专利名称：一种交流电压信号和交流电流信号的校准方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交流电压信号和交流电流信号的校准方法。
背景技术：
在交流系统中的电压或电流采样，首先要经过信号传感器，转换为交流小信号，再通过调理电路送至微处理器进行模数转换，数据采样和处理，得到目标数据。现有技术中， 在电压信号或电流交流信号转换为目标数据的过程中，为了得到更准确的目标数据，使用高精度的电子器件(比如高精度电阻、高精度运放)和可调节器件(可调节精密电阻，可调节电容)。因为这些器件是使用调节工具手动调节的，而且仅允许在出厂前调节一次，出厂之后不可再调节，这样，不但增加了硬件成本，而且容易引入了测试过程中人为误差，降低了可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种交流电压信号和交流电流信号的校准方法，不需要使用高精度的电子器件和可调节器件即可解决上述交流信号的校准存在的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供一种交流电压信号校准方法包括如下步骤步骤1、将上采样周期内N点采样数据的平均值作为本采样周期的零点参数；步骤2、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正；步骤3、根据零点修正后的采样数据分别计算电压有效值；步骤4、接收电压标准数据；步骤5、根据电压标准数据和电压有效值计算电压的幅值参数；步骤6、使用幅值参数对计算后的电压有效值进行修正，得到输入的高压交流信号的数据值。进一步地，还包括如下步骤输入交流电压信号，将交流电压流转化成交流小信号；调整交流电压信号，将交流高压信号转化成可直接采样的电压模拟信号对输入的电压模拟信号在一个周期内取N个采样点进行采样；进一步地，步骤4还包括接收校准命令。进一步地，还包括存储电压的幅值参数的步骤。同时，本发明还提供一种交流电压信号校准装置，包括零点参数提取模块，用于将上采样周期内N点采样数据的平均值作为本采样周期的零点参数；数据零点修正模块、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正电压有效值计算模块、根据零点修正后的采样数据分别计算电压有效值
接收模块、接收电压标准数据幅值参数计算模块、根据电压标准数据和电压有效值计算电压的幅值参数；数据修正模块、使用幅值参数对计算后的电压有效值进行修正，即为采样信号的原始数据值。进一步地，还包括电压传感器，用于将交流高压信号转化成交流低压信号；信号调理电路，用于调整交流电压信号，将交流高压信号转化成可直接采样的电压模拟信号；采样电路、对输入的电压模拟信号在一个周期内取N个采样点进行采样；进一步地，交流电压校准装置还包括存储模块、存储电压的幅值参数。同时，本发明还提供一种交流电流校准方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1、将上采样周期内N点采样数据的平均值作为本采样周期的零点参数；步骤2、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正；步骤3、根据零点修正后的采样数据分别计算电流有效值；步骤4、接收电流标准数据；步骤5、根据电流标准数据和电流有效值计算电流的幅值参数；步骤6、使用幅值参数对计算后的三相电流有效值进行修正，即为采样信号的原始数据值。进一步地，在步骤1前还包括如下步骤输入交流电流信号，将交流大电流信号转化成交流小电流信号；调整交流电流信号，转化成可直接采样的电压模拟信号；对输入的电流模拟信号在一个周期内取N个采样点进行采样；进一步地，在步骤6之后还包括存储电流的幅值参数的步骤。同时，本发明还提供一种交流电流的校准装置，包括零点参数提取模块，用于将上采样周期内N点采样数据的平均值作为本采样周期的零点参数；数据零点修正模块、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正；电流有效值计算模块、根据零点修正后的采样数据分别计算电流有效值接收模块、接收电流标准数据幅值参数计算模块、根据电流标准数据和电流有效值计算电流的幅值参数；数据修正模块、使用幅值参数对计算后的电流有效值进行修正，即为采样信号的原始数据值。进一步地，本发明的交流电流的校准装置，还包括电流传感器，用于将交流电流信号转化成交流电流小信号；信号调理电路，用于调整交流电流信号，将交流电流信号转化成可直接采样的电压模拟信号；采样电路、对输入的电压模拟信号在一个周期内取N个采样点进行采样；进一步地，本发明的交流电流的校准装置，其特征在于，还包括存储模块、存储电流的幅值参数。采用本发明的交流电压校准方法及交流电流校准方法，将大大降低了设计成本， 简化了设计电路，克服集成电路和电子元件精度的差别，提高了硬件可靠性，缩短了批量生产过程中参数校准所需要的时间，大大降低了校准中引入的人为误差，提高了采样数据的精确度。
图1为交流电压校准原理框2为交流电压校准软件流程3为交流电流校准原理4为交流电流校准软件流程图
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清晰明了，以下结合附图和实施例， 进一步阐述本发明，此处描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。结合图1的交流电压校准原理框图说明本发明的交流电压信号的校准方法包括如下步骤1、输入交流电压信号，将交流高压信号转化成交流低压信号；2、调整交流电压信号，将交流低压信号转化成可直接采样的电压模拟信号3、对输入的电压模拟信号在一个周期内取N个采样点进行采样；4、将上采样周期内N点采样数据的平均值作为下一个采样周期的零点参数；5、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正；零点修正边采样边修正，需要对每个采样点使用同一个零点参数进行修正。6、根据零点修正后的采样数据分别计算三相的电压有效值7、微处理器接收电压标准数据和校准命令8、根据电压标准数据和电压有效值计算三相电压的幅值参数9、使用幅值参数对计算后的电压有效值进行修正，得到输入的高压交流信号的数据值。10、存储三相电压的幅值参数，不存储三相电压的零点参数。同样地，本发明的交流电压信号的校准装置包括电压传感器，用于将交流高电压信号转化成交流低电压信号；信号调理电路，用于调整交流电压信号，将交流高压信号转化成可直接采样的电压模拟信号，其包括包括叠加直流分量的电位提升电路，放大电路、滤波电路和钳位电路， 并且微处理器自带AD采样端口。由于信号调理电路是现有技术，在此不再赘述。采样电路、对输入的三相电压模拟信号在一个周期内分别采样N点；每相零点参数提取模块、用于将上采样周期内每相N点采样数据的平均值作为下一个采样周期的零点参数；数据零点修正模块，用于根据上述零点参数对采样数据进行零点修正；零点修正边采样边修正，需要对每相的每个采样点使用同一个零点参数进行修正。
电压有效值计算模块、根据零点修正后的采样数据分别计算三相的电压有效值；接收模块、用于接收电压标准数据和校准命令；幅值参数计算模块、根据电压标准数据和电压有效值计算三相电压的幅值参数；数据修正模块，使用幅值参数对计算后的电压有效值进行修正，即为采样信号的原始数据值。存储模块、存储三相电压的幅值参数，并且不存储三相电压的零点参数。结合图2的交流电压校准软件流程图仔细地说明本发明的具体工作和计算过程微处理器对直接进入AD采样端口的三相电压模拟信号在一个周期内进行离散化采样，每个采样周期为N个采样点，得到一个周期内的采样数字值存放在DVa[N]、DVb [N]、 DVc [N]，零点修正后为DVa [N] -ZVa, DVb [N] -ZVb、DVc [N] -ZVc，使用零点修正后的数据 DVa[N] -ZVa、DVb [N] -ZVb、DVc [N] -ZVc 计算 A、B、C 三相的电压有效值 Va、Vb、Vc，其中计算 A，B，C三相电压有效值使用均方根计算公式，计算过程如下
I
Γ00821Σ (D Va[i] -Z Va) * (DVa[i] - ZVa)
Va = ]过-
N
Γ00831Σ (°Vb[i] - ZVb) * (DVb[i] - ZVb)
N
「00841Σ (D Vc[i] *Z Vc) * (°Vc[i] _ ZVc)
Fc = Ipo-)
N使用离散化采样后的数据DVa [N]、DVb [N]、DVc [N]分别计算三相电压数据在本采样周期内N点采样数据的平均值作为下一个采样周期的零点参数ZVal，ZVbl, ZVcl0零点
参数的计算公式，计算过程如下
权利要求
1.一种交流电压信号的校准方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1、将上采样周期内N点采样数据的平均值作为本采样周期的零点参数； 步骤2、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正； 步骤3、根据零点修正后的采样数据分别计算电压有效值； 步骤4、接收电压标准数据；步骤5、根据电压标准数据和电压有效值计算电压的幅值参数； 步骤6、使用幅值参数对计算后的电压有效值进行修正，得到输入的高压交流信号的数据值。
2.根据权利要求1所述的交流电压的校准方法，其特征在于，在步骤1前还包括如下步骤输入交流电压信号，将交流电压转化成交流小信号； 调整交流电压信号，将交流高压信号转化成可直接采样的电压模拟信号； 对输入的电压模拟信号在一个周期内取N个采样点进行采样。
3.根据权利要求1所述的交流电压的校准方法，其特征在于，步骤4还包括接收校准命令。
4.根据权利要求1所述的交流电压的校准方法，其特征在于，在步骤6后还包括，存储电压的幅值参数的步骤。
5.根据权利要求1所述的交流电压的校准方法，其特征在于，所述电压有效值的计算其中，V为电压的有效值，ZV为零点参数，DV[N]-ZV为零点修正后的采样数据。
6.根据权利要求5所述的交流电压的校准方法，其特征在于，所述幅值参数的计算方法为KV = Vstd/V，其中KV为幅值参数，Vstd为标准电压数据，V为电压的有效值。
7.根据权利要求5所述的交流电压的校准方法，其特征在于，修正后的电压有效值分别为:U = V*KV，其中，V为当前采样周期的采样数据进行零点修正后计算出的电压的有效值数据，KV为最近一次校准的电压的幅值参数。
8.一种交流电压信号校准装置，其特征在于，包括零点参数提取模块，用于将上采样周期内N点采样数据的平均值作为本采样周期的零点参数；数据零点修正模块、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正； 电压有效值计算模块、根据零点修正后的采样数据计算电压有效值； 接收模块、接收电压标准数据；幅值参数计算模块、根据电压标准数据和电压有效值计算电压的幅值参数； 数据修正模块、使用幅值参数对计算后的电压有效值进行修正，得到输入的高压交流信号的数据值。
9.根据权利要求8所述的一种交流电压信号校准装置，其特征在于，还包括 电压传感器，用于将交流高电压信号转化成交流低压信号；方法为信号调理电路，用于调整交流电压信号，将交流高压信号转化成可直接采样的电压模拟信号，其包括高压信号的转换电路，放大电路、滤波电路和钳位电路，并且微处理器自带 AD采样端口 ；采样电路、对输入的电压模拟信号在一个周期内取N个采样点进行采样。
10.根据权利要求9所述的一种交流电压信号校准装置，其特征在于，还包括 存储模块、存储电压的幅值参数。
11.一种交流电流校准方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1、将上采样周期内N点采样数据的平均值作为本采样周期的零点参数； 步骤2、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正； 步骤3、根据零点修正后的采样数据计算电流有效值； 步骤4、接收电流标准数据；步骤5、根据电流标准数据和电流有效值计算电流的幅值参数； 步骤6、使用幅值参数对计算后的电流有效值进行修正，得到输入的高压交流信号的数据值。
12.根据权利要求11所述的交流电流校准方法，其特征在于，在步骤1前还包括如下步骤输入交流电流信号，将交流电流信号转化成交流小信号； 调整交流电流信号，转化成可直接采样的电压模拟信号； 对输入的电流模拟信号在一个周期内取N个采样点进行采样。
13.根据权利要求12所述的交流电流校准方法，其特征在于，所述的步骤4还包括接收校准命令的步骤。
14.根据权利要求13所述的交流电流校准方法，其特征在于，在步骤6后还包括存储电流的幅值参数的步骤。
15.根据权利要求11所述的交流电流校准方法，其特征在于，电流有效值的计算方法其中，ZI是零点修正参数，DI [N]-ZI是零点修正后的采样数据。
16.根据权利要求15所述的交流电流校准方法，其特征在于电流幅值参数为KI= Istd/I其中Istd是标准电流数据，I是电流有效值。
17.根据权利要求16所述的交流电流校准方法，其特征在于，修正后的电流数据为I’ =Ι*κι ；其中，I是电流有效值，KI为最近一次校准的改为电流的幅值参数。
18.一种交流电流的校准装置，其特征在于，包括零点参数提取模块，用于将上采样周期内N点采样数据的平均值作为本采样周期的零点参数；数据零点修正模块、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正； 电流有效值计算模块、根据零点修正后的采样数据分别计算电流有效值； 接收模块、接收电流标准数据；幅值参数计算模块、根据电流标准数据和电流有效值计算电流的幅值参数； 数据修正模块、使用幅值参数对计算后的电流有效值进行修正，得到输入电流的数据值。
19.根据权利要求18所述的交流电流的校准装置，其特征在于，还包括 电流传感器，用于将交流电流信号转化成交流电压小信号；信号调理电路，用于调整交流电压信号，将交流大电流信号转化成可直接采样的电压模拟信号；采样电路、对输入的电压模拟信号在一个周期内取N个采样点进行采样。
20.根据权利要求19所述的交流电流的校准装置，其特征在于，还包括 存储模块、存储电流信号的幅值参数。
全文摘要
本发明提供一种交流电压信号和电流信号的校准方法，其中，交流电压信号的校准方法包括如下步骤步骤1、将上采样周期内N点采样数据的平均值作为本采样周期的零点参数；步骤2、根据上述零点参数对采样数据进行零点修正；步骤3、根据零点修正后的采样数据分别计算电压有效值；步骤4、接收电压标准数据；步骤5、根据电压标准数据和电压有效值计算电压的幅值参数；步骤6、使用幅值参数对计算后的电压有效值进行修正，即为采样信号的原始数据值。本发明的方法大大降低了设计成本，简化了设计电路，克服集成电路和电子元件精度的差别，提高了硬件可靠性，缩短了批量生产过程中参数校准所需要的时间，大大降低了校准中引入的人为误差，提高了采样数据的精确度。
文档编号H03M1/10GK102510284SQ20111028539
公开日2012年6月20日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者胡祺, 董爱荣 申请人:中达电通股份有限公司