一种交流信号发生及测量系统和方法与流程

本发明涉及电变量测量，特别涉及一种交流信号发生及测量系统和方法。

背景技术：

1、在工程实际的自动控制系统中，通常是根据被控制对象的各种电信号来对其实施自动控制。因此，电测量是进行电路检测时一个必不可少的重要内容。在电测量过程中，交流信号测量是其最基本的测量功能之一，对交流信号进行测量能够反映电路、元件和器件的工作状态，从而根据测量到的交流信号做出相应的应对措施。

技术实现思路

1、现有的交流信号测量系统，往往电路复杂繁琐，因此也会造成测量成本的增加。现有的技术中，常见的是仅有信号发生系统或者仅有信号测量系统，对于信号发生系统和信号测量系统相结合的相关技术并不多见。为了丰富电测量的方法，降低电测量设备产生的成本，本发明提出了一种交流信号发生及测量系统和方法，本系统的电路所使用的元件较少，更具有经济适用性。

2、第一方面，本发明实施例提供一种交流信号发生及测量系统，包括：

3、交流信号发生装置和/或交流信号测量装置；

4、交流信号发生装置包括控制器、数模转换器和信号产生电路；信号产生电路包括：频率合成单元、滤波放大单元、乘法器、第一缓冲单元；

5、控制器的输出端连接数模转换器的输入端和频率合成单元的输入端；控制器用于控制数模转换器产生相应的电压信号以及用于控制频率合成单元产生指定波形的电流信号，并将电流信号转换为交流电压信号；

6、数模转换器的输出端连接乘法器的输入端，用于将数模转换后的电压信号输出至乘法器进行运算；

7、频率合成单元的输出端连接滤波放大单元的输入端，用于按照预设的频率和预设的电流输出指定波形的电流信号，并将电流信号转换为交流电压信号；

8、滤波放大单元的输出端连接乘法器的输入端，用于对频率合成单元输出的交流电压信号进行滤波和/或放大处理，得到处理后的交流电压信号；

9、乘法器输出端连接第一缓冲单元的输入端，用于基于数模转换器产生的电压信号调制滤波放大单元输出的交流电压信号的幅值；

10、第一缓冲单元用于对乘法器输出的交流电压信号进行缓冲，输出符合要求的交流电压信号提供给交流信号测量装置或外部设备；

11、交流信号测量装置包括：测量放大单元、测量滤波单元、测量缓冲单元、模数转换器；

12、测量放大单元的输入端连接交流信号发生装置的输出端或外部信号源，测量放大单元的输出端连接测量滤波单元的输入端；测量放大单元用于将交流电压信号放大预设倍数；

13、测量滤波单元的输出端连接测量缓冲单元的输入端，用于过滤频率高于预设第一临界阈值的交流信号；

14、测量缓冲单元的输出端连接模数转换器的输入端，用于对测量滤波单元输出的交流电压信号进行缓冲，输出符合要求的交流电压信号；

15、模数转换器的输出端外接上位机，用于对测量缓冲单元输出的交流电压信号进行采样以及对交流电压信号进行模数转换，并将转换后的交流电压信号上传给上位机。

16、在一些可选的实施例中，滤波放大单元，包括：第一滤波单元和第一放大单元，或滤波放大单元包括第二放大单元；

17、第一滤波单元的输出端连接第一放大单元的输入端，用于过滤频率低于预设第二临界阈值的交流电压信号；

18、第一放大单元的输出端连接乘法器的输入端，用于将输出的交流电压信号放大第一倍数；

19、第二放大单元的输出端连接乘法器的输入端，用于将输出的交流电压信号放大第二倍数。

20、在一些可选的实施例中，交流信号发生装置，还包括：第二滤波单元；

21、第二滤波单元的输入端连接乘法器的输出端，第二滤波单元的输出端连接第一缓冲单元的输入端，第二滤波单元用于过滤频率高于预设第三临界阈值的交流电压信号；

22、交流信号测量装置，还包括：衰减电路；

23、衰减电路的输入端连接交流信号发生装置中的第一缓冲单元的输出端或外部信号源；衰减电路用于对第一缓冲单元或外部信号源输出的交流电压信号进行衰减处理。

24、在一些可选的实施例中，频率合成单元，包括：频率合成器、第一电阻和第二电阻；

25、频率合成器的输入端连接控制器的输出端，频率合成器的第一输出端连接第一电阻；

26、第一电阻的第一端连接频率合成器的第一输出端，第一电阻的第二端接地；

27、第二电阻的第一端连接频率合成器的第一引脚，第二电阻的第二端接地；

28、滤波放大单元，包括：第一电容、第二电容、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一放大器、第二放大器、第三放大器和第一选择继电器；

29、第一电容的第一端连接频率合成器的第一输出端，第一电容的第二端连接第三电阻的第一端和第二电容的第一端之间；

30、第二电容的第一端连接第一电容的第二端和第三电阻的第一端之间，第二电容的第二端连接第四电阻的第一端和第一放大器的第三端之间；

31、第三电阻的第一端连接第一电容和第二电容之间，第三电阻的第二端连接第一放大器的第二端；

32、第四电阻的第一端连接第二电容和第一放大器的第三端之间，第四电阻的第二端接地；

33、第一放大器的第一端连接第一放大单元的输入端，第一放大器的第三端连接第二电容和第四电阻之间；

34、第五电阻的第一端连接第一放大器的第一端，第五电阻的第二端连接第二放大器的第一端和第七电阻的第一端之间；

35、第六电阻的第一端连接第二放大器的第二端，第六电阻的第二端接地；

36、第七电阻的第二端连接第一选择继电器；第二放大器的第三端连接第一选择继电器；

37、第八电阻的第一端连接频率合成器的第二输出端，第八电阻的第二端连接第三放大器的第一端；

38、第九电阻的第一端连接第三放大器的第二端和第十电阻的第一端之间，第九电阻的第二端接地；

39、第十电阻的第一端连接第三放大器的第二端和第九电阻之间，第十电阻的第二端连接第三放大器的第三端和第一选择继电器之间；

40、第一缓冲单元，包括：第二选择继电器、第四放大器、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻和第三电容；

41、第二选择继电器的第一端连接第二滤波单元的输出端或乘法器的输出端，第二选择继电器的第二端连接十一电阻的第一端；

42、第十一电阻的第二端连接第四放大器的输入端；第四放大器的输出端连接第十二电阻、第十三电阻和第三电容之间；

43、第十二电阻的第二端、第十三电阻的第二端和第三电容的第二端连接交流信号测量装置。

44、在一些可选的实施例中，测量放大单元，包括：第三选择继电器、第四选择继电器、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第五放大器、第六放大器、第七放大器、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻；

45、第三选择继电器的第一端连接交流信号发生装置的输出端或外部信号源，第三选择继电器的第二端连接第四选择继电器的第一端；

46、第四选择继电器的第一端连接第三选择继电器的第二端或衰减电路，第四选择继电器的第二端连接第一开关的第一端和第四电容的第一端之间；第四电容的第二端连接第十四电阻的第一端和第十六电阻的第一端之间；

47、第一开关的第二端连接第十四电阻的第一端，第十四电阻的第二端连接第三开关的第一端；第三开关的第二端接地；

48、第十五电阻的第一端连接第十六电阻的第一端，第十五电阻的第二端连接第二开关的第一端；

49、第十六电阻的第一端连接第十五电阻的第一端和第十七电阻的第一端之间，第十六电阻的第二端连接第五放大器的第一端；

50、第十七电阻的第一端连接第五放大器的第二端，第十七电阻的第二端连接第五放大器的第三端；

51、第五放大器的第二端连接第十五电阻和第十七电阻之间，第五放大器的第三端连接第十七电阻的第二端和第十九电阻的第一端之间；

52、第六放大器的第一端连接第十九电阻的第二端，第六放大器的第二端连接第十八电阻的第一端和第二十电阻的第一端之间，第六放大器的第三端连接第二十电阻的第二端第二十二电阻的第一端；第十八电阻的第二端连接第四开关的第一端，第四开关的第二端接地；

53、第七放大器的第一端连接第二十二电阻的第二端，第七放大器的第二端连接第二十一电阻的第一端和第二十三电阻的第一端之间，第七放大器的第三端连接第二十三电阻的第二端和测量滤波单元；第二十一电阻的第二端连接第五开关的第一端，第五开关的第二端接地。

54、在一些可选的实施例中，测量滤波单元，包括：第一滤波电路、第二滤波电路；

55、第一滤波电路的第一端和第二滤波电路的第一端连接测量放大单元的输出端，第一滤波电路的第二端和第二滤波电路的第二端连接测量缓冲单元的输入端；

56、测量缓冲单元，包括：第八放大器、第二十四电阻和第五选择继电器；

57、第八放大器的输入端连接第五选择继电器的第二端，第八放大器的输出端连接模数转换器的输入端；

58、第二十四电阻的第一端连接第八放大器的第一端，二十四电阻的第二端连接模数转换器的输入端。

59、在一些可选的实施例中，第二滤波单元，包括：第三滤波电路、第四滤波电路和第六选择继电器；

60、第三滤波电路的第一端和第四滤波电路的第一端连接乘法器的输出端，第三滤波电路的第二端和第四滤波电路的第二端连接第六选择继电器；

61、衰减电路，包括：第六开关、第七开关、第二十五电阻、第二十六电阻和第二十七电阻；

62、第六开关的第一端连接第三选择继电器的第二端，第六开关的第二端连接第二十五电阻的第一端，第二十五电阻的第二端连接第二十七电阻的第二端和第三开关的第二端之间；

63、第七开关的第一端连接第三选择继电器的第二端，第七开关的第二端连接第二十六电阻的第一端；

64、第二十六电阻的第二端连接第二十七电阻的第一端和第四选择继电器的第一端之间；

65、第二十七电阻的第一端连接第二十六电阻的第二端和第四选择继电器的第一端，第二十七电阻的第二端连接第三开关的第二端。

66、在一些可选的实施例中，频率合成单元，还包括：第二十八电阻和第二十九电阻；

67、第二十八电阻的第一端连接频率转换器，二十八电阻的第二端接地；

68、第二十九电阻的第一端连接数模转换器，第二十九电阻的第二端连接第二十八电阻的第一端。

69、第二方面，基于交流信号发生及测量系统，本发明实施例提供一种交流信号发生及测量方法，包括：

70、控制器基于基准电压源产生的基准电压，控制数模转换器产生相应的电压信号，以及控制频率合成单元按照预设的频率和预设的电流输出指定波形的电流信号，并通过第一电阻将电流信号转换成交流电压信号；

71、滤波放大单元对交流电压信号进行滤波和/或放大处理，乘法器基于数模转换器产生的电压信号对滤波放大处理后的交流电压信号进行幅值调制；

72、第一缓冲单元对乘法器输出的交流电压信号进行缓冲处理，输出符合要求的交流电压信号提供给交流信号测量装置或外部设备；

73、测量放大单元获取交流信号发生装置或外部信号源输出的交流电压信号，将交流电压信号放大预设倍数；

74、测量滤波单元对交流电压信号进行滤波，得到频率低于预设第一临界阈值的交流电压信号；

75、测量缓冲单元对测量滤波单元输出的交流电压信号进行缓冲，输出符合要求的交流电压信号；

76、模数转换器对测量缓冲单元输出的交流信号进行采样以及交对流信号进行模数转换，并将转换后的交流电压信号上传给上位机。

77、在一些可选的实施例中，第一缓冲单元对交流电压信号处理前，还包括：

78、第二滤波单元对乘法器输出的交流电压信号进行滤波处理，将滤波处理后的交流电压信号输出至第一缓冲单元；

79、测量放大单元获取交流信号发生装置或外部信号源输出的交流电压信号之前，还包括：

80、衰减电路对交流信号发生装置或外部信号源输出的交流电压信号进行衰减处理，将衰减处理后的交流信号输出至测量放大单元。

81、本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

82、本发明的提供的交流信号发生及测量系统，包括交流信号发生装置和交流信号测量装置中的至少一个，既能作为交流信号源实现交流电压信号的发生，又能实现对交流信号的准确测量，针对具体使用场景，可以有选择的实现信号发生和/或测量功能；其中的交流信号发生装置通过控制器控制数模转换器和信号发生电路工作，通过数模转换器产生电压信号，并通过信号发生电路中的频率合成单元产生预设频率和电流的电流信号，对电流信号转换得到的交流电压信号进行滤波放大处理后，通过乘法器基于数模转换器产生的电压信号对滤波放大处理后的交流电压信号进行幅值调制，在经第一缓冲单元处理后，得到符合要求的交流电压信号，该交流电压信号可以提供给交流信号测量装置，也可以将产生的交流电压信号提供给外部设备使用；其中的交流信号测量装置可以实现对交流信号发生装置产生的交流电压信号或外部交流信号源产生的交流信号的准确测量，该测量装置通过测量放大单元对待测量的交流信号进行放大处理，通过测量滤波单元滤除掉不符合要求的杂波，再经测量缓冲单元的缓冲处理后得到符合要求的交流电压信号，在模数转换器中对交流电压信号进行模数转换，由上位机进行数据提取，得到准确的测量数据；本发明实施例提供的上述系统中的交流信号发生装置和交流信号测量装置既能单独使用，又能配合工作，使该系统既能适用于需要产生交流信号的场景，也能适用于需要测量交流信号的场景，在同时需要实现两种功能的应用场景中也能方便的适用，不需要引入更多的设备，就能产生符合要求的信号以及对信号进行准确的测量，该系统电路结构简单、元器件成本低，在降低交流信号发生和测量成本前提下，能够产生符合要求的交流信号，以及对交流信号进行准确的测量，具有较强的实用性、通用性和适用性。

83、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

84、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

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