一种单频信号的幅度获得方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及电子信号的测控及计量技术领域，具体地说，涉及一种利用均 值滤波后取最值之差以快速计算单频信号幅度的方法。本发明提供的方法适合在电网领域 快速高精的实现窃电检测及计量。
【背景技术】
[0002] 单频信号，即单一正弦波信号，被广泛应用于各种需要电子信号的领域。例如，在 控制领域，单频信号常用作系统测试的输入信号；在电网领域，单频信号可以用于检测电网 供电的稳定度及用户用电电流的大小。于是，快速得到单频信号的幅度，就具有满足实际需 求的现实意义。
[0003] 作为一种交流信号，单频信号主要用有效值指标来衡量其幅度信息。传统的获取 单频信号的幅度的方法是均方根（RMS，RootMeanSquare)法。RMS法在具体获取单频信 号幅度时，需要经过去除直流、逐点平方、求和平均、开平方等复杂的计算步骤，尤其是对于 小信号而言，还可能需要进行交流偏置校正。
[0004]RMS法的优点是数据精度高，可通过量测多个频率来合成有效值，但缺点也是明显 的：算法和处理过程复杂，花费时间长，不适合简易快速的应用场合。
【发明内容】
[0005] 针对传统RMS法的缺点，本发明利用均值滤波后取最值之差的方法来快速获得单 频信号的幅度，简单易行、计算要求低，非常适合需要快速获得单频信号幅度的领域。值得 一提的是，本发明特别适合在电网发生窃电时电能计量单元利用电池供电的全失压场合。
[0006] 具体地，根据本发明的一方面，单频信号的幅度获得方法包括如下步骤：
[0007]获得单频信号X(η)的和序列y(η)，所述和序列y(η)是通过对所述单频信号X(η) 的每Μ个采样点之和进行连续依次计算所获得的，其中，Μ= |p_max-p_min|，p_max是所述 单频信号x(η)最大值的位置，p_min是所述单频信号χ(η)最小值的位置；
[0008]利用和序列y(η)的最大值max(y)与最小值min(y)，计算和序列y(η)的峰值 PK(y)，PK(y) = [max(y)-min(y)]/2;#&
[0009] 计算PK(y)/M，并对所述PK(y)/M进行增益调整，以获得所述单频信号x(n)的幅 度。
[0010] 其中，所述增益调整包括：将PK(y) /M乘以增益因子G，其中，所述增益因子G是预 先测定的。
[0011] 该方法还可以进一步包括：
[0012] 扫描所述单频信号χ(η)，以获得其最大值max(χ)和最小值min(χ);
[0013] 计算所述单频信号x(n)的峰值PK(x)，PK(x) = [max(x)-min(x)]/2 ;以及
[0014] 通过将所述单频信号χ(η)的峰值PK(χ) 来获得有效值，并将该有效值作 为粗精度的幅度。
[0015] 其中，按如下方式计算和序列y(η):
[0016]y(l) =x(l)+x(2)+. . .+χ(Μ)
[0017]y(2) =x(2)+. . . +x(M)+x(M+l)
[0018]于是，可得y(2) =y(l) + [x(M+l)-x(l)];
[0019] 依次递推，可得和序列y(n):
[0020]y(n) =y(n-1)+[x(M+n-1)-χ(n-1) ]〇
[0021] 另一方面，本发明还提供一种通过电流幅度检测窃电的方法，其特征在于，包括如 下步骤：
[0022] 步骤一、扫描并采样电流信号；
[0023] 步骤二、获得电流信号的和序列；
[0024] 步骤三、计算和序列的最大值、最小值以及峰值和幅度；
[0025] 步骤四、对该幅度进行增益调整；
[0026] 步骤五、根据增益调整后的幅度检测窃电的发生。
[0027] 如上所述，本发明的单频信号幅度获得方法具有以下有益效果：
[0028] 1、免去复杂校正：RMS法需要直流偏置校正和交流噪声校正，否则误差较大，而本 发明提供的方法并不需要这两种校正。
[0029] 2、运算简单便捷：RMS法需要逐点平方运算和一次开方运算，而本发明提供的方 法在相应之处只需要加减法的运算。
[0030] 3、不要求对齐：RMS法需要完整周波计算，否则误差较大，而本发明提供的方法不 需要正好对齐。
[0031] 4、精度表现相当：本发明提供的方法与RMS法相比，在简化运算的同时，能提供精 度相当的结果，误差精度也可替代。
[0032] 综上，本发明提供的单频信号幅度获得方法结构简单、运算量低、实现成本低，在 精度相当的条件下，较传统RMS法更快速有效的提供单频信号的幅度信息。特别是，在电网 领域，本发明提供的方法可快速高精的实现窃电检测。
【附图说明】
[0033] 参照以下附图，将更好地理解本发明的许多方面。附图中的各组成部分不一定成 比例，重点在于清楚地例示出本发明的原理。
[0034]图1是根据本发明实施例的单频信号幅度获得方法的流程图。
[0035] 图2是输入信号为5A、取样范围占ADC满量程20%情况下所获得的原始采样曲线 及和序列曲线的示意图。
[0036] 图3是输入信号为500mA、取样范围占ADC满量程2%情况下所获得的原始米样曲 线及和序列曲线的示意图。
[0037] 图4是输入信号为50mA、取样范围占ADC满量程0. 2%情况下所获得的原始米样 曲线及和序列曲线的示意图。
[0038] 图5是电能计量芯片在电网中的连接示意图。
【具体实施方式】
[0039] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实 施方式进行详细说明。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的， 并且本发明并不限于这些实施方式。
[0040] 需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了 与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他 细节。
[0041] 针对RMS法获取单频信号幅度的缺点，本发明的方法简单易行、计算要求低，适合 需要快速获得单频信号幅度的应用场合。
[0042] 图1示出了本发明提供的单频信号幅度获得方法的流程示意图。
[0043] 如图1所示，单频信号幅度获得方法包括如下步骤：
[0044] 步骤S101--扫描步骤：
[0045]扫描单频信号X(η)，获得其最大值max(X)、最小值min(X)及其位置p_max和p_ min〇
[0046] 这里，单频信号χ(η)的频率为fin，对单频信号χ(η)进行采样的频率为fs，满足采 样定理fin〈fs/2。
[0047] 步骤S102-计算步骤：
[0048] 计算M，Μ= |p_max_p_min| 〇
[0049] Μ是对单频信号χ(η)进行采样的累加采样点数目。
[0050] 进一步地，还可以计算单频信号χ(η)的峰值PK(x)，PK(x) = [max(x)-min(x)]/2, 进而计算有效值PK(x)/七，该有效值可以作为粗精度的幅度信息。
[0051] 需要说明的是，对于单频信号来说，利用最大值与最小值计算获得的有效值，是比 较粗略的幅度信息，往往误差较大。通过下面的步骤，可以进一步获得误差较小的幅度信 肩、。
[0052] 步骤S103--和序列获得步骤：
[0053] 连续依次计算每Μ个