[发明专利]一种精确确定积分式数字多用表带宽的采样方法及系统

说明书

一种精确确定积分式数字多用表带宽的采样方法，包括：由函数信号发生器输出频率可调的正弦电压输入信号，从低频到高频逐步改变输入信号的频率，同时所述函数信号发生器输出电压幅值保持恒定；当采样频率满足奈奎斯特采样定理时，则直接测量积分式数字多用表的幅频特性，以获得积分式数字多用表带宽；当采样频率小于两倍被测信号频率时，则采用分散采样法，根据采样点计算被测信号的幅值，频率越接近被测数字多用表的带宽频率时，使用越小的频率步进值，以使不确定度越小。本发明不仅精简了测试用设备和接线方案，提高了测量系统的便携性，而且结构简单，连接方便，成本低，稳定性好，满足工业检测需要。

技术领域

本发明涉及仪器仪表计量技术领域，尤其涉及一种精确确定积分式数字多用表带宽的采样方法及系统。

背景技术

数字化采样技术广泛应用于测量、控制、通讯、信息处理等各个领域。自然界中的物理量多为模拟量，因此需将模拟信号经过模数变换(ADC)后将模拟量转换成数字量进行运算、存储和信息传输，从而发挥计算机强大的运算和处理功能。各种数显式数字多用表通过传感器变换后多将非电类信号变换为电量进行测量。根据工作原理，这类数字多用表中的ADC可分为比较式和积分式两大类。目前市面上广泛应用的是德科技公司生产的3458A型8.5位数字多用表，即采用双斜积分原理进行电压电流信号的测量。

双斜积分型ADC的基本工作原理如下，首先对被测电压在一定时间内进行积分，然后再用同一个积分器对相反极性的基准电压进行反向积分直到积分器的输出返回零电平为止。这段反向积分的时间间隔与被测电压有关。然后利用电子计数器对此时间间隔进行数字编码，即可得到被测电压值。双斜积分的特点是抗干扰能力强，对于幅值对称的交流串模信号有很强的抑制能力，如果当积分时间为工频周期的整数倍时，对称的工频干扰信号可完全消除。此外，其对积分元件、时钟信号的准确度要求不高，且测量灵敏度可以达到很高的增益。这类数字多用表在精密计量领域可作为实验室的标准仪器。积分式数字多用表的输入通道可用一阶低通滤波器来描述，其输入输出的衰减系数为e_BP：

其中ω为被测信号的角频率，f为被测信号频率。当被测信号频率f＝f₀时，测量结果因数字多用表的带宽抑制衰减为输入信号幅值的0.707倍。而带宽限制引起的相位超前角度为：

请参阅图5，图5所示为带宽限制引起的相位超前现象图谱。当采用积分式数字多用表采样被测信号时，通过采样点计算得到的被测信号的初相位会因此出现角度超前，如果能确定数字多用表的带宽即可补偿被测信号的初始相位移。

但是，遗憾的是大多数数字多用表并不给出其带宽指标或仅给出了其带宽范围，即使给出了带宽范围，若要精确确定其数值，要求数字多用表的采样率至少应为其带宽的两倍以上，如是德公司生产的8.5位数字多用表在直流电压采样模式下规定其带宽不小于150kHz，但此时最大采样率仅为100kps，远远小于300kHz的最低要求。

带宽的指标在仪器生产调试阶段进行测试，一旦整机完成后难以再通过后期的幅频测量方法精确测试数字多用表的带宽。目前的测量方法仍然是在低频下测量数字多用表的幅频特性，再通过系统的输入输出模型推导到信号幅值衰减到-3dB时的频率。这种间接测量方法造成带宽推导结果的不确定度很大。

发明内容

本发明之第一目的是针对现有技术中，大多数数字多用表未给出其带宽指标或仅给出了其带宽范围，即使给出了带宽范围，若要精确确定其数值，要求数字多用表的采样率至少应为其带宽的两倍以上，而现有仪器远不能满足上述要求，进而提供一种精确确定积分式数字多用表带宽的采样方法。

本发明之第二目的是针对现有技术中，大多数数字多用表未给出其带宽指标或仅给出了其带宽范围，即使给出了带宽范围，若要精确确定其数值，要求数字多用表的采样率至少应为其带宽的两倍以上，而现有仪器远不能满足上述要求，进而提供一种使用所述采样方法的系统。