[发明专利]一种固定频率与波形信号的快速幅值采集测量方法

说明书

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，…，t_N，

步骤B：每个采样点采样5次，对应的采样时间记作t_i1＝t_i-2Δt，t_i2＝t_i-Δt，t_i3＝t_i，t_i4＝t_i+Δt，t_i5＝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Y_i，对应于t_i，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(Y_i，t_i)；

步骤D：依据匹配拟合算法原理对得到N组采样数据(Y_i，t_i)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A_m和的一阶偏导数等于零，得到两个方程式为：

其中ω、t_i和Y_i是已知量，求解上述方程，即可得到A_m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10MH_Z，即周期为1/10微秒，针对50H_Z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，50H_Z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保护范围。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，…，t_N，