基于准同步DFT的非整数谐波分析算法

在准同步DFT谐波分析算法的基础上,提出了一种基于非整数波概念的谐波分析算法。该算法的核心思想是:信号频率漂移导致频谱峰值出现的位置与理想位置不一致是短范围泄漏产生的根本原因,而信号频率的漂移可以通过测量相邻点基波相角差来获得,那么应用该漂移值对基波和高次谐波的波次值进行非整数修正就可以准确测量各次谐波的幅值和相角。仿真实验和工程实例证明,该算法能够有效抑制频谱的长范围泄漏和短范围泄漏,提高基波与高次谐波的幅值与相位测量准确度。     

Nuttall窗加权谐波分析算法及其在电能计量中的应用

采用FFT进行电网信号谐波参数分析时存在频谱泄漏,准确度较低.研究提出了一种基于Nuttall窗函数的频谱相位差校正算法,分析了Nuttall窗函数的时域、频域特性,建立了频谱相位差校正算法的流程,推导了信号谐波参数计算式,给出了算法在三相谐波电能计量中的实现方法.采用Nuttall窗对电压、电流信号进行加权,利用Nuttall窗旁瓣电平低、旁瓣衰减快的特点可有效减少频谱泄漏:运用频谱相位差校正方法进行信号频谱校正与分析,不必求解高次方程即可实现电网信号谐波参数分析.仿真与实际运行结果表明,非同步采样情况下,本文算法可以准确地实现电网信号谐波分析,实现电能的准确计量.     

基于可触发环形振荡器的高精度时间间隔测量

提出了一种新的高精度时间间隔测量方法,该方法利用代表事件的短脉冲去触发一个高速环形振荡电路,产生一个与该事件同步的时钟信号,该时钟信号随后被用作模-数转换器(ADC)的采样时钟去采样一个正弦参考信号。因此,两个事件之间的时间间隔被映射成正弦参考信号上的两个点之间的初始相位差,随后对有限数量的样本进行全相位快速傅里叶变换(ap FFT)运算,准确地计算出这个初始相位差,进而可以准确获得两个事件之间的时间间隔。该测量方法降低了工程实现的难度,当正弦参考信号的频率为10 MHz,ADC的采样频率为133 MHz、分辨率为12 bits,ap FFT运算点数为4 096时,可以获得约2. 8 ps rms的单次测量精度和约1ps的时间分辨率,误差分布接近正态,实验结果与基于理论分析的误差范围一致。     

精密衍射光栅信号的椭圆拟合与细分校正算法

讨论了对相位差为非严格 90°的衍射光栅干涉条纹两路正弦信号的椭圆拟合算法的实现 ;提出了基于光栅正弦信号实际相位差进行残余相移识别的软件细分校正方法 ;分析了常规软件细分处理方法的缺陷并对常规细分处理方法所引起的测量误差进行了仿真。测量系统稳定下的噪声测量实验证明了本文提出的细分校正方法在提高光栅测量精度方面的有效性     

基于Kaiser窗相位差校正的电力谐波分析与应用

采用基本窗函数和广义余弦窗函数对信号加权可减少频谱泄漏和栅栏效应的影响,但其效果受到窗函数固定旁瓣性能的制约.Kaiser窗可定义一组可调的窗函数,自由选择主瓣与旁瓣衰减之间的比重,因此能全面地反映主瓣与旁瓣衰减之间的交换关系.对信号非同步采样和非整周期截断时的频谱进行了分析,讨论了Kaiser窗的主、旁瓣特性,提出了基于Kaiser窗相位差校正的电力谐波分析方法,推导了信号基波与各次谐波频率、幅值、初相角的计算式.仿真结果表明:Kaiser窗函数设计实现灵活、抑制频谱泄漏效果好,Kaiser窗相位差校正算法克服了基波频率波动对谐波分析的影响,对含21次谐波信号的基波频率计算相对误差仅为1.0×10-7%,幅值计算相对误差≤0.000 6%,初相位计算相对误差≤0.008%,三相谐波分析与谐波电能计量应用实践证明了该方法的正确性.     

基于采样技术的非正弦周期信号均方根值测量方法

从非正弦周期信号均方根值的定义出发，研究了利用采样测量技术实现均方根值测量的方法。搭建了采样试验系统，进行了三种特征波形的采样测量实验，结合一个采样测量工程应用实例，验证了采样系统的测量能力。为开展非正弦周期信号的均方根值测量提供了参考方法。     

周期信号谐波分析的一种新方法

介绍了周期信号谐波分析的一种新方法,目的是实现非同步采样条件下周期信号谐波的精确测量与分析;通过使用周期精确测量技术、截取整数个周期、剔除均值的影响等手段,提高了周期信号谐波测量准确度,实现了周期信号谐波分量的精确测量;对谐波参数的测量结果进行了误差分析;通过一个仿真实例,验证了该方法的正确性和可行性;该方法可用于非同步条件下周期信号的谐波测量。     

一种利用固定相移测量同频正弦信号相位差的方法

传统的相位差测量方法将信号整形成方波,异或后将方波脉冲的宽度转换为相位差.然而,信号在过零点处的"振铃效应",以及传统方法中引入迟滞比较器去噪带入的延时误差严重影响了测量的准确度.介绍了了几种测量相位差的方法,分析了各自的不足,最后提出了一种新型的利用固定相移测量同频正弦信号相位差的方法.此方法避免了"振铃现象"的影响,避免了引入迟滞比较器去噪带入的延时误差,同时又保留了迟滞比较器去噪的优点,不受信号幅度的影响,不受幅度递减的奇次谐波的影响,对两个同频正弦信号的相位差实现精确测量.     

一种基于基波频率跟踪的电力谐波分析方法探讨

提出一种通过FFT插值算法求取电能信号基波频率,进而对非同步采样数据序列进行线性插值动态修正的谐波分析方法。由于减少了非同步误差,有效降低了频谱泄漏的影响,提高了电力谐波分析的精度。工程应用表明,该谐波分析算法实现简单,分析结果精度较高。     

基于DSP的电导率在线分析仪的设计

介绍了一种利用电磁感应特性测量水溶液电导率的分析仪,该仪器以DSP TMS320F为控制核心,采用DDS技术产生高精度的驱动信号去激励电磁线圈,利用相位检测芯片实现对参考信号和测量信号相位差的提取,根据系统在不同水溶液中检测到的相位差来计算出该水溶液的电导率。实际实验表明,该系统可以根据测量到的相位差的大小来计算出水溶液的电导率,进而判断出水质,具有很高的工程应用价值。     

一种基于双积分原理的精密相位测量电路

介绍一种基于双积分原理的精密相位测量电路。该电路可测量两个同频率正弦波之间的相位差，并能显示超前或滞后。文中给出了电路原理图，并详述其工作原理及特点。     

考虑电网频率变化率的改进相位差校正法研究

针对电网信号基波频率动态变化时相位差校正法测量结果存在较大误差,甚至可能测量失败的问题,提出了一种考虑频率变化率的改进相位差校正法。指出了非同步采样造成的频谱泄漏是相位差校正法测量误差的主要来源,尤其当基频动态变化导致基波频率偏移较大时,非同步采样使测量精度严重降低。推导了基于频率变化率修正的归一化频率校正量公式,在线测量时,频率变化率用前次与当次测得的基波频率进行差商运算求得,再据此对测量结果进行了修正。分别使用考虑频率变化率的方法和原方法对变频电网信号进行了数值仿真研究。研究结果表明,改进相位差校正法有更高的测量精度,对基波的测量精度提高一个数量级,采样窗长为IEC标准规定窗长的50%,能满足频率动态变化时谐波在线测量的精度与实时性要求。     

基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法

科氏流量计相位差估计方法存在计算量较大、计算复杂、实时性和计算精度较差等问题,已不能满足复杂环境高精度流量测量领域的需求。为此,提出一种基于相关和Hilbert变换的科氏流量计相位差估计方法。首先,采用快速傅里叶变换(FFT)对传感器信号进行频率预估计,对信号是否整周期进行判断,对非整周期的信号进行数据延拓处理;然后,对任一路传感器信号进行自相关运算得到一路同频参考信号;对3路同频信号进行Hilbert变换,将3路变换后的信号与变换前信号进行相关运算,再利用三角函数公式即可求出相位差。与原有方法相比,所提方法克服了非整周期采样的影响,实时性、动态性更强,相位差估计精度更高,仿真分析与实测结果均证实了所提方法的有效性和优越性。     

双积分原理在相位差测量中的应用

提出一种基于双积分T／D（时间／数字）变换原理测量相位差的方法，并对该方法进行了详细介绍和误差分析。这种新方法解决了常用的相位差测量方法在高频信号测量中的缺点，适用于中高频信号相位差的测量。     

Measurement range expansion of continuous wave ultrasonic anemometer

This study was conducted to expand the measurement range of a continuous wave ultrasonic anemometer (CWUA) that uses phase difference measurement. A CWUA has a narrower measurement range than conventional ultrasonic anemometers because it can measure the phase difference up to the half-cycle of the used ultrasonic signals. In this study, a method of expanding the measurable range of the phase difference using a phase delay circuit and a frequency divider was developed. Through experiments, it was found that this method doubled or quadrupled the measurement range when the method was used. Furthermore, an algorithm for determining the validity of the measurement data by comparing them with the previous data was implemented with a wind velocity measurement error of less than ±1 μs to solve the problem caused by the use of the frequency divider and to produce a stable measurement system.     

电感电压部分补偿交流功率法测量磁心损耗研究

磁性元件作为功率变换器的重要组成部分,其磁心损耗的精确测量对磁性元件的优化具有重要意义。为了提高传统双绕组交流功率法测量高频激磁磁心损耗的测量精度,本文详细分析电感电压补偿交流功率法的测量原理及其误差来源,基于电感电压补偿交流功率法在非完全补偿的情况下测量高阻抗角磁性元件磁心损耗时误差仍很大的问题,本文提出了电感电压部分补偿交流功率法精确测量任意波形激励下的磁性元件磁心损耗。最后建立测量平台,在非完全补偿条件下,该方法测量50 kHz正弦波激磁的金属磁粉芯磁心损耗的最大相对误差为13.54%,50 kHz矩形波激磁的金属磁粉芯磁心损耗的最大相对误差为9.8%,实验验证该方法可精确测量正弦波激磁和方波激磁的高阻抗角金属磁粉芯的磁心损耗。     

频率大范围变换下的电能计量

针对在频率不断变换的情况下对信号功率进行测量的问题,提出了一种可同时测量信号瞬时频率、基波有功功率和视在功率的算法。输入信号为已经滤除了直流和高次谐波的基波分量,通过自适应有限长单位冲击响应(FIR)数字滤波器测量了基波有功功率,通过Prony算法测量了信号的瞬时频率和视在功率,利用改进的最小加权二乘法(WLS)算法提高了功率的精确度。研究结果表明,在频率大量变化的情况下,该算法对信号频率、有功功率以及视在功率的测量的精确度可满足工程应用的需要。     

相位式激光测距谱分析鉴相的无偏改进

针对相位式激光测距中的鉴相误差,建立了谱分析鉴相的误差模型,提出了在数据预处理中引入希尔伯特变换来消除相位差估计偏差的测量方法.分析了传统谱分析鉴相的偏差和方差,指出这些测量偏差受初相位的影响,在高速测距中不容忽略.提出了一种无偏改进方法,通过窗函数法设计正弦信号的简易希尔伯特变换器,将离散傅里叶变换的对象转换为解析信号,在仅增加4次加减法运算和2次移位操作的情况下,实现了近似无偏谱分析鉴相.仿真分析和实验验证结果表明,鉴相均值与真实相位差相同;当信噪比为40 dB时,每秒百万次高速鉴相的误差为0.1°;当调制频率为100 MHz时,测距精度达到0.4 mm.实验表明,将希尔伯特变换应用于谱分析鉴相,可实现高准确度相位差测量,并可应用于高速相位式激光测距.     

基于同步检波的单通道磁感应成像技术研究

磁感应成像在医学领域的应用,由于生物组织的电导率非常小,需要一种测量相位精度高的系统才能满足应用需要。描述了一种基于同步检波的单通道磁感应测量系统,来测量微小相位变化。系统使用模拟开关代替模拟乘法电路,减少直流漂移,增加电路的动态范围。电路中引入了模拟的相移电路,使参考信号和与检测信号相位正交,提高相位测量的灵敏度。研究了单通道系统的稳定度和灵敏度,通过实测电路,该测量系统在1 min内的相位漂移0.001 5°,在1 h内的相位漂移0.006°;并给出电导率变化相应相位变化关系。     

基于SH模态导波杆的电站高温结构壁厚测量方法

提出了一种基于SH模态导波杆的电站高温结构壁厚测量方法,该方法使用导波杆将压电传感器与高温被测结构隔开。通过研究发现非频散SH模态导波能通过矩形横截面导波杆将导波信号由传感器导入到高温被测结构中。实验验证了通过特定夹具以干耦合方式将导波杆固定在被测结构表面可以获得较好的信号。使用2MHz中心频率下的汉宁窗调制正弦波信号实现了对处于不同温度被测结构壁厚的监测,室温（25℃）时,壁厚测量值与实际厚度相差0.016mm,高温被测结构实验信号也非常好,波速测量值与拟合曲线所得速度值误差范围为0.1%～2.5%。