專利名稱：通過內插法使用固定頻率模數轉換量化所采樣的輸入的制作方法
技術領域：
本文中所公開的方面大體上涉及功率監(jiān)測系統，并且特別涉及借助內插法通過在固定頻率模數轉換器上獲得的數據更有效地處理來自電壓或電流信號的數據的系統。背景基于微處理器的電力系統積累關于它們被連接到的配電系統以及電力設備本身的大量信息?，F今的公用設施監(jiān)測系統為終端用戶提供了借助自動監(jiān)測裝置遠程地監(jiān)測各種設備的能力。當補償系統以減少諧波含量以及用于其它故障檢修目的時，頻譜信息被使用。典型的監(jiān)測裝置，例如數字功率計，使用模數(A/D)轉換器和微處理器，并且因此，所有的分析在離散的時域或數字域中完成。輸入信號(如電流或電壓)被A/D轉換器數字化，該A/D轉換器以由可調的頻率數字時鐘確定的采樣率工作。為了采樣信號的一個整數數量的周期(假設采樣率在采樣窗口期間保持恒定)，必要的是，采樣率和信號的頻率被整體地相關。通過測量輸入信號的頻率并然后使該頻率乘以某個整數使得滿足Nyquist要求和其它系統約束，由此確定所需的采樣率。因為可調的采樣時鐘不具有無限的精度，所以對于某些輸入頻率，不可能將該可調的采樣時鐘設定為所需的頻率。通過識別功率信號的波形的零交叉點并確定這些零交叉點之間的時間間隔，可以測量系統電壓的基本周期。該基本周期的倒數是所測量的頻率，且所需的采樣頻率是所測量的頻率的倍數。然而，實際的采樣頻率由可調頻率的數字時鐘控制，所述可調頻率的數字時鐘不是無限可變的并且不能夠被很容易地使用必要的精確的程度來控制，以實現在最大允許誤差內(例如，±0.03%)的實際的采樣頻率。主要有兩種方法被用于采樣電力系統中的電壓和電流，以便進行功率/能量測量和電力質量測量(諧波等)。一種方法是以恒定的采樣率操作模數(A/D)轉換器并對電壓和電流樣本加窗(window)，以便在一定程度上減輕非同步采樣的影響。這些影響主要包括不準確的RMS值(以及因此的不準確的功率和能量)和以相對于采樣率的某些頻率的不準確的諧波測量結果。另一種方法是通過使用硬件或固件來控制采樣，以同步地采樣輸入。加窗的方法需要使每個電壓和電流通道上的每個樣本乘以該采樣索引處的窗函數值。隨著采樣率增加，這需要大量的處理器帶寬和存儲能力。同步采樣可使用硬件或固件實現。與固件解決方案相比時，控制硬件中的采樣通常會增加成本，除非處理器上的負載需要更昂貴的處理器。有兩種通過固件的使用實現同步采樣的方式。一種方式是處理器控制A/D轉換器的采樣率。另一種方式是以恒定的采樣率操作A/D轉換器并重新采樣固件中的數據。例如，某些設備中的采樣率的硬件控制取決于A/D轉換器的使用，例如Σ-Λ型A/D轉換器，且采樣時鐘必須在約IMHz和4MHz之間工作。因此，通過固件獲得時鐘的高精度控制是困難的。使用Σ-Λ模數轉換器提供同步采樣證明比使用逐次逼近(SAR)模數轉換器明顯更復雜。數字時鐘定時器不容許無限的采樣時間間隔分辨率。所得到的分辨率是相對差的，且誤差根據采樣頻率與電源頻率的比值的分數部分的大小而增加。因此，具有提供了同步采樣同時有效地使用計算和內存資源的準確的采樣協議將是有益的。發(fā)明簡述跟蹤系統頻率中的小的偏移例如在以60Hz供給交流電的電力系統中是重要的，以確保由該系統內的監(jiān)測點測量到的電流或電壓與頻率偏移同步。當數據測量結果未跟蹤系統頻率時，誤差可能在整個系統中傳播，影響基于原始數據測量結果的進一步計算和分析的完整性。本公開提出做一些反直覺的措施——以使模數轉換器的時鐘頻率被固定并獨立于系統頻率。因此，采樣率總是固定的。本公開提出使用內插算法對由模數轉換器按所述采樣率產生的數據的子集重新采樣。根據一個實例，公開了一種將監(jiān)測裝置中所量化的采樣的數據同步到系統頻率的方法。在以根據固定頻率時鐘的固定頻率采樣的模數轉換器中接收可變頻率輸出信號。以固定頻率采樣輸出信號，以產生相應的高速樣本。在預定的時間段期間來自模數轉換器的一組初始的高速樣本被暫時存儲。所述一組初始的高速樣本被內插，以從初始組的高速樣本產生預定的時間段期間的一組較少的低速樣本。所述一組低速樣本被存儲為可變頻率輸出信號的代表。另一實例是一種用于對由監(jiān)測裝置測量到的可變頻率數據進行有效采樣的系統。該系統包括固定頻率時鐘和耦合到所述固定頻率時鐘的模數轉換器。模數轉換器以固定頻率采樣由監(jiān)測裝置接收到的可變頻率輸出信號，所述固定頻率由所述固定頻率時鐘確定?？刂破鞅获詈系侥缔D換器的數字輸出端。所述控制器在預定的時間段期間從由模數轉換器從可變頻率輸出信號中獲得的樣本中獲取一組初始高速樣本點?？刂破鲝脑摮跏冀M的高速樣本點生成一組低速樣本點。所述一組低速樣本點少于所述一組高速樣本點，且通過內插在所述一組高速樣本點之間而生成。另一實例是具有所存儲的用于同步監(jiān)測裝置中的所量化的采樣的數據的指令的非臨時性機器可讀介質。所述監(jiān)測裝置包括以固定頻率采樣可變頻率輸出信號的模數轉換器。所述介質包括機器可執(zhí)行代碼，當由至少一個機器執(zhí)行時，所述可執(zhí)行代碼使所述機器在預定的時間段期間存儲來自所述模數轉換器的一組初始高速樣本。所述代碼使所述機器內插所述一組初始高速樣本，以從初始組高速樣本生成所述固定的時間窗口期間的一組較少的低速樣本。所述代碼使所述機器將所述一組低速樣本存儲為可變頻率輸出信號的代表。鑒于參照附圖對各種實施方式的詳細描述，本發(fā)明的上述及另外的方面對本領域那些普通技術人員來說將是明顯的，附圖的簡述將在下面被提供。附圖簡述在閱讀以下詳細描述并參照附圖后，本發(fā)明的上述及其它優(yōu)點將變得明顯。

圖1是使用了由固定頻率時鐘驅動的模數轉換器的監(jiān)測裝置的功能框圖；圖2是示出了由圖1中的監(jiān)測裝置使用的較高的采樣率和內插的較低的采樣率數據點的曲線圖；圖3A-3B是根據本文中所公開的方面用于內插來自從固定時鐘、模數轉換器中獲得的數據點的數據點的示例性算法的流程圖；圖4A-4B是根據本文中所公開的方面用于內插來自從固定時鐘、模數轉換器中獲得的數據點的數據點的另一示例性算法的流程雖然本發(fā)明可能有各種修改和替代形式，但是特定的實施方式已借助實例在附圖中被示出并且將在本文中被詳細描述。然而，應理解，不旨在將本發(fā)明限制于所公開的特定形式。相反，本發(fā)明是要覆蓋落入如所附的權利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內的所有修改、等價和替換。詳細描述圖1示出了監(jiān)測裝置100，其是用于測量電氣系統102中的電氣特性的儀表。在該實例中，監(jiān)測裝置100可以是功率計或電路監(jiān)測器。該實例中的電氣系統102是被監(jiān)測裝置100監(jiān)測的公用設施系統，在該實例中，其可以是由首字母簡略詞WAGES特指的或水、通風、燃氣、電或蒸汽五個公用設施中的任一種。所測量到的特性，其可包括電流、電壓、頻率、功率、能量、每分鐘的體積、體積、溫度、壓力、流速或水、通風、燃氣、電或蒸汽公用設施中的其它特性，被記錄為與這樣的測量結果有關的輸出數據。裝置100能夠將數據存儲在板載存儲器中，并且能夠通過網絡與數據收集系統通信以將測量到的特性傳輸到數據收集系統用于顯示、存儲、報告、報警及其它功能。監(jiān)測裝置100測量公用設施的特性，例如電壓信號，并且將這些特性量化成可由軟件進一步分析的數據。在電氣背景下，監(jiān)測裝置100可以是從施耐德電氣公司可得到的PowerLogic 系列 3000/4000 電路監(jiān)測器或 PowerLogic 10N7550/7650 功率和能量儀或PM5XXX系列儀表，或任何其它合適的監(jiān)測裝置，例如智能電子裝置(IED)、計量裝置或功率計。監(jiān)測裝置100包括控制器104、閃存106、DRAM存儲器108、模數轉換器(ADC) 110、輸入端口 112、以太網接口 114和時鐘116。以太網接口 114具有一個或多個板上以太網端口，例如，一個用于10/100兆的TX雙絞線連接，而另一個用于100兆的FX連接。以太網接口 114可以耦合到網絡，用于傳輸從監(jiān)測裝置100測量到的數據。同樣地，來自系統例如圖1中的電氣系統102的監(jiān)測點的數據可被耦合到耦合于輸入端口 112的線。在該實例中，監(jiān)測點是可變頻率電氣輸出信號的所測量的大小。圖1中的控制器104收集、存儲并分配由監(jiān)測裝置100記錄的來自輸入端口 112的數據(即，其指示公用設施特性)。不同的操作指令被燒寫入閃存106中，以操作控制器104。從電氣輸出信號中獲取的所收集的數據，例如測量到的電流值或電壓值，可被存儲在存儲器108中的緩沖器和寄存器中并且可通過接口 114被用戶訪問。模數轉換器(ADC) 110將從功率信號中測量到的所采樣的輸出信號從模擬域轉換到數字域，即，由連續(xù)量例如電流或電壓表示的信號被轉換為由數字的序列表示的信號。在該實例中，模數轉換器Iio是Μ0Ρ3909Σ-Λ型模數轉換器。因此，該A/D轉換器110為控制器104供給了在已知采樣頻率(速率)fs處的一系列原始樣本OS(I), OS (2)，OS (3)...0S (m)。時鐘116被耦合到模數轉換器110。時鐘116以恒定或固定的頻率運行，并且因此，模數轉換器110的采樣頻率基于時鐘116的頻率被固定。在固定的預定時間段期間，每組樣本由模數轉換器110獲取。在該實例中，控制器104根據最初從圖1中的模數轉換器110中獲得的一組高速數據樣本創(chuàng)建一組低速樣本的低速樣本索引。伴隨預定的時間段，有比初始的高速樣本更少的低速樣本。低速樣本索引將準確度保留為用于信號分析的輸出信號的表示，但不需要與高速數據樣本的分析和處理所需要的計算資源和存儲器空間一樣多的計算資源和存儲器空間。當所需的低速樣本索引的點不與相應的高速索引的點精確重合時，線性內插法被用于確定樣本值。線性內插法的過程可以例如根據特此通過引用并入的美國專利第7，444，249號來執(zhí)行。當內插的低速樣本值是需要的時，它將在所述預定的時間段期間落在兩個高速樣本的時間之間的時間。該時間通過比較基于固定采樣頻率和可變頻率輸出信號的所測量到的頻率的模數轉換器110讀取高速樣本的時間來確定，所述測量到的頻率將所述預定的時間段分成了所需數量的低速樣本之間的時間間隔。任何給定的低速樣本可能落在兩個高速樣本的時間之間，且內插法被用于確定低速樣本的值。使第一高速樣本的值和第二高速樣本的值之間的差值乘以反映了低速樣本出現的兩個高速樣本的時間之間的分數時間的分數值。該結果然后被添加到第一高速樣本的值以獲得內插的值，該內插的值被控制器104存儲為低速樣本的值?；诜抡娼Y果，線性內插法提供了準確度和用于建立低速索引的處理器開銷之間的良好的折衷。術語高速和低速分別指實際輸入采樣率和抽取率。高速樣本被暫時存儲，并在它們已被用于確定低速樣本的內插法后丟棄，從而節(jié)省內存。只有足以獲得一個低速樣本值的高速樣本的子集在給定的時間段被暫時存儲在存儲器中。由于只有較小數量的低速樣本值被存儲，所以丟棄大部分的高速值使存儲器效率最大化。在該實例中，輸入高速采樣率被假定為3.58MHz/256 (13.984KHz)，這是示例性模數轉換器110的輸出數據速率。在該實例中，MCP3909型式的模數轉換器由固定頻率的時鐘例如按3.58MHz的固定頻率的時鐘116運行，這是被規(guī)定用于MCP3909型式的模數轉換器的性能規(guī)格的時鐘頻率。因此，每256個時鐘周期，樣本被獲取一次。當然，可以使用其它類型的以不同的固定時鐘頻率操作的模數轉換器。在該時鐘速率下，在模數轉換器110的輸入端,每個周期的高速樣本的數量對于50Hz的頻率輸入信號為279.7，而對于60Hz的頻率輸入信號為233.1?；谒璧男阅芎吞幚砥鏖_銷，抽取后的速率可以是每個周期32、64或128個低速樣本。圖2是重新采樣算法的數據輸出和輸入的一個實例的電壓曲線圖200，該重新采樣算法被應用于接收到的可變頻率電壓信號202，對于每周期64個樣本的低速采樣率，該接收到的可變頻率電壓信號202目前的頻率在60Hz。圖2示出了如符號204所示的多個高速樣本。如符號204所示，在該實例中，模數轉換器110每個周期獲取233次高速樣本。圖2還包括由符號206表示的多個以低速采樣率重新采樣的值。重新采樣的低速值206每個周期包括64個樣本。如將在下面描述的，從最接近的采樣的高速值204內插來得到重新采樣的低速值206。高速值204以固定頻率被獲取，該固定頻率取決于被耦合到圖1中的模數轉換器110的時鐘116的時鐘速率。輸入信號的頻率可以改變并由圖1中的控制器104周期性地確定以確定高速樣本的增量，以確定低速樣本中的每一個。因為不必采用可變的采樣頻率，所以獲得低速樣本值的算法大大簡化了Σ-Λ模數轉換器例如模數轉換器110的使用的硬件設計。獲得更低速值的內插法提供了與電力系統以及因此的輸出信號頻率有效地同步的采樣。為降低頻譜泄漏，同步采樣是重要的。該算法為系統頻率跟蹤提供了更精細的分辨率。更好的頻率分辨率改善了 RMS (均方根)、THD/thd (總諧波失真)和諧波識別精度。正如將由計算機、軟件和網絡技術領域的那些技術人員理解的，使用根據本文中所描述和示出的教導被編程的一個或多個通用計算機系統、通用處理器、微處理器、數字信號處理器、微控制器、例如特定應用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)、現場可編程邏輯器件(FPLD)、現場可編程門陣列(FPGA)的固定硬件裝置及類似器件，可以很方便地實現圖1中的控制器104。此外，兩個或多個計算系統或裝置可替代本文中所描述的控制器中的任何一個。因此，分布式處理的原理和優(yōu)點，例如冗余、重復等等，還可以如所希望的被實現，以提高本文所描述的控制器的魯棒性和性能。所述控制器還可以在一個計算機系統或多個計算機系統上被實現，其使用任何合適的接口機制和通信技術延伸跨越任何網絡環(huán)境，所述通信技術包括:例如以任何合適形式(例如，語音、調制解調器及類似形式)的電信、公共交換電話網絡(PSTN)、分組數據網絡(PDN)、互聯網、內聯網、它們的組合和類似技術?，F在將參照圖1、結合圖3A-3B所示的流程圖和可選地在圖4A-4B所示的流程圖中，描述所述實例重新采樣順序的操作。圖3A-3B和圖4A-4B中的流程圖代表用于從模數轉換器以固定頻率獲取的樣本中低速采樣的示例性機器可讀指令。在該實例中，機器可讀指令包括用于由如下裝置執(zhí)行的算法:Ca)處理器，(b)控制器，和/或(c) 一個或多個其它合適的處理裝置。該算法可被體現在存儲在非臨時性機器可讀媒介介質上的軟件中，諸如，例如，閃存、⑶-ROM、軟盤、硬盤驅動器、數字視頻(通用)盤(DVD)或其它存儲裝置，但本領域普通技術人員將很容易理解，整個算法和/或其部分可以可替代地由裝置而不是處理器執(zhí)行，并且/或者可以公知的方式被體現在固件或專用硬件中(例如，它可以由特定應用集成電路(ASIC)、可編程邏輯器件(PLD)、現場可編程邏輯器件(FPLD)、現場可編程門陣列(FPGA)、離散邏輯元件等實現)。所述介質存儲包括機器可執(zhí)行代碼的軟件，當由至少一個機器執(zhí)行時，該機器可執(zhí)行代碼執(zhí)行如下所描述的處理中的一些或全部。例如，重新采樣順序的組分中的任何組成部分或所有組成部分可由軟件、硬件和/或固件實現。此外，由圖3A-3B或圖4A-4B的流程圖表示的機器可讀指令中的一些或全部可被手動實現。另外，雖然實例算法是參照圖3A-3B和圖4A-4B所示的流程圖被描述的，但本領域的普通技術人員將很容易理解，可以可替代地使用許多其它實現該示例性機器可讀指令的方法。例如，框的執(zhí)行順序可被改變，和/或所描述的框中的某些框可被改變、去除或組合。圖3A-3B示出了由將高速固定頻率樣本轉換為用于模數轉換器的單個通道的更小的組的低速樣本的算法執(zhí)行的過程。該過程對于從模數轉換器接收到的數據的所有通道是相同的。該算法在圖1中的控制器104上運行?？刂破?04最初被上電，并且模數轉換器110被聯機以從電氣系統102中采樣電壓和電流信號(300)。存儲在存儲器106中的所述算法所需的變量被控制器104初始化(302)。在該實例中，所述變量包括最后一個高速寫入字段、高速緩沖器掩碼字段、最后一個低速寫入字段、低速緩沖器掩碼字段、第一樣本標志、偏移值、分數值和前一周期值中的分數。所述高速寫入字段保存從模數轉換器110中獲得的樣本的指針，且低速寫入字段保存所內插的低速樣本的指針。所述緩沖器掩碼字段包括被存儲在緩沖器中的多個點。在該實例中，十六個高速值被存儲，同時低速值的128個點被存儲。所述第一樣本標志是一個布爾值，其指示樣本是否是上電后的第一樣本。偏移值是用在前一周期的內插法中的最后一個高速樣本的高速緩存器中的位置。它在周期的末尾處被設置為等于Pt2。分數值是高速樣本點之間低速樣本被獲取的時間的分數。在該實例中，最后一個高速寫入字段指向高速緩沖器中的最后一個時隙中的值。分數和偏移量以及前一周期的分數被初始化為零。第一樣本標志被設置為YES (是)。指示讀取高速樣本的模數轉換器中斷由控制器104從模數轉換器110中接收(304)。來自模數轉換器110的高速樣本被存儲在高速樣本的緩沖器的一個中的存儲器108中(306)。如果第一樣本標志字段被設置為YES (308),則該標志被清除并設置成NO(310)。樣本數被設置為一(312)。第一高速樣本被復制到第一低樣本字段(314)。要推進(advance)的成比例的(scaled)高速樣本的數量被計算(316)。成比例的高速樣本的數量通過使樣本的數量乘以高速與低速采樣率的比值減去前一周期的分數來確定。高速與低速采樣率的比值從測量到的線路頻率和固定頻率確定，模數轉換器110以該固定頻率操作。所測量到的線路頻率由控制器104通過常規(guī)方法確定。存儲在閃存106上的操作固件會如所需要的頻繁測量線路頻率，以產生用功率誤差和諧波測量結果表示的由監(jiān)測裝置100監(jiān)測的信號的所需的性能。每當新的線路頻率被確定時，高速與低速采樣率的比值被重置。推進所需的樣本的整體數量由控制器104確定(318)。采樣間的時間間隔的分數部分基于樣本的整體數量和成比例的高速樣本的數量來計算(320)。第一個感興趣的點在高速緩沖器中的位置根據要推進的樣本的數量被添加到偏移量且所得結果與高速緩沖器掩碼進行邏輯AND(與)來計算(322)?？刂破?04確定分數值是否小于或等于零(324)。如果該分數值小于或等于零，則所需的低速樣本在時間上與高速樣本重合，且因此兩個高速點是一個并且是同一個(并且不需要內插法)(326)。如果該分數大于零(324)，則第二個感興趣的點是第一點之后的下一個樣本(328)。算法返回，等待來自模數轉換器110的下一次中斷(304)。如果第一樣本標志為NO (308)，則該算法確定最后一個高速寫入是否在第二個點處(330)。如果最后一個高速寫入不在所述第二個點處，則算法返回，并等待來自模數轉換器110的下一次中斷(304)。如果最后一個高速值在所述第二個點處(330)，則所需的低速樣本通過使所述分數值乘以點2處的樣本值和點I處的樣本值之間的差值來計算。所述結果然后被加到點I處的樣本的值中，以得到位于點I和點2處的高速樣本之間的低速值?？刂破?04確定樣本的位置是否是循環(huán)的最后一個樣本(334)。如果該樣本不是該循環(huán)中的最后一個樣本，則樣本編號加一(336)。然后，算法往下進行，計算成比例的高速樣本的數量(316)。如果樣本編號是周期中的最后一個樣本(334)，則樣本編號被設置為一(338)，并且確定分數是否大于零(340)。如果該分數大于零(340)，則前一分數周期被設置為I減去該分數(342)。通過將偏移量設置為第二個點，新的偏移量被存儲(344)。算法往下進行，計算成比例的高速樣本的數量(316)。如果所述分數不大于零(340)，則前一分數間隔被重置為零(346)，并且新的偏移量通過將偏移量設置成第二個點來存儲(344)。圖4A-4B是由圖1中的控制器104執(zhí)行以將高速固定頻率樣本轉換為用于模數轉換器的單個通道的更小的組的低速樣本的可替代的算法的另一流程圖?？刂破?04最初被上電，并且模數轉換器110與輸入端口 112聯機以從電氣系統102中米樣電壓和電流信號(400)。存儲在存儲器108中的算法所需的變量被控制器104初始化(402)。在該實例中，所述變量包括=1wSpeedBufferIndex變量，該變量是低速緩沖器的索引管理，1wSpeedSampleNumber變量,該變量是用于指示完整的周期已被內插的低速樣本的計數器，adcInterruptCtr變量(該變量指示高速中斷運行的次數的計數器,其是高速樣本計數)，firstSampFlag變量，該變量指示該樣本是真正的第一個樣本并且不需要被內插而且充當起始位置，frac變量，該變量是低速點發(fā)生處的高速樣本之間的時間的分數數量，以及prevFrac變量,該變量是最后一個內插的低速點和隨后一個高速點之間的時間量。在初始化階段(402)，上述變量被設置為零，除了 firstSampFlag變量(其被設置為YES)。指示讀取高速樣本的模數轉換器中斷由控制器104從模數轉換器110接收(404)。高速計數器變量adcInterruptCtr加一(406)。如果第一樣本標志變量被設置為YES(408)，那么第一高速樣本被復制到第一低樣本字段(410)。第一樣本標志被設置為NO (412)。1wSpeedSampleNumber 變量加一(414)。1wSpeedSampleNumber變量的值與用于測量結果的每個周期的低速樣本的數量進行比較(416)。在該實例中，每個周期的低速樣本的數量為32。如果低速樣本的數量與每個周期的低速樣本的數量相同(416),則1wSpeedSampleNumber變量被重置為零(418)。然后通知監(jiān)測裝置100，完整周期的低速采樣的數據可用于處理(420)，且算法往下進行到框 422。如果1wSpeedSampleNumber變量的值不等于每個周期的低速樣本的數量(416),則算法保留剩余分數的采樣間的時間間隔(422)。保留剩余分數的采樣間的時間間隔將變量prevFrac設置為一減去低速樣本點出現處的高速樣本之間的分數數量的時間(424)。該計算在SHIFT中執(zhí)行，SHIFT是使整數移位以保持整數計算中的分辨率的位數。在該實例中，該位數是22。要推進的成比例的高速樣本的數量通過從高速與低速采樣率的比值中減去剩余分數的采樣間的時間間隔來計算(424)。每當信號的頻率被測量時，高速與低速采樣率的比值被確定。測量到的信號的測量到的頻率由控制器104通過常規(guī)方法確定。存儲在閃存106上的操作固件如所需的頻繁測量線路頻率，以產生用功率誤差和諧波測量結果表示的由監(jiān)測裝置100監(jiān)測的電壓信號的所需的性能。推進以便得到內插法所需的ADC樣本的所需樣本的整體數量由控制器104確定(426)。采樣間的時間間隔的成比例的分數部分基于從成比例的高速樣本的數量中減去的樣本的整體數量來計算(428)。然后，當第一高速樣本必須被收集時的第一個感興趣的點的位置被確定為要推進的高速樣本的不成比例的數量，以便獲得內插法所需的ADC樣本(430)。然后，第二高速樣本必須被收集處的第二個感興趣的點的位置被確定(432)。算法返回，等待來自模數轉換器110的下一次中斷(404)。如果第一樣本標志為NO (408),則該算法確定adcInterruptCtr變量的值是否在第一個感興趣的點處(434)。如果中斷計數器的值在第一個感興趣的點處(434)，則高速樣本被存儲在第一高速樣本字段(436)，且算法返回以等待來自模數轉換器110的下一次中斷(404)。如果所述計數器不在第一個感興趣的點處(434)，則該算法確定adcInterruptCtr變量的值是否在第二個感興趣的點處(438)。如果該變量不在第二個感興趣的點處(438)，則該算法循環(huán)返回以等待來自模數轉換器110的下一次中斷(404)。如果所述計數器在第二個感興趣的點處(438)，則高速樣本被存儲在樣本字段中(440)。低速緩沖器索引加一(442)。該算法確定低速緩沖器索引的值是否已經達到低速緩沖器大小(444)。低速緩沖器大小是裝置已經為算法留出以存儲從高速樣本計算出的低速樣本的內存量。在該實例中，低速緩沖器大小是128個數據項。如果低速緩沖器索引已達到低速緩沖器大小(444)，則低速緩沖器索引被重置為零(446)，并且算法往下進行到框448。
如果低速緩沖器索引還未達到低速緩沖器大小(444)，則該算法計算并存儲所需的樣本(448)。通過使兩個值之間的差值乘以低速樣本被獲取處的高速樣本之間的分數數量的時間，所述計算內插感興趣的點的第一和第二高速樣本。這個量被加到低速樣本的值中，并被存儲在低速緩沖器中。高速樣本計數器變量adcInterruptCtr被重置為零(450),并且該算法往下進行以使低速樣本數加一(414 )。雖然本發(fā)明的特定實施方式和應用已被示出和描述，但應理解，本發(fā)明不限于本文中所公開的精確結構和組合，并且從上述描述中，各種修改、改變和變化可以是明顯的，而不脫離如在所附的權利要求書中所定義的本發(fā)明的精神和范圍。
權利要求
1.一種將監(jiān)測裝置中的所量化的采樣的數據同步到系統頻率的方法，所述方法包括: 在以根據固定頻率時鐘的固定頻率采樣的模數轉換器中接收可變頻率輸出信號； 以所述固定頻率采樣所述輸出信號，以產生相應的高速樣本； 暫時存儲來自所述模數轉換器的在預定的時間段期間的一組初始高速樣本； 內插所述一組初始高速樣本，以從所述一組初始高速樣本產生所述預定的時間段期間的一組較少的低速樣本；以及 將所述一組低速樣本作為所述可變頻率輸出信號的代表來存儲。
2.如權利要求1所述的方法，還包括分析所存儲的低速樣本，用于與所述輸出信號有關的數據功能。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述內插通過數字信號處理器上的指令被執(zhí)行。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述內插借助固定的硬件裝置執(zhí)行。
5.如權利要求1所述的方法，還包括測量所述輸出信號的頻率，所述預定的時間段基于所測量到的頻率來確定。
6.如權利要求1所述的方法，其中在所述一組低速樣本中的低速樣本的數量是所述預定的時間段的樣本的預定數量。
7.如權利要求1所述的方法，還包括在所述內插之后丟棄所述一組高速樣本。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述輸出信號來自電力系統，且所述可變頻率輸出信號具有電壓或電流特性。
9.如權利要求1所述的方法,其中所述內插通過如下步驟來執(zhí)行:確定低速樣本相對于兩個高速樣本的時間，確定所述低速樣本出現在所述兩個高速樣本之間的時間之間的分數，使所述分數乘以所述兩個高速樣本的值中的差值以及將所得結果加到第一高速值中以獲得所述低速樣本的值。
10.一種用于對由監(jiān)測裝置測量到的可變頻率數據進行有效采樣的系統，所述系統包括: 固定頻率時鐘； 模數轉換器，其耦合到所述固定頻率時鐘并且以固定頻率采樣由所述監(jiān)測裝置接收到的可變頻率輸出信號，所述固定頻率由所述固定頻率時鐘確定；以及 控制器，其耦合到所述模數轉換器的數字輸出端，所述控制器在預定的時間段期間從由所述模數轉換器從所述可變頻率輸出信號中獲得的樣本中獲取一組初始高速樣本點、從所述一組初始高速樣本點生成一組低速樣本點,所述一組低速樣本點少于所述一組高速樣本點，且所述一組低速樣本點是通過在所述一組高速樣本點之間內插而生成的。
11.如權利要求10所述的系統，其中所述控制器分析所述低速樣本，用于與所述輸出信號相關的數據功能。
12.如權利要求10所述的系統，其中所述控制器是數字信號處理器。
13.如權利要求10所述的系統，其中所述控制器是固定的硬件裝置。
14.如權利要求10所述的系統，其中所述控制器測量所述輸出信號的頻率并基于所測量的頻率設置所述預定的時間段。
15.如權利要求10所述的系統，其中所述一組低速樣本中的低速樣本的數量是所述預定的時間段的樣本的預定數量。
16.如權利要求10所述的系統，還包括存儲器，所述控制器將所述一組低速樣本存儲在所述存儲器中，將所述一組高速樣本的子集暫時存儲在所述存儲器中以執(zhí)行內插并在所述內插之后從存儲器中丟棄所述高速樣本的所述子集。
17.如權利要求10所述的系統，其中所述輸出信號來自電力系統，并且所述可變頻率輸出信號具有電壓或電流特性。
18.如權利要求10所述的系統，其中所述內插包括:確定低速樣本相對于兩個高速樣本的時間，確定所述低速樣本出現在所述兩個高速樣本之間的時間之間的時間的分數，使所述分數乘以所述兩個高速樣本的值中的差值以及將所得結果加到第一高速值中以獲得所述低速樣本的值。
19.一種其上存儲有指令的非臨時性的機器可讀介質，所述指令用于同步監(jiān)測裝置中的所量化的采樣的數據，所述監(jiān)測裝置包括以固定頻率對可變頻率輸出信號進行采樣的模數轉換器，所述機器可讀介質包括機器可執(zhí)行代碼，當由至少一個機器執(zhí)行時，所述機器可執(zhí)行代碼使所述機器: 在預定的時間段期間存儲來自所述模數轉換器的一組初始高速樣本； 內插所述一組初始高速樣本，以從所述一組初始高速樣本中生成所述固定的時間窗口期間的一組較少的低速樣本；以及 將所述一組低速樣本作為所述可變頻率輸出信號的代表來存儲。
20.如權利要求19所述的機器可讀介質，其中所述可執(zhí)行代碼還使所述機器在所述內插后丟棄所述一組 高速樣本。
全文摘要
用于同步監(jiān)測裝置中的所量化的采樣的數據的系統和方法?？勺冾l率輸出信號被耦合到模數轉換器。固定頻率時鐘被耦合到模數轉換器。模數轉換器以固定頻率采樣輸出信號，以產生高速樣本。來自模數轉換器的一組初始高速樣本在固定的時間窗口期間被存儲。所述一組初始高速樣本被內插，以在固定的時間窗口期間從初始組的高速樣本產生一組較少的低速樣本。所述一組低速樣本被存儲為可變頻率輸出信號的代表。
文檔編號H04L7/00GK103155476SQ201180047324
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者羅納德·W·卡特, 庫爾特·科普利 申請人:施耐德電氣美國股份有限公司