[发明专利]一种基于量子电压的交流电压换向差分测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于量子电压的交流电压换向差分测量装置，其特征在于，包括顺次连接的光电换向开关、两个跟随器、两路电压抬升电路、差分驱动电路、滤波电路、A/D采样电路、FPGA时序控制电路和上位机及数据处理模块；

所述光电换向开关接入交流电压和交流量子电压，控制所述交流电压和交流量子电压的输出互换；

所述跟随器与光电换向开关和电压抬升电路连接，用于提高差分采样时的输入阻抗；

所述电压抬升电路，用于抬升输入信号的偏置电压，以使得输入到所述A/D采样电路中的信号全在零电位以上；

所述差分驱动电路，用于将经过所述两路电压抬升电路输出的信号转换成差分信号，并将所述差分信号送到所述滤波电路；

所述滤波电路，用于滤除所述差分信号中的共模和差模干扰信号；

所述A/D采样电路，用于在所述FPGA时序控制电路的控制下，将经过所述滤波电路的所述差分信号转换成数字信号，并将所述数字信号送到所述FPGA时序控制电路；

所述FPGA时序控制电路为所述A/D采样电路提供逻辑时序，并输出数据到所述上位机及数据处理模块；所述FPGA时序控制电路还连接所述光电换向开关，控制所述光电换向开关的切换；

所述上位机及数据处理模块储存所述光电换向开关换向前和换向后两次测量的差分信号，利用差分信号和交流量子电压重构被测交流电压，通过FFT运算获得两次差分信号的幅值，幅值的平均值为所述交流电压的电压幅值。

2.根据权利要求1所述的交流电压换向差分测量装置，其特征在于，所述跟随器为1:1跟随器。

3.根据权利要求1所述的交流电压换向差分测量装置，其特征在于，所述滤波电路的截止频率为300kHz。

4.一种使用权利要求1-3任一项所述的交流电压换向差分测量装置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：将交流电压接到光电换向开关的同相端，交流量子电压接到光电换向开关的反相端，经过电压抬升电路将交流电压和交流量子电压转换成在零电位以上的两路信号，经过差分驱动电路得到两路幅值大小相等、相位相差180度的差分信号；差分信号经过滤波电路后送到A/D采样电路，A/D采样电路将模拟信号转换成数字信号；

步骤2：A/D采样电路输出的数字信号通过FPGA逻辑时序电路送到上位机及数据处理模块进行存储，上位机及数据处理模块利用交流量子信号和差分信号重构出交流电压，通过FFT分析计算出交流电压的电压幅值；

步骤3：FPGA逻辑时序电路控制光电换向开关，将交流量子电压切换到同相端，交流电压切换到反相端，重复步骤1和步骤2，计算光电换向开关换向后的交流电压的电压幅值；

步骤4：计算换向前后交流电压的电压幅值的平均值，得到最终的交流电压的电压幅值。