[发明专利]一种获得交流信号真有效值方法

说明书

一、技术领域

本发明属于电气测量、数字信号处理和电力自动化领域，用来计算任意波形的周期信号的真有效值。本发明适用于需要对全数字采样的含谐波交流信号真有效值进行准确测量的场合。

二、背景技术    

RMS（真有效值）是对交流信号幅度的基本量度，能反映电流流过导体产生的热效应, 具有实际的应用价值。其实用定义为：交流信号                                               的真有效值等于在同一负载上产生同等热量所需的直流量，而数学定义为：，且取平均值的时间必须足够长，以便工作在所需的最低频率。在科学实验和生产实际中, 会遇到大量的非正弦波，而传统测量仪表将被测信号假定为标准的正弦波，采用的是平均值转换法来对其进行测量，然后乘以修正系数，这将导致非正弦信号测量时误差比较大。

交流信号有效值测量既可以借助专用硬件和也可以通过数字测量技术实现，而数字测量技术只要满足奈奎斯特采样频率条件就可测得真有效值。目前使用测量方法主要包括以下几类：

1．使用真有效值RMS/DC转换硬件

使用专门设计的真有效值RMS/DC转换器来作为仪表的前端转换电路^{[1][2][3][4][5]}，如MAXIM公司的MAX536A、ADI公司的AD637等,通过将这些芯片通过ADC转化成数值即可得到信号的有效值。

2．热偶测量法

这种测量法的工作原理是热电偶的输出电势与流过加热丝的电流成平方关系，通过测量热电偶的输出电势间接获得电流有效值。

3．数字采样计算法

数字采样法分为简单数值积分算法^[10][11]、准同步算法^[9]及插值算法^[6][7]，这些算法都是基于信号真有效值的定义，先通过采用同步或准同步及插值等方法来减小信号的采样泄漏，再根据信号两个由负到正的上升沿确定信号周期，最后通过均方根法计算信号的有效值.

上述第一种方法和第二种方法都借助特殊的硬件将交流有效值转换为直流，再通过ADC转换成数字信号。虽然准确度高、频带宽，但结构复杂，系统成本高，转换器件非线性引入的测量误差将随着被测信号频率的降低而急剧增大。第三种方法基于信号真有效值的定义利用数值积分的方法实现有效值计算，通过采用同步、准同步或插值等方法来减小采样泄漏，不但计算复杂，而且在波形复杂，一个周期存在多个过零点的情况下会导致计算出错。

针对上述问题，本发明提出一种基于低通滤波的真有效值计算方法，简单快速，计算精度高。

   

参考文献

1．陈仁伟 朱长青 岳夕彪 高准确度有效值转换电路的设计与实现  电子测量技术 2010年6月

2. Charles Kitchin、Lew CountsRMS-to-DC Application Guide Second Edition  1986 Analog Devices, Inc

3．彭光鑫   真有效值数字表及其应用 云南电力技术 2009年6月

4．吴正伟 王建赜 纪延超 任意信号波形真有效值检测的实现 继电器 2001年12月

5．高 蕊 基于RMS/DC转换法的真有效值频率补偿算法及改进的测量系统 机械与电子 2010( 5)

6．徐垦 交流信号真有效值数字测量方法 华中科技大学学报  2006年2月

7．曾泽昊 余有灵 许维胜 基于插值同步算法的频谱泄漏分析与仿真 系统仿真技术 2005.10

8．李沂乘 采样计算方法测量交流电压有效值误差分析 电子测量与仪器学报  2008年增刊

9.王石记,司锡才 准同步采样及其在常用电工参数数字化测量中的应用 应用科技 2003.11

10．李大斌 谭薇 程荣贵 采样法测量有效值的一种改进方法 现代电子技术 2006年第2期

11．陈隆道 低频电压真有效值的数字化测量算法 仪表技术 1994年第5期

三、发明内容 

本发明的目的是，提出一种获得交流信号真有效值方法和应用，用来计算任意波形的周期信号的真有效值，特别适用于需要对全数字采样的含谐波交流信号真有效值进行准确计算的场合。本发明真有效值获得的方法在电力系统中对全数字采样的含谐波交流信号真有效值进行准确测量或测量装置的应用。