[发明专利]四路正弦信号发生装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种高准确度的信号源，用于精密电磁测量中不同阻抗的比较和测量。

背景技术：

在精密电磁测量领域，不同性质阻抗的比较和测量一般较为熟知的方法是直角电桥法，它最为突出的优点是对信号源的准确度要求低，但是电桥法实现起来比较复杂，同时无法准确实现四线测量。随着数字技术和计算机技术的发展，从信号源的角度进行突破进而寻找新的测量和比较方法是一个可以尝试的思路。

信号发生的频率合成方法，一般可分间接法和直接法；其中，间接合成法是基于锁相环原理实现，直接法又可分为模拟直接合成法和数字直接合成法。美国学者J.Tiemcy、C.M.Rader及B.Gold在1971年提出了直接数字频率合成技术(Direct Digital Frequency Synthesis简称DDFS或DDS)，它与传统的合成法相比，具有频率分辨率高、变频速度快、变频相位连续、相位噪声低等优点，且易于功能扩展和全数字化集成，容易实现对输出信号的多种调制。

DDS技术的这些突出优点使得它在近些年得到了广泛应用，而在精密电磁测量领域，基于补偿法的比较测量中，信号源将被用于平衡阻抗上的压降，它近似为一把电压标尺，因此对其也有着特殊的要求。商业用的基于DDS技术的信号源往往无法满足要求，主要存在以下四点问题：

1.通常商用的信号源幅值稳定性不够高，它可以从两个方面来进行说明，一是单通道本身的幅值稳定性，它可以通过FLUKE5790进行有效值的测量来进行评价。二是信号源中多通道的相对稳定性，它可以通过锁相放大器SR830中A-B测量来进行评估。

2.在不同阻抗测量和比较时，需要某一路信号源在改变初始相位前后幅值保持不变。通常商用的信号源在相位发生改变时，它的幅值变化较大。这一点可以在改变初始相位前后通过FLUKE5790对有效值的测量来进行评价。

3.通常商用的信号源在某一路初始相位发生改变时，将会对其它各路信号造成较大影响，这在精密电磁测量中是必须要克服和解决的问题。这一点可以通过改变某路初始相位，对其它各路进行检测来进行评估。

4.通常商用的信号源系统采样时钟固定，通过改变采样步长来改变频率，频率分辨率不高，并且随着输出频率变高，每个周期内的有效数据数量减少，此时所得正弦信号的低次谐波含量丰富。

发明内容：

为了克服背景技术中常规商用信号源的四点问题，本发明设计了一种基于主从处理器结构的带有完整光纤隔离的高精度信号源。

本发明提供了一种四路正弦信号发生装置，该装置包括主处理器屏蔽箱(1)、从处理器屏蔽箱(2)、三路正弦信号产生屏蔽箱(3)、单路正弦信号产生屏蔽箱(4)、系统时钟源(5)和数据通信光纤(6)，其中，屏蔽箱(1)包括主处理器(7)、交流供电的5V电源(8)和光纤发送器电路(9)；屏蔽箱(2)包括从处理器(10)、交流供电的5V电源(11)和光纤发送器(12)；屏蔽箱(3)包括三路的DA板(13)、三路正弦信号幅值调节部分(14)、电池供电的+-9V、5V电源板(15)、两个12V电池(16)、电池充电部分(17)和光纤接受器(18)；屏蔽箱(4)包括单路的DA板(19)、5V基准源(20)、单路正弦信号幅值调节部分(21)、电池供电的+-9V、5V电源板(22)、两个12V电池(23)、电池充电部分(24)和光纤接受器(25)；数据通信光纤(6)包括三路信号的采样数据光纤(26)、单路信号的采样数据光纤(27)、三路信号DA转换控制信号光纤(28)、单路信号DA转换控制信号光纤(29)、主从处理器同步控制光纤(30)和单路信号相位控制光纤(31)。

为了解决频率分辨率不高以及有效数据量随着频率增高而减少的技术问题，采用定步长变采样时钟的方法。采用高分辨率的时钟源作为系统采样时钟，可得到很高分辨率的正弦信号。

为了解决正弦信号源幅值稳定性的技术问题，选用高精度的基准源和低噪声高精度的DAC，使得幅值稳定性较高。同时使各通道共用同一基准源，使得各通道幅值相对稳定性提高。

为了解决正弦信号源改变相位时幅值也同时改变的技术问题，在软件方面，采用定步长且步长为1的方法，也就意味着在不同初始相位时，所得正弦信号每个周期内的有效数据是一样的。在硬件方面，单独产生要求改变初始相位的正弦信号，并且数模转换芯片和处理器之间的数据通信采用光纤隔离，以隔绝高速处理器的高频串扰。