并返回给上位机；上位机生 成控制信号，通过高精度电流电压基准源产生和测量结果1同等幅值的信号，并与待测信 号做差来减小下一级所需测量的量程，将待测信号变为中间信号1。再通过量程更小、精度 更高的测量部件2来进行下一级测量，从而给出整体结果中间部分的测量结果2并继续通 过基准源对待测信号进行补偿生成中间信号2。如此一级级测量直到量程最小、测量精度最 高的测量部件n测量结束，将各部分测量结果通过上位机进行数据拼接、整合，即可得到最 终测量结果，完成对于高精度大量程电流、电压信号的检测。
【具体实施方式】 [0035] 二：本实施方式给出一个具体实施例。本实施方式中测量部件为电 流传感器，待测信号为电流信号。
[0036] 假定待测信号为1. 0012345678928…A，测量仪器分别为第1级电流传感器、第2 级电流传感器、第3级电流传感器、第4级电流传感器，其量程与分辨率分别为± 10A、1mA， ±10mA、lyA，±10yA、lnA，和±10nA、0.IpA，是按精度从小到大的顺序排序的。电流基准 源分辨率为10nA。
[0037] 首先，待测信号由第1级电流传感器进行测量，测量结果为1. 001A，忽略含有误差 的最低位，则第1级电流传感器所测的结果精确部分一一Res(l)为1.00A，则上位机控制 电流基准源生成-1. 00A的电流（第1路补偿信号）施加到待测信号上，从而生成第1路中 间信号为：1. 234567892mA(即0. 001234567892A)。再通过第2级电流传感器对待测信号 进行测量，测量结果为1. 235mA，忽略含有误差的最低位，则第2级电流传感器所测的结果 精确部分--Res(2)为1. 23mA，则上位机控制电流基准源生成-1. 00123A的电流（即第2 路补偿信号，第1级测量结果Res(1)与第2级测量结果Res(2)相加的和信号）施加到待 测信号上，从而生成第2路中间信号为：4. 567892yA。再通过第3级电流传感器对待测信 号进行测量，测量结果为4. 569yA，忽略含有误差的最低位，则第3级电流传感器所测的结 果精确部分--Res(3)为4. 56yA，此时上位机应控制电流基准源生成-1. 00123456A的 电流（第3路补偿信号：Res(1)+Res(2)+Res(3))施加到待测信号上，从而生成第3路中间 信号为：7. 892nA。但由于电流基准源精度为10nA，故电流基准源生成-1. 00123456A的电 流时在最低位存在误差，故还需要通过分级测量的方法对电流基准源的输出值进行测量， 从而得到电流基准源的准确输出值，精度需达到10nA。假设电流基准源生成的实际电流 为-1. 00123454A，则生成的实际第3路中间信号为7. 892nA，测得电流基准源输出信号偏差 Res_bias为-〇? 00000002A。
[0038] 最后，通过第4级电流传感器进行测量，测量结果为7. 8926nA，忽略含有误差的最 低位，则第4级电流传感器所测的结果精确部分一一Res(4)为7.892nA。最后通过上位机 将4个测量结果（Res_l~Res_4)进行叠加组合得到测量结果为1. 001234587892A。再通 过测得的电流基准源输出信号偏差对测量结果1. 001234587892A进行补偿，即得到最终精 度为pA的测量结果--1. 001234567892A。上位机对数据的处理公式可以总结为：
[0039]
[0040] 其中Res_final为最终测量结果，Res(i)为第i部分测量部件的测量结果的精确 部分，Res_bias为电流基准源输出信号偏差。
[0041] 以上对本发明提供的高精度大量程电流电压的分级测量方法进行了详细的说明， 所使用的测量部件并不仅限于现有各类电流、电压测量仪器，也包括通过等效手段实现的 电流、电压测量方法。对本领域的技术员而言，在不背离本发明精神的前提下对他所做的任 何显而易见的改动，都将构成对本发明的侵犯，将承担相应的法律责任。
【主权项】
1. 高精度大量程电流电压的分级测量方法，其特征在于，该方法利用n个不同量程、不 同精度的电流电压传感器对同一待测信号进行测量；并将n个电流电压传感器按测量精度 由低到高的顺序进行排序依次测量待测信号； 该测量方法包括以下步骤： 步骤一、上位机控制第1级电流电压传感器测量待测信号，测量结果去掉最后一位误 差位后，获取第1级测量结果Res(1)，并上传给上位机，第1级测量结果Res(1)的精确度为 千分位； 步骤二、上位机生成控制信号，通过电流电压基准源产生第1路补偿信号，第1路补偿 信号是与第1级测量结果Res(1)同等幅值的信号，将待测信号与第1路补偿信号作差获取 第1路中间信号； 步骤三、上位机控制第2级电流电压传感器测量待测信号，测量结果与第1路中间信号 作差，去掉最后一位误差位后，获取第2级测量结果Res(2)，并上传给上位机，第2级测量结 果Res(2)的精确度为千分位； 步骤四、上位机生成控制信号，通过电流电压基准源产生第2路补偿信号，第2路补偿 信号是第1级测量结果Res(1)与第2级测量结果Res(2)相加的和信号，将待测信号与第 2路补偿信号作差获取第2路中间信号； 按照步骤三和步骤四的过程完成其它电流电压传感器测量，然后执行步骤五； 步骤五、由上位机将多级测量结果进行处理，并输出最终测量结果Res_f inal :其中：Res_bias为电流电压基准源输出信号偏差。2. 根据权利要求1所述的高精度大量程电流电压的分级测量方法，其特征在于，电流 测量精度从低到高依次为MA、kA、A、mA、yA、pA;电压测量精度从低到高依次为MV、kV、V、 mV、yV、pV〇
【专利摘要】高精度大量程电流电压的分级测量方法，属于弱电电流、电压信号的测量领域，本发明为解决现有技术无法完成大量程信号的高精度测量问题。本发明方法利用n个不同量程、不同精度的电流电压传感器对同一待测信号进行测量；并将n个电流电压传感器按测量精度由低到高的顺序进行排序依次测量待测信号；先由量程大、精度低的初级传感器开始测量并取结果中的精确部分，后通过电流电压基准源将实测信号中的已确定的精确部分进行补偿，并对剩余信号进行下一级的测量直至量程最小、精度最高的传感器测量结束，再进行数据融合，从而实现对弱电领域的大电流、大电压信号的高精度测量。
【IPC分类】G01R19/25
【公开号】CN105021881
【申请号】CN201510465243
【发明人】陈兴林, 陈震宇, 刘杨, 付雪微
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月31日