[发明专利]一种周期信号有效值测量电路

说明书

本发明在建立导通时间、信号频率、偏置电压和有效值之间的数学模型的基础上提供了一种周期信号有效值测量电路，包括信号调理电路、加法电路、整形电路、F/V(频率‑电压)转换电路、放大电路、三角波发生电路、PWM调制电路、定时器、右移寄存器和有效值计算电路。本发明电路工作原理为待测信号v(t)经过信号调理电路和加法电路实现高频干扰滤波、电压幅值调整功能，确保得到的信号v_p(t)处于合理的范围。

技术领域

本发明属于计量领域，具体涉及一种周期信号有效值测量电路，用于测量任意周期信号的有效值。

背景技术

周期信号有效值测量在仪器仪表、信号处理和测控领域具有重要的作用，是电学参数测量的重要组成部分。周期信号有效值测量主要有以下几种方案：⑴通过测量周期信号的最大值(或平均值)及波形系数进而求出周期信号的有效值。该方案仅适用于一些特定的标准交流周期信号，诸如标准正弦信号、对称三角波信号等。这是因为对于标准正弦交流信号满足：对于对称三角波信号满足：因而可以通过测量最大值的方法计算出有效值。但这种方法只适用于特定的标准交流周期信号。⑵数值积分方案：即依据(其中：f_s为采样频率，T_s为采样周期，T为信号周期)。该方案必需采用高速高精度采样模块和进行浮点数的N次乘法运算、N次加法运算、1次除法运算和1次开方运算，因而会大量的占用CPU系统内存和运行时间，特别是实时性要求高的场合会存在问题。⑶采用傅里叶变换方法。由于任何周期信号都可以分解为直流量、基波及各次谐波分量的叠加，令其对应频率的有效值为A_i(i＝0,1,2,L,n)。其中，n为任意值，由计算精度及硬件实现能力约束。其对应的有效值计算公式为由于对周期信号进行FFT运算占用大量的内存资源，对硬件要求和软件算法均很高，并且其精度受截断频率n的制约，会大量的占用CPU系统内存和运行时间，从而导致精度与计算时间开销要折中考虑。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种周期信号有效值测量电路。本发明可有效检测交流或直流周期信号的真有效值，而且具有结构简单、成本低、精度高、测量速度快、可靠性高、实用性强等特点。

本发明的技术方案：

一种周期信号有效值测量电路，包括信号调理电路、加法电路、整形电路、频率-电压转换电路、放大电路、三角波发生电路、PWM调制电路、定时器、右移寄存器和有效值计算电路；

所述的信号调理电路的输入端与待测信号v(t)相连，用于对v(t)进行高频干扰的滤波和信号放大或衰减系数A；

所述的加法电路，与信号调理电路相连，用于将进行了滤波和调理之后的信号进行直流偏置V_DC得到信号v_p(t)；

所述的整形电路的输入端与待测信号v(t)相连，用于将v(t)进行信号转换，得到频率相同的矩形波信号；

所述的频率-电压转换电路，与整形电路相连，用于将v(t)的频率转换为电压信号V_F；

所述的放大电路，与频率-电压转换电路相连，用于将频率-电压转换电路转换后的电压信号V_F放大得到电压V_NF，满足：V_NF＝N×V_F，N为放大倍数；

三角波发生电路，与放大电路相连，用于将V_NF产生频率为N×F，电压幅值VCC的对称三角波信号V_tri；

PWM调制电路，与加法电路和三角波发生电路相连，用于将加法电路的输出信号v_p(t)与三角波发生电路的输出信号V_tri进行调制得到PWM信号V_PWM(t)；