[发明专利]微型计算机瞬变信号分析技术

说明书

微型计算机瞬变信号分析技术属于微机数据采集、分析技术领域、瞬变信号测量、分析技术是医学、工业电子学等领域的基础测量技术。随着微机技术的普及，利用微机测量医学上的人体生理电信号，工业生产中的振动信号，电子技术中的各种波形电信号，电力系统中的正弦工频信号和其它低频信号时，通常的方法是先将这一信号变为直流进行测试，而对频率、相位，还要经过不同的变换电路，才能送入微机测量电路。如测同频率的两个信号的相位差时，先把两个信号输入相位比较电路，产生一个与相位差成比例的电压送入A/D转换电路，测出电压值、换算出相位差。测周期和频率时，要把周期信号通过波形变换电路，变成方波，用计数器计数一段时间内的方波数，即可求得周期频率。山东矿院在山东省自动化学术会议上（90年）所介绍的电力信号微机测量系统即为此例。这种方法进行波形变换使电路复杂，系统测量误差增大。

本发明旨在使瞬变信号不失真的条件下，直接被输入微机接口电路，由微机控制A/D转换，数据采集。利用软件分析技术获取瞬变信号的各种参数。

本发明包括IBM-PC机一套、多路电子模拟开关、二路放大采样保持电路、二路A/D转换电路、地址译码器、指令译码器。接口电路与电子开关、放大电路、采样保持电路相连，与A/D转换芯片构成一块A/D转换电路板，插入PC机扩展槽中，PC机槽口上同时有两块这样的电路板。

利用与上述硬件系统配套的应用软件，输出控制指令选通数据线，选通电子模拟开关，同时启动两路A/D转换电路，使传感器上检测到的瞬变电信号被无失真的送到接口电路，信号幅度放大或衰减成±5V以内。由采样保持电路送入A/D转换电路，然后微机交叉的读入两路A/D数字信号。将一组密集采样的数据顺序存入内存中，再利用软件分析技术分析数据，获取被测信号的有效值、相位差、频率等波形参数。

任一瞬变信号的有效值，就是该信号对时间的积分再求平均值。对不规则信号或有畸变的周期信号，均可采用这种方法。本发明采用连续密集采样一组数据，将这组数据叠加再平均，即求得该信号的有效值。对于规则波形，可直接利用瞬时值与有效值的函数关系计算出来。例如：正弦信号的有效值V＝Vmax/1.414，而Vmax是瞬时值中的最大值，检索出最大值即可求得有效值。

任一瞬变信号频率、周期的测量，不需要传统的波型整形电路、计数电路。因为内存中瞬变信号的采样值都是瞬时值，而瞬时值符号变化的周期即为被测信号的周期。只要检索出被测信号相邻符号变化点之间的时间作为信号的半周期，利用周期与频率的倒数关系计算频率。

两同频瞬变信号相位差的测量，不需要传统的相位比较电路，而是利用软件同时启动两路A/D，然后异步交叉的读入两个被测信号的瞬时值，进行数据分析。两个信号过零点之间的时间差，等于两采样信号相邻符号变化点之间的时间差。然后把时间差变换为相位差。

图1是硬件结构连接图，其中按编号为：

1.被测瞬变信号源

2.CD4067模拟电子开关

3.放大、采样保持电路

4.指令译码控制元件

5.反馈电阻

6.A/D574芯片

7.PC微机扩展槽口

8.地址译码元件

图2是求取被测信号有效值、相位差、频率波形参数的软件主程序流程图。其中依次为：

9.系统开工

10.定义变量

11.调汇编子程序

12.子程序返回

13.数据区检索

14.计算被测信号瞬时值

V（i）  第i次采样电压瞬时值

I（i）  第i次采样电流瞬时值

15.V（i）的最大值检索

16.有效值计算  V＝Vmax/1.414

17.求电压、电流信号瞬时值的符号值

18.如果第i次采样的数据符号与第j不同，则为符号变化点或过零点

19.求出相邻符号变化点，计算周期频率。T＝（H-j）＊τ＊2

20.求相位差。ψ＝Ky＊（n-j）

21.计算功率因数COSψ

22.计算有功功率P＝IVCOSψ

23.计算电度W＝pt

24.循环往复第十一步至二十步

图3是瞬变信号采样子程序框图，其中依次为：

25.同时启动两路A/D

26.读第一路低八位数据

27.读第一路高四位数据

28.读第二路低八位数据

29.读第二路高四位数据

30.计数器为零吗？