一种电信号频率的数字化测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电信号频率的数字化测量方法，也可以用于固定频率或频率变化 不大的低频正弦信号、三角波信号、锯齿波信号等等的频率测量，属于信号检测的技术领 域。
【背景技术】
[0002] 在日常生活、生产过程中常常需要监测信号的频率。在现有的低频信号的频率测 量方法中，多是将低频信号先通过整形电路形成方波，检测方波相邻两个上升沿或者下降 沿的时间间隔T，求倒数得出频率，但是这种方法的抗干扰能力较差。除此之外还有一些软 件测量频率的方法，比如：零交法、解析法、误差最小化原理类算法、DFT类算法、正交去调 制法等等。这些算法有些易于实现，但由于精度较低而不能投入实用；有些算法的测量效果 不错，但由于运算量过大也不能投入实用。业界需要的是一种可以实用且测量精度较准确 的方法。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中低频率电信号的频率测量精度不 够准确或者是测量过程中运算量过大的缺点，提出一种电信号频率的数字化测量方法，该 方法也可以用于固定频率或频率变化不大的低频正弦信号、三角波信号、锯齿波信号等等 的频率测量。
[0004] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0005] 该方法的原理是采用数字积分并插值的方式处理连续的数字采样信号，对被测电 信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号；以模拟或数字方法获取至少 两个周波过负峰值或者过正峰值后过零点时间；根据计算得到的积分开始时间进行插值运 算选取一个虚拟采样点P s作为积分开始点，在后续的采样点中会存在这样连续的两个点Pi 和Pi+1，如果从Ps到Pi的数字积分数值和从Ps到P i+1的数字积分数值的乘积小于等于零时， 则可以在Pi和Pi+1之间通过插值的方式获取一个积分结束点P k，Pk的获取条件是从Ps到Pk 的数字积分为0。则可以由Ps的虚拟发生时间和Pk的虚拟发生时间计算电信号的零点，由 一系列电信号的过零点计算电信号的频率或周期；具体步骤如下：
[0006] 步骤1)，对被测电信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号；
[0007] 步骤2)，以模拟或数字方法获取至少两个周波过负峰值或者过正峰值后的过零 点时间序列T zl，Tz2，…，Tzk，k为大于1的自然数；
[0008] 步骤3)，确定用于计算第j过零点时间的起始积分点时间T#其计算公式为 TfT&o+TXf，其中：T是根据过零点TzuA Tz(j_2)，…，Tz(j_k)计算得出的平均周期，参数 f e (〇. 5, 1)，j为自然数且j>k;
[0009] 步骤4)，在被测电信号的采样信号中，选择m个在采样时间上按次序排放的采样 点，设这m个采样点的采样时间分别为tph、. . . ti、ti+1、. . . tm，采样值分别为XpX2^ . . Xp xi+1. · · Xm，其中h彡Tsj, t2>TSj，i、m均为自然数且1彡i〈m ;
[0010] 步骤5)，在第1个采样点和第2个采样点之间通过线性插值的方式获取一个数字 积分开始点S，其坐标为（ X@Tsp 为从数字积分开始点到第i采样点（Xi，ti)的数字 积分，则si+1为从数字积分开始点到第i+Ι采样点（x i+1，ti+1)的数字积分；当Si和Si+1的乘 积小于等于0时，在第i个采样点和第i+ι个采样点之间通过矩形插值或者梯形插值的方 式获取一个数字积分结束点k，其坐标为（x k，tk)，使得从数字积分开始点到积分结束点的 数字积分为零，计算得出积分结束点k的虚拟发生时间t k;
[0011] 步骤6 )，计算第j过零点时间
【主权项】
1. 一种电信号频率的数字化测量方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤1)，对被测电信号进行采样，得到被测电信号的采样值，然后生成采样信号； 步骤2)，以模拟或数字方法获取至少两个周波过负峰值或者过正峰值后的过零点时 间序列Tzl，Tz2，…，Tzk，k为大于1的自然数； 步骤3 )，确定用于计算第j过零点时间的起始积分点时间T#其计算公式为TSJ=TzU_D+TXf，其中：T是根据过零点TzU_2)，…，TzU_k)计算得出的平均周期，参数 fG(〇. 5, 1)，j为自然数且j>k; 步骤4)，在被测电信号的采样信号中，选择m个在采样时间上按次序排放的采样点， 设这m个采样点的采样时间分别为tpt2、. . .tpti+1、. . .tm，采样值分别为Xpx2、. . .Xp xi+1. ? ?xm，其中心彡Tsj，t2>Tsj，i、m均为自然数且1彡i〈m; 步骤5)，在第1个采样点和第2个采样点之间通过线性插值的方式获取一个数字积分 开始点s，其坐标为（x@Tsp 为从数字积分开始点到第i采样点（Xi，ti)的数字积分， 则Si+1为从数字积分开始点到第i+1采样点（xi+1，ti+1)的数字积分；当Si和Si+1的乘积小 于等于0时，在第i个采样点和第i+1个采样点之间通过矩形插值或者梯形插值的方式获 取一个数字积分结束点k，其坐标为（xk，tk)，使得从数字积分开始点到积分结束点的数字 积分为零，计算得出积分结束点k的虚拟发生时间tk ; 步骤6),计算第j过零点时间
步骤7)，重复步骤3)至步骤6)得到第j+1过零点时间Tm+1)，则被测电信号的周期：Tpj=TzU+1)-T#被测电信号的频率为：
2. 根据权利要求1所述的一种电信号频率的数字化测量方法，其特征在于：步骤1)所 述对被测电信号进行采样是等时间间隔采样或者是不等时间间隔采样。
3. 根据权利要求1所述的一种电信号频率的数字化测量方法，其特征在于：步骤1)所 述的采样为对被测电信号的整周波进行采样。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的一种电信号频率的数字化测量方法，其特征在 于：还包括以下步骤：重复步骤1)到步骤7)，测量出被测电信号的若干个周期或频率值，然 后对得到的若干个周期或频率值采用平均法计算出最终频率。
5. 根据权利要求1至3中任一项所述的一种电信号频率的数字化测量方法，其特征在 于：所述数字积分为梯形积分或者矩形积分。
【专利摘要】本发明公开了一种电信号频率的数字化测量方法，采用数字积分并插值的方式处理连续的数字采样信号，根据采样值、计算得到的积分开始时间和根据插值的方式获取的积分结束点k的虚拟发生时间计算电信号的零点，由一系列电信号的过零点计算电信号的频率或周期。本发明不需要将低频信号转换成方波，尤其适合于低频正弦信号的频率测量，系统检测方便，硬件开销小；系统的抗干扰能力较强；实现起来简单合理，数据准确、可靠。
【IPC分类】G01R23-02
【公开号】CN104808055
【申请号】CN201410037934
【发明人】戴尔晗
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月26日