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    重庆时时彩号码统计图: 一种固定频率与波形信号的快速幅值采集测量方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201710062397.0

    申请日:

    2017.01.23

    公开号:

    CN106771546A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 19/25申请日:20170123|||公开
    IPC分类号: G01R19/25 主分类号: G01R19/25
    申请人: 华北水利水电大学
    发明人: 陈建明; 王为术; 杨旭; 王成凤; 白磊; 赵明明; 郭香静; 崔羊威; 马跃涛; 芦杜阳; 李秦月; 候青青; 李军
    地址: 450011 河南省郑州市金水区北环路36号
    优先权:
    专利代理机构: 郑州联科专利事务所(普通合伙) 41104 代理人: 刘建芳
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201710062397.0

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种固定频率与波形信号的快速幅值采集测量方法,包括如下步骤:步骤A:设N个采样点1~N,对应的采样时间记作t1,t2,t3,…,tN,步骤B:每个采样点采样5次,对应的采样时间记作ti1=ti??2Δt,ti2=ti??Δt,ti3=ti,ti4=ti+Δt,ti5=t+2Δt,(i=1,2,3,…N)步骤C:去除5次采样数据中的最小值和最大值,将剩余的三个数据取平均值记作Yi,对应于ti,实际是将5次采样的中间时刻作为本点的采样时间;重复操作N次,得到N组采样数据(Yi,ti);步骤D:依据匹配拟合算法原理对得到N组采样数据(Yi,ti)进行匹配拟合计算,从而获得真实曲线表达式,进而提取幅值。本发明使得采样速率提高了一个数量级,完全满足巡线无人机对线路或设备跟踪和壁障的飞控要求。

    权利要求书

    1.一种固定频率与波形信号的快速幅值采集测量方法,其特征在于:包括如下步骤:
    步骤A:设N个采样点1~N,对应的采样时间记作t1,t2,t3,…,tN,
    步骤B:每个采样点采样5次,对应的采样时间记作ti1=ti-2Δt,ti2=ti-Δt,ti3=ti,
    ti4=ti+Δt,ti5=t+2Δt,(i=1,2,3,…N)
    步骤C:去除5次采样数据中的最小值和最大值,将剩余的三个数据取平均值记作Yi,对
    应于ti,实际是将5次采样的中间时刻作为本点的采样时间;重复操作N次,得到N组采样数
    据(Yi,ti);
    步骤D:依据匹配拟合算法原理对得到N组采样数据(Yi,ti)进行匹配拟合计算,从而获
    得真实曲线表达式,进而提取幅值。
    2.根据权利要求1所述的固定频率与波形信号的快速幅值采集测量方法,其特征在于:
    所述步骤D中所述的匹配拟合算法具体包括如下步骤:
    设理想信号曲线:
    N个采样点的值表示为:
    理想曲线与每一采样点的偏差记为:
    根据最小二乘法拟合原理,使得为最小值,也即使对Am和的一阶偏导数等于
    零,得到两个方程式为:


    其中ω、ti和Yi是已知量,求解上述方程,即可得到Am和即得到幅值。

    说明书

    一种固定频率与波形信号的快速幅值采集测量方法

    技术领域

    本发明涉及一种波形信号幅值采集技术领域,尤其涉及一种固定频率与波形信号
    的快速幅值采集测量方法。

    背景技术

    在工业控制系统中,或仪器装备制造领域,经常需要对已知固定频率和波形的信
    号进行幅值测量、采集。通常的方法是连续快速的幅值测量、采集,且持续一个周期以上的
    时间,按照测量精度要求,在一个完整周期时间内需要包含足够的采样点数。这种方法的一
    个主要缺点是,完成一次幅值测量、采集,需要大于等于一个周期的时间,极大限制了信号
    幅值测量与采集的速率。对于短时间内要求较大量数据点的检查与采样,该问题尤为突出,
    例如,针对50赫兹交变磁场的测量,采用10×10电感单元矩阵感应传感装置,完成一次逐点
    扫描检查、采样,需要对100个传感单元器件逐一进行检测、采样,按照上述方法每单元需要
    不少于一个周期时间20ms,100个单元合计需要不少于100×5=5000ms时间,即一次完整扫
    描、采集时间不低于5s,如果单元数量更多或信号周期更长,则会严重影响系统的实时性指
    标,甚至造成不能满足工程需求。

    发明内容

    本发明的目的是提供一种固定频率与波形信号的快速幅值采集测量方法,能够不
    依赖于被测信号周期长短,针对已知固定频率和波形信号进行幅值的快速检测与采集。

    本发明采用下述技术方案:

    一种固定频率与波形信号的快速幅值采集测量方法,包括如下步骤:

    步骤A:设N个采样点1~N,对应的采样时间记作t1,t2,t3,…,tN,

    步骤B:每个采样点采样5次,对应的采样时间记作ti1=ti-2Δt,ti2=ti-Δt,ti3=
    ti,ti4=ti+Δt,ti5=t+2Δt,(i=1,2,3,…N)

    步骤C:去除5次采样数据中的最小值和最大值,将剩余的三个数据取平均值记作
    Yi,对应于ti,实际是将5次采样的中间时刻作为本点的采样时间;重复操作N次,得到N组采
    样数据(Yi,ti);

    步骤D:依据匹配拟合算法原理对得到N组采样数据(Yi,ti)进行匹配拟合计算,从
    而获得真实曲线表达式,进而提取幅值。

    所述步骤D中所述的匹配拟合算法具体包括如下步骤:

    设理想信号曲线:

    N个采样点的值表示为:

    理想曲线与每一采样点的偏差记为:

    根据最小二乘法拟合原理,使得为最小值,也即使对Am和的一阶偏导
    数等于零,得到两个方程式为:



    其中ω、ti和Yi是已知量,求解上述方程,即可得到Am和即得到幅值。

    本发明根据采集精度需要,对被测信号进行多点采样,即为N针对每个点进行采样
    5次,由于被测信号的频率和波形为已知,所以,利用采样所得的N组数据(对应N个采样点)
    进行曲线匹配拟合计算,从而得到被测信号的幅值信息。在实际应用中,高速模数转换器采
    样速率为10MHZ,即周期为1/10微秒,针对50HZ正弦信号连续进行10点采样(依据数字滤波理
    论,采样点数由测量精度决定,取10~15),每个点采样5次(实际是在该采样点的周围采样,
    该次数不能太大),则耗时约(10点×5次×1/10)=5微秒,考虑到曲线匹配拟合计算所花费
    的时间,加上150次连续采样时间,50HZ正弦信号幅值检测与采样共计耗时约10微秒,将传
    统方法需要耗时一个周期约20毫秒,压缩到了约十微妙,使得采样速率提高了一个数量级,
    完全满足巡线无人机对线路或设备跟踪和壁障的飞控要求。

    附图说明

    图1为本发明的流程图。

    具体实施方式

    以下将对本发明的优先实施例进行详细的描述;应当理解,优先实施例仅为了说
    明本发明,而不是为了限制本发明的?;し段?。如图1所示,本发明包括如下步骤:

    步骤A:设N个采样点1~N,对应的采样时间记作t1,t2,t3,…,tN,

    步骤B:每个采样点采样5次,对应的采样时间记作ti1=ti-2Δt,ti2=ti-Δt,ti3=
    ti,ti4=ti+Δt,ti5=t+2Δt,(i=1,2,3,…N)实际是将5次采样的中间时刻作为本点的采
    样时间

    步骤C:去除5次采样数据中的最小值和最大值,将剩余的三个数据取平均值记作
    Yi,对应于ti,得到N组采样数据;

    步骤D:依据匹配拟合算法原理进行匹配拟合计算,从而获得真实曲线表达式,提
    取幅值。

    所述的匹配拟合算法具体包括如下步骤:

    设理想信号曲线:

    N个采样点的值表示为:

    理想曲线与每一采样点的偏差记为:

    根据最小二乘法拟合原理,使得为最小值,也即使对Am和的一阶偏导
    数等于零,得到两个方程式为:



    其中ω、ti和Yi是已知量,求解上述方程,即可得到Am和即得到幅值。

    考虑到曲线匹配拟合计算所花费的时间,加上150次连续采样时间,50HZ正弦信号
    幅值检测与采样共计耗时约10微秒,将传统方法需要耗时一个周期约20毫秒,压缩到了约
    十微妙,使得采样速率提高了一个数量级。

    由被动式阵列磁感应天线装置、阵列扫描与采集控制电路、采样与姿态数据处理
    器组成,其中核心部分是阵列扫描与采集控制电路中的高速模数转换电路,以及采样与姿
    态数据处理器中的采样数据处理算法。

    阵列扫描与采集控制电路中采用采样速率达MHZ级的高速模数转换器件,对被测
    信号进行多点高速采样,并将采样信息传输给后面的采样与姿态数据处理器。

    采样与姿态数据处理器按照特别设计的快速数据处理算法,包括数字滤波、曲线
    匹配拟合计算、幅值提取等,解算出被采样信号的幅值。数字滤波和曲线匹配拟合计算相辅
    相成,不可或缺,缺少数字滤波,幅值提取精度没有保障,缺少曲线匹配拟合计算,幅值无法
    提取。

    该方法与装置适合于对已知频率和波形的信号幅值的快速检测,如正弦波、三角
    波、矩形波等,特别适合于低频信号的快速检测应用。

    设高速模数转换器采样速率为10MHZ,即周期为1/10微秒,针对50HZ正弦信号连续
    进行10点采样(依据数字滤波理论,采样点数由测量精度决定,取10~15),每个点采样5次
    (实际是在该采样点的周围采样,该次数不能太大),则耗时约(10点×5次×1/10)=5微秒,
    由于被测信号的频率(50HZ)和波形(正弦)为已知,所以,可以利用采样所得的10组数据(对
    应10个采样点)进行曲线匹配拟合计算,从而得到被测信号的幅值信息??悸堑角咂ヅ淠?br />合计算所花费的时间,加上150次连续采样时间,50HZ正弦信号幅值检测与采样共计耗时约
    10微秒,将传统方法需要耗时一个周期约20毫秒,压缩到了约十微妙,使得采样速率提高了
    一个数量级,完全满足巡线无人机对线路或设备跟踪和壁障的飞控要求。

    关 键 词:
    一种 固定 频率 波形 信号 快速 采集 测量方法
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