[发明专利]一种低频正弦信号峰值检测装置和峰值检测方法

权利要求书

1.一种低频正弦信号峰值检测装置，包括信号放大电路、滤波电路、AD采样单元、微处理器和显示单元，其特征在于，还包括隔离单元和存储器；所述信号放大电路、滤波电路、AD采样单元、隔离单元、微处理器、显示单元依次串联连接；所述存储器与微处理器连接；所述信号放大电路、AD采样单元、微处理器分别与供电单元连接；所述AD采样单元与微处理器连接；所述信号放大电路包括一级放大电路和二级放大电路，一级放大电路的输出作为二级放大电路的输入。

2.根据权利要求1所述的低频正弦信号峰值检测装置，其特征在于，所述的微处理器为单片机。

3.根据权利要求1或2所述的低频正弦信号峰值检测装置，其特征在于，所述一级放大电路包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C2，电阻R1一端与运算放大器U1的反相输入端连接，另一端作为信号放大电路的输入端Vin；电阻R2一端与运算放大器U1的反相输入端连接，另一端与运算放大器U1的输出端连接；电阻R3的一端与运算放大器U1的同相输入端连接，另一端连接到正电压端Vcc；电阻R4的一端与运算放大器U1的同相输入端连接，另一端接地；运算放大器U1的电源正极与正电压端Vcc连接，运算放大器U1的电源负极接地；电容C2的一端与运算放大器U1的电源正极连接，另一端接地。

4.根据权利要求1或2所述的低频正弦信号峰值检测装置，其特征在于，所述二级放大电路包括运算放大器U2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电容C1，电阻R5的一端与运算放大器U1的输出端连接，另一端与运算放大器U2的反相输入端连接；电阻R6一端与运算放大器U2的反相输入端连接，另一端与运算放大器U2输出端连接；电阻R7一端与运算放大器U2的同相输入端连接，另一端接地；运算放大器U2的电源正极与正电压端Vcc连接；运算放大器U2的电源负极接地；电容C1的一端与运算放大器U2的电源正极连接，另一端接地。

5.根据权利要求1或2所述的低频正弦信号峰值检测装置，其特征在于，所述隔离单元为磁偶芯片，用于隔离微处理器产生的高频数字信号，避免其对采样的低频模拟信号生产干扰。

6.采用权利要求1或2所述的低频正弦信号峰值检测装置的峰值检测方法，其特征在于，使用最小二乘法实现参数拟合，具体包括以下步骤，

步骤1：将低频正弦信号调理到AD采样芯片有效输入范围之内；

步骤2：由低通滤波器对调理的信号进行滤波处理，有效滤除高频干扰信号，提高信噪比；

步骤3：进行ADC信号采样，每个周期的采样点在3600点以上，采样分辨率高于0.1°；

步骤4：将采集的低频正弦信号数据储存到存储器；

步骤5：采用参数拟合方法对采集的低频正弦信号进行参数拟合，得到低频正弦信号参数A、B、C、Φ，其中A为幅值，B为角频率，Φ为初相位，C为直流分量；

步骤6：显示单元根据低频正弦信号参数A、B、C、Φ，输出模拟正弦信号。

7.根据权利要求6所述的低频正弦信号峰值检测装置，其特征在于，所述存储器中存储有参数拟合程序，该程序被微处理器执行时实现所述的参数拟合方法，所述参数拟合方法采用牛顿迭代法计算低频正弦信号峰值参数，具体包括以下步骤，

步骤1：读取存储器中的低频正弦信号的采样数据；

步骤2：设低频正弦信号为y＝Asin(Bt+Φ)+C，t₁,t₂…t_n的采样值为y₁,y₂…y_n，其中n为采样总次数，采用最小二乘法拟合此正弦信号，使最小，满足

令

步骤2.1：设定A、B、C、Φ初始值X₀＝[A₀ B₀ C₀ Φ₀]^T；

步骤2.2：令通过求得△A、△B、△Φ、△C，令△X_k＝[△A △B △C △Φ]^T,k＝0,1,2…，k为迭代的次数；

步骤2.3：更新A、B、C、Φ的值，X_k+1＝X_k+ΔX_k，其中X_K＝[A_k B_k C_k Φ_k]^T；

步骤2.4：判断ΔA²+ΔB²+ΔC²+ΔΦ²＜ε是否成立；

步骤2.4.1：若ΔA²+ΔB²+ΔC²+ΔΦ²＜ε成立，则执行步骤3；

步骤2.4.2：若ΔA²+ΔB²+ΔC²+ΔΦ²＜ε不成立，则执行步骤2.2；

步骤3：输出A、B、C、Φ参数值。