基于相关分析法的电缆介损扫频测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于介质损耗测量相关技术领域，设及一种基于相关分析法的电缆介损扫 频测量方法。
【背景技术】
[0002] 随着电子技术及状态检测技术的快速发展，介质损耗在线检测的检测方法变得多 种多样。在传统的介质损耗检测方法的基础上，结合数字信号处理技术，新的介损检测方法 更加智能和精确。国内的介质损耗因数检测仪器多是在固定频率下测量的，固定频率测量 繁琐、费时，而且不直观，测量点之间的谐振现象和网络特性的突变点时常会被忽略。因而， 检测不够精确。例如过零比较法由于谐波干扰等其它一些误差因素，有时对测量结果的影 响非常大，从而使此种方法在高精度相位差检测中的应用受到了限制。采用DFT算法时，如 果采样点数较少，窗口的截断误差和栅栏效应影响很大。
【发明内容】
[0003] 本发明为了克服现有技术存在的缺陷，发明了一种基于相关分析法的电缆介损扫 频测量方法。该方法采用基于相关分析法的介损测量算法W及基于DDS技术的扫频信号发 生技术，通过扫频模块、电流放大器、AD转换模块，并采用基于相关分析法的介损测量算法， 实现了更精确的数字化测量，并克服固定频率测量的繁琐、费时、频率干扰等缺陷。
[0004] 本发明采用的技术方案是基于相关分析法的电缆介损扫频测试方法，其特征是， 该方法采用基于相关分析法的介损测量算法W及基于DDS技术的扫频信号发生技术；本发 明的具体步骤如下：
[000引 （1)制作扫频模块
[0006] 扫频模块由键盘输入模块、液晶显示模块、单片机主控模块、扫频信号发生巧片、 晶振和低通滤波电路构成；将键盘输入模块、液晶显示模块与单片机主控模块相连接，单片 机主控模块接收人工输入值并显示系统运行状态，从而实现人机交互的功能；再将单片机 主控模块与扫频信号发生巧片连接，控制扫频信号的频率W及相位；扫频信号发生巧片外 接晶振，由晶振提供时钟信号；扫频信号发生巧片同时连接低通滤波电路，从而获得干净的 扫频信号；
[0007] (2)单片机主控模块将扫频控制字输出给扫频信号发生巧片控制输出信号的频 率，其中频率控制字计算过程如下；
[000引系统输出频率为：
[0009] f〇ut= (frXW)/2'' (1)
[0010] 其中，f；ut为输出频率，ft为参考时钟频率，W为相应的十进制频率控制字；
[0011] 频率控制字的计算公式为：
[0012] W= 232Xf〇ut/fr(2)
[001引 由于采用32位相位累加器，则输出信号分辨率为：
[0014] Af〇w=fr/232 (3)
[0015] (3)将扫频模块输出的扫频信号进行电压放大；本发明中的电压放大器是一个复 合式放大器，由直流电源供电，电压放大器输出的电压加载于被测电缆；再对被测电缆的电 流信号进行放大，之后由AD转换模块采样电缆的电压W及放大后的电流信号；
[0016] (4)对上一步采样的电压电流信号输送给算法处理单元进行基于相关分析法的介 损计算；具体计算过程如下：
[0017] 电压与电流表达式：
[0018]
【主权项】
1. 一种基于相关分析法的电缆介损扫频测试方法，其特征是，该方法采用基于相关分 析法的介损测量算法以及基于DDS技术的扫频信号发生技术；扫频测试方法的具体步骤如 下： (1) 制作扫频模块 扫频模块由键盘输入模块、液晶显示模块、单片机主控模块、扫频信号发生芯片、晶振 和低通滤波电路构成；将键盘输入模块、液晶显示模块与单片机主控模块相连接，单片机主 控模块接收人工输入值并显示系统运行状态，从而实现人机交互的功能；再将单片机主控 模块与扫频信号发生芯片连接，控制扫频信号的频率以及相位；扫频信号发生芯片外接晶 振，由晶振提供时钟信号；扫频信号发生芯片同时连接低通滤波电路，从而获得干净的扫频 信号； (2) 单片机主控模块将扫频控制字输出给扫频信号发生芯片控制输出信号的频率，其 中频率控制字计算过程如下： 系统输出频率为： f〇ut= (frXW)/232 (I) 其中，f；ut为输出频率，L为参考时钟频率，W为相应的十进制频率控制字； 频率控制字的计算公式为： W = 232Xf0Ut/fr (2) 由于采用32位相位累加器，则输出信号分辨率为： Afout=fr/232 (3) 当频率分辨率为0.0 lHz时，计算得到参考时钟频率f/42. 94MHz，选取f；为40MHz ; (3) 将扫频模块输出的扫频信号进行电压放大；本发明中的电压放大器是一个复合式 放大器，由直流电源供电，电压放大器输出的电压加载于被测电缆；再对被测电缆的电流信 号进行放大，之后由AD转换模块采样电缆的电压以及放大后的电流信号； (4) 对上一步采样的电压电流信号输送给算法处理单元进行基于相关分析法的介损计 算；具体计算过程如下： 电压与电流表达式：
其中，u⑴和i (t)分别为电压与电流，Uni和I 分别为电压与电流幅值，ω为电压电流 的频率，Θ为电压电流的相位差； 波形无延时，其电压自相关函数为：
式中，T为基波周期，Ru(O)为电压自相关，τ为采样时差，&为电压有效值； 同理，电流自相关函数为：
式中，Ri(O)为电流自相关，、为电流有效值； 电流与电压互相关函数为：
其中，MO)为电压与电流的互相关；则电流与电压的夹角为：
(5) 待测的电压、电流信号中除了基波信号以外还存在直流和高阶奇次谐波谐波分量， 对介质损耗测量形成干扰，要克服这些干扰就需要对基波进行提取；采用小波多分辨分析 的方式提取信号的基波分量；通过用小波分析方法处理信号的结果与理论结果的误差来判 定小波基函数的好坏，由此决定小波基函数；本发明选择Daubechies 5阶小波； (6) 进行电缆介损扫频测试；开启系统电源，通过键盘输入扫频频率，启动测试，扫频 模块产生扫频信号，电压放大器对扫频信号进行电压放大，放大后的电压加载于被测电缆， 被测电缆的电流经电流放大器放大后被AD转换模块采样，AD转换模块同时采样被测电缆 的电压信号，采样的电压电流信号送给算法处理单元由算法处理单元进行基于相关分析法 的介损计算，并绘制出介质损耗频谱图，待测试完毕关闭系统电源。
【专利摘要】本发明基于相关分析法的电缆介损扫频测试方法属于介质损耗测量相关技术领域，涉及一种基于相关分析法的电缆介损扫频测量方法。该方法采用基于相关分析法的介损测量算法以及基于DDS技术的扫频信号发生技术，先制作扫频模块，扫频模块由键盘输入模块、液晶显示模块、单片机主控模块、扫频信号发生芯片、晶振和低通滤波电路构成。将键盘输入模块、液晶显示模块与单片机主控模块相连接，单片机主控模块接收人工输入值并显示系统运行状态，从而实现人机交互的功能。本发明采用基于相关分析法的介损测量算法，实现了精确的数字化测量，克服固定频率测量繁琐、费时、频率干扰等缺陷。本发明性价比高，实用性强。
【IPC分类】G01R27-26
【公开号】CN104880608
【申请号】CN201510179694
【发明人】李国锋, 杜伟平
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月15日