一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置及其检测方法与流程

本发明涉及一种谐波的检测装置，尤其是一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置及其检测方法。

背景技术：

1、众所周知，快速傅里叶变换(fft)在工程技术领域有着广泛的用途。比如，线性系统，光学，概率论，量子物理，信号分析等等领域。特别是在电力行业，近40年来，由于电力电子技术的发展和广泛应用，使得电网和用电设备中产生了大量的谐波，导致电源质量普遍下降。而检测这些谐波的技术手段，通常就是依靠快速傅里叶变换(fft)技术来实现的。

2、混叠效应和泄漏效应是离散傅氏变换中所固有的两个基本误差。传统的处理方法是采用各种“窗函数”来抑制这二个效应。但是用“窗函数”来进行抑制只是一种折中的方法，因为这种方法同时会使得有效信号变宽变模糊，从而产生误差。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种采用电子技术的手段，从根本上解决快速傅里叶变换中的混叠效应和泄漏效应的误差，是从本质上提高快速傅里叶变换测试精确度的一种谐波检测装置。具体技术方案为：

2、一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置，包括：混叠效应消除模块，所述混叠效应消除模块包括相互连接的低通滤波单元和采样保持单元；模拟信号选择电路，所述模拟信号选择电路与所述采样保持单元连接；计算处理模块，所述计算处理模块包括a/d转换器和mcu单元，所述a/d转换器分别与所述mcu单元和所述采样保持单元连接；泄漏效应消除模块，所述泄漏效应消除模块包括相互连接的相位比较单元、分频器和压控振荡单元，所述压控振荡单元与所述采样保持单元连接；其中，被测电压u和被测电流i分别进入各自的混叠效应消除模块，再通过模拟信号选择电路选择电压u和电流i进行a/d转换，对于每一个信号周期的所有点数据采样，然后通过所述mcu单元进行快速傅里叶变换的运算；所述泄漏效应消除模块提供给电压u和电流i的采样保持电路以及启动a/d通道进行转换。

3、优选的，所述低通滤波单元包括低通滤波器tlc04；所述采样保持单元包括lf398；所述低通滤波器tlc04的引脚5与所述lf398的引脚3连接。

4、优选的，所述压控振荡单元包括三极管9012和三极管9013；所述相位比较单元包括锁相环集成电路cd4046和分频器cd4520。

5、一种快速傅里叶变换的检测方法，用于上述一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置，通过电子式低通滤波器滤去预定的高次谐波，消除混叠效应误差；通过锁相环电路消除泄漏效应误差。

6、优选的，所述预定的高次谐波包括：选择一个周期内的采样点数n，使采样频率等于被测信号所有谐波频率次数的2倍，其中，所述n＝128。

7、进一步的，所述最采样高频率的截止频率的计算公式：

8、

9、式中：

10、fcf为截止频率，单位为赫兹；

11、r为滤波电阻，单位为欧姆；

12、c为滤波电容，单位为法拉。

13、优选的，所述锁相环电路包括：随时根据被测信号的频率变化调整每一个点的采样间隔，使采样点数n总是保持与被测信号周期成整倍数。

14、优选的，被测电压u和被测电流i分别进入各自的低通滤波器通道和采样保持器通道，再通过模拟信号选择电路选择电压u和电流i进行a/d转换后，对每一个信号周期的128点数据采样，然后进行快速傅里叶变换的运算；锁相环电路的输出形成二个通道，用于提供给电压u和电流i的采样保持电路以及是启动a/d通道进行转换；其中，电压u通道和电流i通道的低通滤波器用于分别消除各自的混叠效应误差。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、本发明提供的一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置采用电子低通滤波器有效地去除了快速傅里叶变换中的混叠效应误差，采用锁相环同步采样电路随时根据被测信号的频率变化调整每一个点的采样间隔，使采样点数n总是保持与被测信号周期成整倍数，彻底消除了泄漏效应误差。显著地提高了测试精度；整体结构简单、成本低廉。

技术特征：

1.一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置，其特征在于，

4.一种快速傅里叶变换的检测方法，用于权利要求1所述的一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种快速傅里叶变换的检测方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种快速傅里叶变换的检测方法，其特征在于，

7.根据权利要求5所述的一种快速傅里叶变换的检测方法，其特征在于，

8.根据权利要求5所述的一种快速傅里叶变换的检测方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及一种基于快速傅里叶变换的谐波检测装置，用于消除混叠效应误差和泄漏效应误差，包括混叠效应消除模块、泄漏效应消除模块、模拟信号选择电路和计算处理单元，混叠效应消除模块包括低通滤波单元和采样保持单元；计算处理模块包括A/D转换器和MCU单元；泄漏效应消除模块包括相位比较单元、分频器和压控振荡单元，压控振荡单元与采样保持单元连接；采用保持单元分别与模拟信号选择电路、压控振荡单元连接；被测电压U和被测电流I分别进入各自的混叠效应消除模块，再通过模拟信号进行A/D转换，然后采样，通过MCU单元进行快速傅里叶变换的运算；泄漏效应消除模块提供给电压U和电流I的采样保持电路以及启动A/D通道进行转换。

技术研发人员：林在荣,刘学宝
受保护的技术使用者：江苏嘉诚中贝能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15