本申请涉及信号处理领域，具体而言，涉及一种频率信号采集和数据处理方法及装置领域。
背景技术：
频率信号输出是一种抗干扰能力强、便于无线传输的信号输出方式，被很多类型的传感器所采用。一般输出频率值线性对应传感器测量值，在传感器测量静态信号时，频率输出信号保持稳定，不存在信号波形变形失真和平均值产生偏差的问题。但是当传感器测量动态信号时，输出频率信号跟随被测量值产生波动，当采用脉冲宽度测量的方式进行频率测量时，输出数据帧率跟随波动，导致获取的脉冲宽度不同于等步长采样数据，信号波形在频率高点被拉长；在频率低点被缩短，进而影响均值求解，影响传感器的信号处理。
技术实现要素：
本申请的目的在于提供一种频率信号采集和数据处理方法及装置，以提高模拟量测量波形准确性。
本申请是采用以下技术方案实现的：一种频率信号采集和数据处理方法，所述方法通过采用脉冲宽度的方式进行频率测量；所述方法包括以下步骤：（1）将测量值的电压信号转化为脉冲信号，脉冲信号的频率与电压信号一一对应；（2）通过计时器采集脉冲信号的脉冲周期，得到脉冲周期序列{t(i)}；（3）对所述脉冲周期序列{t(i)}进行求导，计算出频率序列{f(i)}；（4）使用{t(i)}序列依次求和获得时间戳序列{}，得到与不同时间戳序列一一对应的频率序列的{[,f(i)]}数据库；（5）使用固定时间间隔t依次求和获得输出周期序列{t(j)}，t(j)=jt；（6）采用{t(j)}在{[,f(i)]}数据库中进行采样，得到与周期序列{t(j)}所对应的频率值序列{f(j)}；（7）基于脉冲信号的频率与电压信号一一对应，计算出电压信号v（j），可以得到{[t(j),v(j)]}数据库。
上述步骤（2）中，通过计时器连续测量相邻上升沿或下降沿之间的脉冲宽度得到脉冲周期。
上述步骤（5）中，为了保证采样的精度，固定时间间隔t不大于{t(i)}中最小值的1/3。
上述步骤（6）中，若t(j)与相同，则直接提取相应的f(i)值；若{[,f(i)]}中不存在与t(j)相等的，可以采用两种方式进行处理：（1）对{[,f(i)]}进行曲线拟合，得到相应的曲线公式，并根据该公式，计算t(j)时对应的f(j)；（2）根据t(j)所在的时间范围进行求解，具体地，若t(j)位于和之间，则可以针对[,f(i-1)]和[,f(i)]进行线性求解得到t(j)所对应的f(j)。在第一种方式中，拟合度r2应该不小于0.99，若r2小于0.99，则采用第二种方式计算。
在上述方法中，采用t(j)进行采样时，可以采用离线的方式进行，也可以在线以流水线方式进行。
一种频率信号采集和数据处理装置，其包括信号转换模块，数据采集模块，信息处理模块，寄存器和计时器；所述信号转换模块将测量值的电压信号转化为脉冲信号，所述脉冲信号的频率与电压信号一一对应；计时器采集所述脉冲信号的脉冲周期，得到脉冲周期序列{t(i)}；所述信息处理模块对脉冲周期序列{t(i)}进行求导，计算出频率序列{f(i)}，对{t(i)}序列依次求和获得时间戳序列{}，并将{[,f(i)]}寄存于所述寄存器中；其次，信息处理模块使用固定时间间隔t依次求和获得输出周期序列{t(j)}，t(j)=jt，并采用{t(j)}在{[,f(i)]}数据库中进行采样，得到与周期序列{t(j)}所对应的频率值序列{f(j)}；基于脉冲信号的频率与电压信号一一对应关系，信息处理模块计算出电压信号v（j），可以得到{[t(j),v(j)]}数据库。
所述频率信号采集和数据处理装置，所述计时器连续测量相邻上升沿或下降沿之间的脉冲宽度得到脉冲周期。
为了保证采样的精度，信号处理模块选择的固定时间间隔t不大于{t(i)}中最小值的1/3。
若t(j)与相同，信息处理器则直接从寄存器中提取相应的f(i)值；若{[,f(i)]}中不存在与t(j)相等的，信息处理模块可以采用两种方式进行处理：（1）对{[,f(i)]}进行曲线拟合，得到相应的曲线公式，并根据该公式，计算t(j)时对应的f(j)；（2）根据t(j)所在的时间范围进行求解，具体地，若t(j)位于和之间，则可以针对[,f(i-1)]和[,f(i)]进行线性求解得到t(j)所对应的f(j)。在第一种方式中，拟合度r2应该不小于0.99，若r2小于0.99，则采用第二种方式计算。
信息处理模块采用{t(j)}进行采样时，可以采用离线的方式进行，也可以在线以流水线方式进行。
与现有技术相比，上述方法可以对失真动态信号进行纠正，得到原始动态信号，提高模拟量测量波形准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。
图1为方波信号转化为电压信号示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
如图1所示，横坐标为时间，图1上部分为脉冲信号，其为传感器将检测到的电压信息转换为脉冲信号，脉冲信号为方波信号，纵坐标为幅值，幅值为5v，采用对脉冲信号进行脉冲宽度测量的方式得到电压信号，具体地，对脉冲信号的周期进行测量，并对周期进行求导，得到频率信号，频率信号与电压信号一一对应，由此得到电压信号，脉冲信号的频率可以和电压信号线性对应，也可以根据传感器使用的具体情况，采用非线性对应。图1下部分的纵坐标为电压信号，电压信号的电压范围为-1v至1v，对应的脉冲信号频率范围为50hz至150hz，且电压信号的电压范围与脉冲信号频率范围线性对应。通过计时器采集脉冲信号的脉冲周期，得到脉冲周期序列{t(i)}，对所述脉冲周期序列{t(i)}进行求导，计算出频率序列{f(i)}，即；使用{t(i)}序列依次求和获得时间戳序列{}，i=1,2,3，……n，得到与不同时间戳序列一一对应的频率序列的{[,f(i)]}数据库，基于脉冲信号的频率与电压信号一一对应，计算出电压信号v[i]，可以得到{[,v(i)]}数据库，将该数据库采用曲线的方式进行表示，可以得到如图1下部分的带点的光滑曲线，此方法也是常用的采用脉冲宽度测量方式进行频率测量；其次，使用固定时间间隔t依次求和获得输出周期序列{t(j)}，t(j)=jt，j=1,2,3，……n，图1中的示例所采用的固定时间间隔t为0.001s，采用{t(j)}在{[,f(i)]}数据库中进行采样，得到与周期序列{t(j)}所对应的频率值序列{f(j)}，基于脉冲信号的频率与电压信号一一对应关系，计算出电压信号v（j），可以得到{[t(j),v(j)]}数据库，将该数据采用曲线的方式进行表示，可以得到如图1下部分的光滑曲线。从图1下部分的带点的光滑曲线可以看出采用脉冲宽度测量方式进行频率测量时，直接进行测量得到的数据曲线相对于实际的脉冲信号，波峰有延后的趋势，而采用固定时间间隔t的周期序列{t(j)}对频率{[,f(i)]}进行重采样，得到的数据序列{[t(j)，f(j)]}与脉冲信号对应较好。
计时器在采集脉冲周期时，采用连续测量相邻上升沿或下降沿之间的脉冲宽度得到脉冲周期。为了保证采样的精度，固定时间间隔t不大于{t(i)}中最小值的1/3。采用周期序列{t(j)}在{[,f(i)]}进行采样时，会出现两种情况：1，t(j)与相同，则直接提取相应的f(i)值；2，{[,f(i)]}中不存在与t(j)相等的，可以采用两种方式进行处理：（1）对{[,f(i)]}进行曲线拟合，得到相应的曲线公式，并根据该曲线公式，计算t(j)时对应的f(j)；（2）根据t(j)所在的时间范围进行求解，具体地，若t(j)位于和之间，则可以针对[,f(i-1)]和[,f(i)]进行线性求解得到t(j)所对应的f(j)，即，采用该公式计算出f(j)；在第一种方式中，拟合度r2应该不小于0.99，若r2小于0.99，则采用第二种方式计算。
在上述方法中，采用{t(j)}进行采样时，可以采用离线的方式进行，即将脉冲信号经过处理后以{[,f(i)]}进行存储，后续需要时，对数据进行处理；也可以在线以流水线方式进行，将实时对脉冲信号进行处理，得到一定的周期内的{[,f(i)]}，并在该周期内以固定时间间隔t进行重采样，输出一定周期内的数据序列{[t(j)，f(j)]}，由于周期短，因此可以视为实时检测并进行数据输出。
一种频率信号采集和数据处理装置，其包括信号转换模块，数据采集模块，信息处理模块，寄存器和计时器；所述信号转换模块将测量值的电压信号转化为脉冲信号，所述脉冲信号的频率与电压信号一一对应；计时器采集所述脉冲信号的脉冲周期，得到脉冲周期序列{t(i)}；所述信息处理模块对脉冲周期序列{t(i)}进行求导，计算出频率序列{f(i)}，即，对{t(i)}序列依次求和获得时间戳序列{}，i=1,2,3,……,n，并将{[,f(i)]}寄存于所述寄存器中；其次，信息处理模块使用固定时间间隔t依次求和获得输出周期序列{t(j)},t(j)=jt，j=1,2,3,……,n，并采用{t(j)}在{[,f(i)]}数据库中进行采样，得到与周期序列{t(j)}所对应的频率值序列{f(j)}；基于脉冲信号的频率与电压信号一一对应关系，信息处理模块计算出电压信号v（j），可以得到{[t(j),v(j)]}数据库。
所述频率信号采集和数据处理装置，所述计时器连续测量相邻上升沿或下降沿之间的脉冲宽度得到脉冲周期。
为了保证采样的精度，信号处理模块选择的固定时间间隔t不大于{t(i)}中最小值的1/3。
若t(j)与相同，信息处理器则直接从寄存器中提取相应的f(i)值；若{[,f(i)]}中不存在与t(j)相等的，信息处理模块可以采用两种方式进行处理：（1）对{[,f(i)]}进行曲线拟合，得到相应的曲线公式，并根据该公式，计算t(j)时对应的f(j)；（2）根据t(j)所在的时间范围进行求解，具体地，若t(j)位于和之间，则可以针对[,f(i-1)]和[,f(i)]进行线性求解得到t(j)所对应的f(j)，即，采用该公式计算出f(j)；在第一种方式中，拟合度r2应该不小于0.99，若r2小于0.99，则采用第二种方式计算。
在上述方法中，采用{t(j)}进行采样时，可以采用离线的方式进行，即将脉冲信号经过处理后以{[,f(i)]}进行存储，后续需要时，对数据进行处理；也可以在线以流水线方式进行，将实时对脉冲信号进行处理，得到一定的周期内的{[,f(i)]}，并在该周期内以固定时间间隔t进行重采样，输出一定周期内的数据序列{[t(j)，f(j)]}，由于周期短，因此可以视为实时检测并进行数据输出。
以上所述仅为本申请的一部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。