專利名稱：用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及諧波檢測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路。具體地說(shuō)，針對(duì)電能計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行諧波檢測(cè)，混有諧波分量且頻率偏移的輸入信號(hào)不夠準(zhǔn)確的情況，采用頻率跟隨技術(shù)實(shí)現(xiàn)諧波檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集。
背景技術(shù)：
在電網(wǎng)中，隨著變頻設(shè)備和非線性設(shè)備的不斷增多，電壓并不是單一的頻率，混有越來(lái)越多的高頻成分，這些高頻分量對(duì)電網(wǎng)中的其他設(shè)備會(huì)造成嚴(yán)重的影響，當(dāng)高頻成分達(dá)到一定程度時(shí)，有可能出現(xiàn)嚴(yán)重的危害，因此，對(duì)電網(wǎng)中產(chǎn)生高頻成分的控制越來(lái)越重要，那么測(cè)量電網(wǎng)中諧波成分也相應(yīng)的受到重視。電網(wǎng)中的電壓在產(chǎn)生過(guò)程中會(huì)或多或少的產(chǎn)生偏差，并不是一直都是理想的50Hz，會(huì)在50Hz附近波動(dòng)，可能實(shí)際電網(wǎng)中的電壓基波頻率為49 51Hz，那么數(shù)據(jù)采集就會(huì)出現(xiàn)困難，或是采集到的數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確反映實(shí)際情況，在后續(xù)計(jì)算過(guò)程中會(huì)造成比較大的誤差。在現(xiàn)有的電能測(cè)量系統(tǒng)中，對(duì)諧波的測(cè)量總是存在誤差，造成誤差的原因有很多，最重要的一個(gè)誤差原因就是在諧波檢測(cè)時(shí)輸入的原始采集數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，這樣不管后面的計(jì)算怎么精確，都會(huì)存在較大誤差，因此，提出一種提高輸入采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的方法就顯得
至關(guān)重要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率變化的諧波檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集，從而方便后續(xù)的諧波檢測(cè)計(jì)算。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:—種用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，采集模擬信號(hào)，包括依次連接的過(guò)采樣調(diào)制器、第一梳狀濾波器、第一高通濾波器、頻率計(jì)算電路、分頻器、第二梳狀濾波器以及第二高通濾波器，所述過(guò)采樣調(diào)制器還連接所述第二梳狀濾波器，其中:所述頻率計(jì)算電路包括連接所述第一高通濾波器和分頻器的計(jì)數(shù)器，以及連接所述第一高通濾波器和計(jì)數(shù)器的過(guò)零檢測(cè)電路。上述的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，其中，所述過(guò)采樣調(diào)制器，接收所述模擬信號(hào)并將其量化，轉(zhuǎn)換為脈沖密度調(diào)制信號(hào)，分別輸出給所述第一梳狀濾波器和第二梳狀濾波器；第一梳狀濾波器，根據(jù)固定的過(guò)采樣率對(duì)接收的所述脈沖密度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，得到第一數(shù)字碼，輸出給所述第一高通濾波器；第一高通濾波器，濾除所述第一數(shù)字碼中的直流分量，將濾波后的第一數(shù)字碼輸出給所述過(guò)零檢測(cè)電路和計(jì)數(shù)器；過(guò)零檢測(cè)電路，對(duì)濾波后的第一數(shù)字碼進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，產(chǎn)生過(guò)零控制信號(hào)給所述計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)器，結(jié)合系統(tǒng)時(shí)鐘對(duì)濾波后的第一數(shù)字碼進(jìn)行計(jì)數(shù)，在接收到所述過(guò)零控制信號(hào)時(shí)輸出計(jì)數(shù)器的值，即濾波后的第一數(shù)字碼的頻率，并將計(jì)數(shù)器清零；分頻器，根據(jù)所述濾波后的第一數(shù)字碼的頻率得到相應(yīng)的分頻數(shù)，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，得到過(guò)采樣時(shí)鐘，并將該過(guò)采樣時(shí)鐘輸出給所述第二梳狀濾波器；第二梳狀濾波器，根據(jù)所述過(guò)采樣時(shí)鐘，對(duì)所述脈沖密度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，得到第二數(shù)字碼，輸出給所述第二高通濾波器；第二高通濾波器，濾除所述第二數(shù)字碼中的直流分量，輸出濾波后的第二數(shù)字碼。上述的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，其中，所述第一數(shù)字碼和第二數(shù)字碼均采用二進(jìn)制補(bǔ)碼。上述的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，其中，所述脈沖密度調(diào)制信號(hào)為TOM碼。上述的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，其中，所述頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路還包括一連接在所述過(guò)采樣調(diào)制器和第二梳狀濾波器之間的延時(shí)電路。本實(shí)用新型的有益效果是:電能計(jì)量系統(tǒng)(尤其全電子式電能表)進(jìn)行諧波檢測(cè)，本實(shí)用新型針對(duì)混有諧波分量且頻率偏移的輸入信號(hào)，采用頻率跟隨技術(shù)，即根據(jù)輸入信號(hào)基波頻率改變AD (模/數(shù))轉(zhuǎn)換過(guò)程中過(guò)采樣率，使AD轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)在基波信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)一樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率變化的輸入信號(hào)的準(zhǔn)確采集。同時(shí)，本實(shí)用新型抗噪性強(qiáng)，精確度高。

圖1是本實(shí)用新型的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型中頻率計(jì)算電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型中分頻器的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型整體上是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，但是由于輸入模擬信號(hào)頻率偏移，若使用固定過(guò)采樣率，輸出數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)在單位周期內(nèi)隨著頻率的變化而變化，在諧波檢測(cè)中現(xiàn)在常使用FFT變換(快速傅里葉變換)，要求輸入數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)固定，若單位周期內(nèi)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)不固定，那么FFT變換輸入數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，將會(huì)使計(jì)算結(jié)果有很大誤差，而這種誤差也不能從根本上修正，嚴(yán)重影響測(cè)量精度，因此使用隨頻率變化的過(guò)采樣率得到單位周期內(nèi)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)固定的采樣數(shù)據(jù)就會(huì)大大降低諧波檢測(cè)的誤差，提高精度。請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，采集模擬信號(hào)，包括依次連接的過(guò)采樣調(diào)制器1、第一梳狀濾波器2、第一高通濾波器3、頻率計(jì)算電路
4、分頻器5、第二梳狀濾波器6以及第二高通濾波器7，過(guò)采樣調(diào)制器I還連接第二梳狀濾波器6,其中:過(guò)采樣調(diào)制器I接收模擬信號(hào)并將其量化，轉(zhuǎn)換為PDM碼(PluseDensityModulation Signal,脈沖密度調(diào)制信號(hào)),分別輸出給第一梳狀濾波器2和第二梳狀濾波器6 ;PDM碼反映了輸入的模擬信號(hào)的平均值，PDM碼的值要么為O，要么為1，其密度反映了輸入信號(hào)值的大小，PDM碼越密(I多)，輸入信號(hào)的值越大，相反，PDM碼越疏(O多)，輸入信號(hào)的值越小；第一梳狀濾波器2根據(jù)固定的過(guò)采樣率，對(duì)接收的脈沖密度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，得到第一數(shù)字碼，輸出給第一高通濾波器3 ;所述固定的過(guò)采樣率對(duì)應(yīng)輸入的模擬信號(hào)的中心頻率(本實(shí)施例中，中心頻率是50Hz，對(duì)應(yīng)電網(wǎng)頻率)；第一高通濾波器3濾除第一數(shù)字碼中的直流分量，減少AD轉(zhuǎn)換帶來(lái)的直流誤差，然后將濾波后的第一數(shù)字碼輸出給頻率計(jì)算電路4 ；以便頻率計(jì)算電路4準(zhǔn)確判斷過(guò)零點(diǎn)，使頻率計(jì)算時(shí)計(jì)數(shù)準(zhǔn)確；頻率計(jì)算電路4用于計(jì)算濾波后的第一數(shù)字碼的頻率(即:輸入的模擬信號(hào)的頻率)，將該頻率輸出給分頻器5 ;請(qǐng)參閱圖2，頻率計(jì)算電路4包括連接第一高通濾波器3和分頻器5的計(jì)數(shù)器41，以及連接第一高通濾波器3和計(jì)數(shù)器41的過(guò)零檢測(cè)電路42，其中:過(guò)零檢測(cè)電路42對(duì)濾波后的第一數(shù)字碼進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，產(chǎn)生用于計(jì)數(shù)的過(guò)零控制信號(hào)給計(jì)數(shù)器41 ;計(jì)數(shù)器41根據(jù)接收的過(guò)零控制信號(hào)，結(jié)合系統(tǒng)時(shí)鐘，對(duì)濾波后的第一數(shù)字碼進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出第一數(shù)字碼的頻率，即輸入的模擬信號(hào)的頻率，具體原理如下:一個(gè)周期內(nèi)信號(hào)有兩次過(guò)零，一次是從負(fù)值到正值，一次是從正值到負(fù)值，整個(gè)第一數(shù)字碼的過(guò)零信號(hào)一直是這樣交替出現(xiàn)。本實(shí)施例中，數(shù)字碼采用二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示，最高位是符號(hào)位，I表示負(fù)數(shù)，O表示正數(shù)。通過(guò)判斷連續(xù)兩個(gè)數(shù)字碼最高位(本實(shí)施例中，使用24位二進(jìn)制補(bǔ)碼表示數(shù)字碼，最高位即為第24位)產(chǎn)生過(guò)零信號(hào)。數(shù)字碼經(jīng)過(guò)一個(gè)寄存器即可實(shí)現(xiàn)一個(gè)時(shí)鐘的延時(shí)，不經(jīng)過(guò)寄存器與經(jīng)過(guò)寄存器的兩個(gè)數(shù)據(jù)即可作為控制信號(hào)產(chǎn)生依據(jù)。在數(shù)字碼從負(fù)值變到正值時(shí)產(chǎn)生過(guò)零控制信號(hào)，而從正值變到負(fù)值是不產(chǎn)生過(guò)零控制信號(hào)，那么連續(xù)兩個(gè)過(guò)零控制信號(hào)之間即為一個(gè)周期。結(jié)合系統(tǒng)時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器41對(duì)濾波后的第一數(shù)字碼進(jìn)行計(jì)數(shù)，在接收到過(guò)零控制信號(hào)時(shí)輸出計(jì)數(shù)器的值，并且將計(jì)數(shù)器清零，開(kāi)始下一個(gè)周期的計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器41輸出值即為輸入的模擬信號(hào)的頻率；分頻器5根據(jù)接收的頻率得到相應(yīng)的分頻數(shù)，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，得到過(guò)采樣時(shí)鐘，并將該過(guò)采樣時(shí)鐘輸出給第二梳狀濾波器6 ;分頻器5采用現(xiàn)有市場(chǎng)中的分頻器；本實(shí)施例中，分頻器5由頻率分頻數(shù)轉(zhuǎn)換電路51和分頻電路52構(gòu)成，請(qǐng)參閱圖3，其中，頻率分頻數(shù)轉(zhuǎn)換電路51將接收的頻率轉(zhuǎn)換為分頻數(shù)，然后由分頻電路52根據(jù)分頻數(shù)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，得到過(guò)采樣時(shí)鐘；本實(shí)施例中，頻率分頻數(shù)轉(zhuǎn)換電路51實(shí)際上就是一個(gè)譯碼電路，將不同范圍段的頻率值對(duì)應(yīng)于不同的分頻數(shù)，所以頻率值在一定的誤差范圍內(nèi)得到的分頻數(shù)實(shí)際上是一個(gè)值，因此，第一梳狀濾波器2使用固定的過(guò)采樣率不會(huì)影響到分頻數(shù)也是基于這個(gè)原因，只要根據(jù)固定過(guò)采樣率得到的數(shù)字碼計(jì)算出的頻率值在精度要求的分辨率內(nèi)即可；第二梳狀濾波器6根據(jù)過(guò)采樣時(shí)鐘對(duì)接收的脈沖密度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，得到第二數(shù)字碼，輸出給第二高通濾波器7 ;第二梳狀濾波器6使用兩個(gè)時(shí)鐘，一個(gè)是系統(tǒng)時(shí)鐘，一個(gè)是過(guò)采樣時(shí)鐘，過(guò)采樣時(shí)鐘是根據(jù)輸入的模擬信號(hào)的頻率變化而變化的，這樣不管模擬信號(hào)頻率怎么變化，第二梳狀濾波器6輸出的第二數(shù)字碼在輸入的模擬信號(hào)單位周期內(nèi)的個(gè)數(shù)總是固定的，從而實(shí)現(xiàn)固定單位周期內(nèi)采樣數(shù)據(jù)的目的。第二高通濾波器7濾除第二數(shù)字碼中的直流分量，輸出濾波后的第二數(shù)字碼，使得輸入后續(xù)諧波檢測(cè)部分的數(shù)據(jù)只含有諧波成分，使其運(yùn)算較準(zhǔn)確。另外，實(shí)際上第二梳狀濾波器6需要的過(guò)采樣時(shí)鐘并不是與其輸入數(shù)據(jù)(脈沖密度調(diào)制信號(hào))完全同步，也就是說(shuō)，第二梳狀濾波器6所用的過(guò)采樣時(shí)鐘是以前的輸入信號(hào)(脈沖密度調(diào)制信號(hào))的數(shù)據(jù)計(jì)算得到的，但是在實(shí)際電網(wǎng)中頻率偏移變化的比較慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于頻率計(jì)算過(guò)程所需要的時(shí)間，這樣頻率計(jì)算造成的延時(shí)就基本上沒(méi)有影響。如果要嚴(yán)格的保持一致，可以在第二梳狀濾波器6之前加入延時(shí)電路(圖中未示)。本實(shí)用新型通過(guò)在原有過(guò)采樣AD轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上添加頻率計(jì)算模塊并將得到的頻率值反饋給梳狀濾波器而實(shí)現(xiàn)，即各部件均通過(guò)市面常用且易于采購(gòu)的產(chǎn)品或者現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)。以上實(shí)施例僅供說(shuō)明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求1.一種用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，采集模擬信號(hào)，其特征在于，包括依次連接的過(guò)采樣調(diào)制器、第一梳狀濾波器、第一高通濾波器、頻率計(jì)算電路、分頻器、第二梳狀濾波器以及第二高通濾波器，所述過(guò)采樣調(diào)制器還連接所述第二梳狀濾波器，其中: 所述頻率計(jì)算電路包括連接所述第一高通濾波器和分頻器的計(jì)數(shù)器，以及連接所述第一高通濾波器和計(jì)數(shù)器的過(guò)零檢測(cè)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，其特征在于， 所述過(guò)采樣調(diào)制器，接收所述模擬信號(hào)并將其量化，轉(zhuǎn)換為脈沖密度調(diào)制信號(hào)，分別輸出給所述第一梳狀濾波器和第二梳狀濾波器； 第一梳狀濾波器，根據(jù)固定的過(guò)采樣率對(duì)接收的所述脈沖密度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，得到第一數(shù)字碼，輸出給所述第一高通濾波器； 第一高通濾波器，濾除所述第一數(shù)字碼中的直流分量，將濾波后的第一數(shù)字碼輸出給所述過(guò)零檢測(cè)電路和計(jì)數(shù)器； 過(guò)零檢測(cè)電路，對(duì)濾波后的第一數(shù)字碼進(jìn)行過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，產(chǎn)生過(guò)零控制信號(hào)給所述計(jì)數(shù)器； 計(jì)數(shù)器，結(jié)合系統(tǒng)時(shí)鐘對(duì)濾波后的第一數(shù)字碼進(jìn)行計(jì)數(shù)，在接收到所述過(guò)零控制信號(hào)時(shí)輸出計(jì)數(shù)器的值，即濾波后的第一數(shù)字碼的頻率，并將計(jì)數(shù)器清零； 分頻器，根據(jù)所述濾波后的第一數(shù)字碼的頻率得到相應(yīng)的分頻數(shù)，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻，得到過(guò)采樣時(shí)鐘，并將該過(guò)采樣時(shí)鐘輸出給所述第二梳狀濾波器； 第二梳狀濾波器，根據(jù)所述過(guò)采樣時(shí)鐘，對(duì)所述脈沖密度調(diào)制信號(hào)進(jìn)行積分，得到第二數(shù)字碼，輸出給所述第二高通濾波器； 第二高通濾波器，濾除所述第二數(shù)字碼中的直流分量，輸出濾波后的第二數(shù)字碼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，其特征在于，所述第一數(shù)字碼和第二數(shù)字碼均采用二進(jìn)制補(bǔ)碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，其特征在于，所述脈沖密度調(diào)制信號(hào)為PDM碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，其特征在于，所述頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路還包括一連接在所述過(guò)采樣調(diào)制器和第二梳狀濾波器之間的延時(shí)電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于諧波檢測(cè)的頻率跟隨數(shù)據(jù)采集電路，包括依次連接的過(guò)采樣調(diào)制器、第一梳狀濾波器、第一高通濾波器、頻率計(jì)算電路、分頻器、第二梳狀濾波器以及第二高通濾波器，所述過(guò)采樣調(diào)制器連接所述第二梳狀濾波器，所述頻率計(jì)算電路包括連接所述第一高通濾波器和分頻器的計(jì)數(shù)器，以及連接所述第一高通濾波器和計(jì)數(shù)器的過(guò)零檢測(cè)電路。本實(shí)用新型將輸入數(shù)據(jù)通過(guò)頻率跟隨在過(guò)采樣AD轉(zhuǎn)換的梳狀濾波電路中改變過(guò)采樣率，讓該過(guò)采樣率根據(jù)輸入信號(hào)的頻率變化，從而保證諧波檢測(cè)輸入數(shù)據(jù)在單位周期內(nèi)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)固定，使得計(jì)算誤差較小。
文檔編號(hào)G01R23/16GK202998069SQ20122072663
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者沈祥, 韓明 申請(qǐng)人:上海貝嶺股份有限公司