一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法与流程

本发明涉及电磁测量、信号处理、误差分析领域，更具体地，涉及一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法。

背景技术：

1、在电磁计量领域，因可编程约瑟夫森量子电压基准(pjvs)的优良特性和成熟应用，电压、电流和功率等电学参量向其溯源成为研究热点。pjvs已初步应用于谐波电压的测量分析，国内外研究者已开展相关工作。

2、应用pjvs进行谐波电压测量分析时，一般先经过待测谐波电压和量子阶梯电压的差分采样后，再将复现的电压信号进行离散傅里叶变换来计算得到被测谐波电压信号的基波及各次谐波分量与频谱信息。在这过程中需要解决两个主要问题，其一是量子阶梯电压在台阶切换时，无法做到瞬时切换，从而导致过渡过程的出现，过渡过程的影响点会在最终的测量结果中带入误差。其二是在采样过程中完全理想的同步采样难以实现，这带来非同步采样问题，使得被测电压信号与理想信号存在同步偏差，经离散傅里叶变化后会存在泄露问题，这同样会在测量结果中引入不小的误差。

3、为解决上述所提到的两大问题，基于准同步采样的二次加权傅里叶变换方法被提出，该方法在解决过渡过程影响点问题的基础上，补偿了因非同步采样引起的泄露误差，有效地提升了谐波电压测量分析的准确度。

4、二次加权傅里叶变换方法虽有理想的测量准确度，但缺少针对该方法各参数的选择对测量结果影响的测试和在确定参数时的测量结果的误差水平的计算，这导致该方法不够完善且不易于实际使用，并且如何选择具体的参数进行测量并不明确。因此，针对该应用量子技术的谐波电压测量方案提出一个合理且全面的测试方法是必要的。

技术实现思路

1、本发明提出了一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法，该测试方法从两个方面对应用了可编程约瑟夫森量子电压基准的谐波电压测量方法进行分析，包括各参数的选择不同对差分信号的幅值水平和最终测量结果的分析和对确定参数时的测量结果误差水平进行计算并给出误差水平计算式，使得现有测量方案更加完善并且易于实际使用。

2、根据本发明的第一方面，从差分采样的角度来对应用了可编程约瑟夫森量子电压基准的谐波电压测量方法中所选择的参数对差分信号幅值和测量结果误差进行分析，包括：台阶个数n、每个台阶上的采样点数m、每周期总采样点数l和频率同步误差fδ；

3、所述应用了可编程约瑟夫森量子电压基准的谐波电压测量方法为：基于准同步采样的二次加权傅里叶变换方法。

4、所述针对台阶个数n、每个台阶上的采样点数m、每周期总采样点数l和频率同步误差fδ进行的测试方法为：采取控制变量法，在频率同步误差fδ、每周期采样点数l确定的情况下，分别针对不同台阶个数n和每个台阶上的采样点数m进行差分信号以及测量结果的分析；采取控制变量法，在台阶个数n、每个台阶上的采样点数m和每周期总采样点数l确定的情况下，分别针对不同频率同步误差fδ进行差分信号以及测量结果的分析。

5、其中，上述n、m和l三者关系式为：m＝l/n，这意味着在l确定的情况下，n一旦确定，m也随之确定，因此n与m不必分开讨论。

6、根据本发明的第二方面，从改进后的准同步采样方法的角度来对应用了可编程约瑟夫森量子电压基准的谐波电压测量方法在确定参数时对测量结果的误差水平进行计算，并给出了误差水平计算式。

7、所述测量结果的误差水平计算对象为测量幅值，误差水平计算式为：

8、δ＝|γm|n≈ξn

9、其中，γm和ξ分别为：

10、

11、其中，l是每周期采样点数，m是谐波次数，tδ是周期同步误差，tδ＝1/f-1/fr，f是理想基波频率。fr是实际基波频率，n是采样周期数，也代表迭代次数。

12、所述误差水平计算式中，γm由准同步采样所定义的递推公式确定，其递推公式为：

13、

14、其中，t0为采样开始点y(t)为待测谐波电压信号序列，ρt为所选复化求积公式对应的权值系数(本发明中以复化梯形求积公式为例)。

15、本发明的优势在于：

16、从应用量子技术的谐波电压测量方法的两大主要技术手段来分角度进行测量分析，通过各测量参数的选择对差分信号幅值和测量结果的分析和在确定参数时对测量结果误差水平的计算，并给出相应的测量误差水平计算式，使得该方法更加完善且易用实际测量的使用，为实际测量中各参数的选取和确定以及对误差水平的计算提供了便利。

技术特征：

1.一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法，包括：

2.根据权利要求1中所述的一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法，其中，所述应用了可编程约瑟夫森量子电压基准的谐波电压测量方法为：基于准同步采样的二次加权傅里叶变换方法。

3.根据权利要求1所述的一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法，其中，差分信号为：待测谐波电压信号与量子阶梯电压信号的差值。

4.根据权利要求1所述的一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法，其中，所述电压测量方法中所选择的参数包括：台阶个数n、每个台阶上的采样点数m、每周期总采样点数l和频率同步误差fδ。

5.根据权利要求1所述的一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法，其中，所述对测量结果的误差水平进行计算的对象为测量幅值。

6.根据权利要求1所述的一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法，其中，γm由准同步采样所定义的递推公式确定，其递推公式为：

技术总结
本发明公开了一种基于应用量子技术实现谐波电压测量的测试方法。该方法从两个方面对应用了可编程约瑟夫森量子电压基准的谐波电压测量方法中的几个要点进行分析；其中，包括从差分采样的角度对台阶个数N、每个台阶上的采样点数M和迭代次数n等重要参数的讨论和从改进后的准同步采样方法的角度对测量结果的误差水平做了计算，并给出了误差水平计算式和具体实验的误差估计计算示例，帮助实际使用时更好地进行相关参数的设置。

技术研发人员：王磊,姜磊,石照民
受保护的技术使用者：中国计量科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15