交流信号测量装置的设计

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1、船电技术2008年第3期Vol.28No.32008.5/6交流信号测量装置的设计张名祥杨泽富李清兵（华中科技大学电气与电子工程学院，武汉430074）摘要：本文论述了以DSP为核心的对交流信号的一种测试方法。在测量技术的基础上，讲解了电气参数测量的设计原理，并给出了实现该系统的基本框图和软件设计方法。关键词:测量同步采样数据采集数字信号处理器中图分类号：TM930.1文献标识码：A文章编号：1003-4862（2008）03-0172-05TheACSignalMeasurementDeviceBasedonDSPZhangMingxiang,YangZefu,LiQingbi

2、ng(HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)Abstract:ThispaperexplainsameasurementoftheACsignalbasedonDSP.Onthebasisofmeasurementtechnology,thedesignprincipleformeasuringelectricalparameterisdiscussed,theprimaryblockdiagramsandsoftwareprogrammingmethodtorealizethesystemareal

3、sointroduced.Keywords:measurement;synchronoussample;parametercollection;digitalsignalprocessor取N个点，其n次谐波电压相量的实部、虚部和1引言有效值分别为：随着科学技术的不断发展以及相应学科知N22π识的不断更新，现代检测技术正向集成化、自动Urn=∑u(k)cos[kn()]（1）Nk=1N化、数字化、智能化方向发展，对检测仪器的性能要求也日益提高。N22π近年来高速数字信号处理器DSP发展极快，Uin=∑u(k)sin[kn()]（2）Nk=1N在波形发生、信号分析处理领域都有很好的

4、应用。型号为TMS320F2407的DSP是美国TI公司推出22U=(U+U)/2（3）nrnin的一款数字信号处理器，其在数字信号处理领域现在越来越受到人们的青睐。本文讲述一种基于n次谐波电流相量的实部Irn、虚部Iin和有效DSPTMS320F2407不同量程交流信号测量实验值In的求解方法与电压相同。台的设计方法。对应的每相交流电压电流的相角之差就得到每相的相位差。常见的算法是通过DFT计算两2交流信号参数的算法原理被测信号每次谐波的实部和虚部，然后分别计算基于傅立叶变换（DFT或FFT）的谐波测量其相位差。如对电压u(t)和i(t)，利用上面两式可是当今应用最多也是最精确

5、的一种方法。以电压得，n次谐波的相位差θn的求法如下：为例，对其连续周期信号进行连续采样，则连续设n次谐波电压的相位差为θun，n次谐波电信号变为离散信号序列。设在一个周期内等间隔流的为θin，则有：收稿日期：2008-01-07作者简介：张名祥（1979—），男，华中科技大学电气与电子工程学院硕士研究生，专业方向：电气测量172Vol.28No.32008.5/6船电技术2008年第3期电网中取的交流信号，经过隔离放大、量程转换、Uinθun=arctg（4）滤波后，将处理后的信号送给A/D转换器的模拟Urn输入端口，让A/D转换器对交流信号进行离散采样，采样的数据送给DSP处

6、理。该系统设计的检Iinθin=arctg（5）测交流电流电压信号分别分为四个量程（电压：Irn2V、20V、200V、2000V；电流：2mA、20mA、200mA、2A）。下面结合具体电路图详细介绍。得：θ=θ−θ（6）ninin假设n次谐波的电压有效值为Un，n次谐手动转换DSP数据量程总线接口波的电流有效值为In，取到第M（M≤N/2）次谐交信波，电压电流总有效值为：流号M电采保护电路UU=∑2流集rmsnA/n=1电（7）压滤波DM转2信IIrms=∑n换号n=1器锁相分频电路总功率P为：图1交流信号测量系统框图NP=∑UnIncosθn（8）3.1信号取样电路n=1由

7、于采用电流或电压互感器对交流信号进行采样会产生移相作用，我们采用电阻分压原理3交流信号测量的硬件实现对信号进行采样。图2是交流电流或电压取样分交流信号的测量包括信号取样、量程转换、电路，图中通过调节电位器WB2来对运放LF412过流过压保护、信号隔离、频率跟踪等。如下图进行调零，补偿运放LF412零漂引起的误差。1所示为交流信号测量的信号取样系统框图。从3.2信号滤波电路RB1图2交流电流或电压取样分电路输入信号时，通常叠加有噪声和不必要的频率分量。在信号采样时，这些分量将会带来