电路7与测量部件2之间，其主要作用滤除掉由程控放大电路7引起的直流偏移信号。

程控放大电路7会产生直流偏移信号的原因主要在于：程控放大电路7通常是由运算放大器构成，以便通过对运算放大器的增益调整实现测量档位的调整。由于，在不同的增益情况下，运算放大器会具有不同的输出电压偏移，，因此，这个直流偏移电压很难通过调整运算放大器的偏置电路来消除，更何况，这个直流偏移电压有时还会随温度的变化而变化。

输出隔直电路8的作用就在于用滤波的方法隔离掉程控放大电路7产生的所述的直流偏移信号。

最常见的输出隔直电路8是由一个电容C1和一个电阻R1组成的滤波电路构成，其中电容C1的输入端与程控放大电路7的输出端连接，电容C1的输出端构成接入部件1的输出端10，电阻R1的一端连接在接入部件1的输出端10上，另一端连接在公共端9上。

在现有技术中，接入部件1中，往往还会加入一些辅助电路，比如滤波电路、过压、过流保护电路、钳位电路、温度保护电路或缓冲放大器电路等等。

在现有技术中，测量部件2的输入端与接入部件1的输出端10连接，受控制部件3的控制，测量部件2可以对输入的信号进行测量，并将测量的结果转换为数字信号输入到控制部件3中，控制部件3可以对测量部件2输出的信号进行处理，最常见的信号处理包括显示处理、存储处理、运算处理、打印处理和远程通信处理等，有些仪器仪表还具有根据测量结果输出控制信号的能力，比如：表示测量结果“合格”与“不合格”的判断信号或控制信号。

最常见的测量部件2可以是由一个缓冲放大电路11、一个有效值-直流转换电路12和一个A/D转换电路13依次串联连接而成。

其中，缓冲放大电路11的主要作用是提高输入阻抗，有时这一电路也被称为跟随电路。

有效值-直流转换电路12的主要功能是将输入电压信号的有效值转换为与之对应的直流电压，是本领域中的技术人员所熟知的电路。

有效值-直流转换电路12所采用的直流转换方法有很多种，如采用模拟运算、采样转换和热等效转换等形式的有效值-直流转换方法。

A/D转换电路13通常也是由集成电路AD转换器组成，其主要作用是将测量到的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号输入到控制部件3用于数据处理，该电路技术也是本领域中的技术人员所熟知的技术。