信号产生系统和信号产生方法与流程

1.本技术涉及信号处理领域，特别是涉及信号产生系统和信号产生方法。


背景技术：

2.在工业生产的过程控制系统中，过程信号测量的稳定性，关系到生产过程的质量、效率、以及安全性。目前往往基于干扰信号对过程控制系统进行抗工频（50hz）共模、串模（也称为差模）干扰测试，以评估过程信号的测量稳定性。其中，目前干扰信号的相位调节，往往通过电容等非线性器件来实现，其所产生的干扰信号失真大、且存在“假移相”的问题，从而导致干扰信号产生的准确性和规范性较低，进而导致抗干扰测试的效率较低。
3.针对相关技术中存在抗干扰测试的效率较低的问题，目前还没有提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.在本实施例中提供了一种信号产生系统和信号产生方法，以解决相关技术中存在抗干扰测试的效率较低的问题。
5.第一个方面，在本实施例中提供了一种信号产生系统，包括：采集模块、处理模块、移相设定模块、以及信号调整模块；其中：所述采集模块、所述移相设定模块分别与所述处理模块连接，所述处理模块与所述信号调整模块连接；所述信号调整模块按照预设的干扰信号产生要求进行设置；所述采集模块用于采集电网相位基准信息，并将所述电网相位基准信息传输至所述处理模块；所述移相设定模块用于接收设定的移相角度信息，并将所述移相角度信息传输至所述处理模块；所述处理模块用于根据所述电网相位基准信息和所述移相角度信息，生成延时信号，并将所述延时信号输入所述信号调整模块；所述信号调整模块用于根据预设的干扰信号产生要求对所述延时信号进行处理，生成模拟信号。
6.在其中的一些实施例中，所述处理模块用于按照预设的转换关系，对所述移相角度信息进行处理得到延时时间量，并基于所述延时时间量和所述电网相位基准信息，向所述信号调整模块输出延时方波信号。
7.在其中的一些实施例中，所述移相设定模块包括通信单元和软件编码单元，所述软件编码单元用于设置移相角度信息，所述通信单元用于将所述软件编码单元设置的移相角度信息传输至所述处理模块。
8.在其中的一些实施例中，所述移相设定模块包括预设数量的物理按键和数码管；所述处理模块用于根据所述物理按键的按压状态确定所述移相角度信息，并将所述移相角度信息通过所述数码管进行显示。
9.在其中的一些实施例中，所述信号调整模块包括偏置调整单元、二阶压控滤波单元、驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元；其中，所述偏置调整单元、二阶压控滤波单元、驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元依次连接。
10.在其中的一些实施例中，所述偏置调整单元用于对所述处理模块输出的延时信号进行偏置调整；所述二阶压控滤波单元用于对所述偏置调整单元输出的延时信号进行二阶压控滤波，得到模拟信号；所述驱动和比例单元用于对所述二阶压控滤波单元输出的模拟信号进行一级驱动和比例调整；所述功率放大单元用于对所述驱动和比例单元调整后的模拟信号进行功率放大；所述隔离变压单元用于对所述功率放大单元输出的模拟信号进行隔离变压处理，输出满足预设的干扰信号产生要求的模拟信号。
11.在其中的一些实施例中，信号调整模块包括预设数量的驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元；其中：所述预设数量的驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元中的每个驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元依次连接形成信号调整分路。
12.在其中的一些实施例中，所述信号产生系统还包括选通逻辑模块，所述选通逻辑模块连接于所述信号调整模块的输出端；所述处理模块用于根据预设的信号类型要求向所述选通逻辑模块输出选通控制信号；所述选通逻辑模块用于基于所述选通控制信号，选定输出与所述信号类型要求匹配的模拟信号。
13.在其中的一些实施例中，所述信号调整模块还包括回检采样单元，所述回检采样单元用于对所述模拟信号进行回检采样，并将所述回检采样的结果反馈至所述处理模块。
14.第二个方面，在本实施例中提供了一种信号产生方法，用于上述第一个方面所述的信号产生系统，所述方法包括：获取采集模块采集的电网相位基准信息，以及移相设定模块接收的移相角度信息；根据所述电网相位基准信息和所述移相角度信息，生成延时信号，并将所述延时信号输入信号调整模块进行处理，以使所述信号调整模块根据预设的干扰信号产生要求对所述延时信号进行处理，生成满足预设的干扰信号产生要求的模拟信号。
15.本技术提供了一种信号产生系统和信号产生方法，其中，在本实施例中提供的信号产生系统，包括：采集模块、处理模块、移相设定模块、以及信号调整模块；其中：采集模块、移相设定模块分别与处理模块连接，处理模块与信号调整模块连接；信号调整模块按照预设的干扰信号产生要求进行设置；采集模块用于采集电网相位基准信息，并将电网相位基准信息传输至处理模块；移相设定模块用于接收设定的移相角度信息，并将移相角度信息传输至处理模块；处理模块用于根据电网相位基准信息和移相角度信息，生成延时信号，并将延时信号输入信号调整模块；信号调整模块用于根据预设的干扰信号产生要求对延时信号进行处理，生成模拟信号。其实现了基于电网电压的相位调节，提高了干扰信号的准确性和规范性，从而提高了抗干扰测试的效率。
16.本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：图1是本实施例提供的一种信号产生系统的结构示意图；图2是本实施例提供的一种对信号进行延时处理的示意图；图3是本实施例提供的一种信号产生方法的流程图。
具体实施方式
18.为更清楚地理解本技术的目的、技术方案和优点，下面结合附图和实施例，对本技术进行了描述和说明。
19.除另作定义外，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应具有本技术所属技术领域具备一般技能的人所理解的一般含义。在本技术中的“一”、“一个”、“一种”、“该”、“这些”等类似的词并不表示数量上的限制，它们可以是单数或者复数。在本技术中所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”及其任何变体，其目的是涵盖不排他的包含；例如，包含一系列步骤或模块（单元）的过程、方法和系统、产品或设备并未限定于列出的步骤或模块（单元），而可包括未列出的步骤或模块（单元），或者可包括这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块（单元）。在本技术中所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并不限定于物理的或机械连接，而可以包括电气连接，无论是直接连接还是间接连接。在本技术中所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。通常情况下，字符“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系。在本技术中所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等，只是对相似对象进行区分，并不代表针对对象的特定排序。
20.在本实施例中提供了一种信号产生系统10，图1为本实施例的信号产生系统10的结构示意图，如图1所示，该信号产生系统10包括：采集模块12、处理模块14、移相设定模块16、以及信号调整模块18；其中：采集模块12、移相设定模块16分别与处理模块14连接，处理模块14与信号调整模块18连接；信号调整模块18按照预设的干扰信号产生要求进行设置；采集模块12用于采集电网相位基准信息，并将电网相位基准信息传输至处理模块14；移相设定模块16用于接收设定的移相角度信息，并将移相角度信息传输至处理模块14；处理模块14用于根据电网相位基准信息和移相角度信息，生成延时信号，并将延时信号输入信号调整模块18；信号调整模块18用于根据预设的干扰信号产生要求对延时信号进行处理，生成模拟信号。
21.具体地，该采集模块12可以为采集电路，该采集电路可以包括比较器、降压变压器、以及保护二极管等。本技术通过该采集电路采集电网电压中的电网相位基准信息，并将该信息传输至处理模块14。其中，处理模块14具体可以包含任意一种微处理器，例如mcu(microcontroller unit，微控制单元)微处理器。处理模块14可以分别与采集模块12、移相设定模块16以及信号调整模块18通信，进行数据传输。移相设定模块16可以为由通讯口和上位计算机组成的人机接口。其中，该上位计算机通过软件编码生成移相角度信息，并通过通讯口将该移相角度信息传输至处理模块14，该处理模块14还可以关联操作界面，该操作界面支持移相角度信息的设定和显示。另外地，该移相设定模块16还可以由若干物理按键
与数码管组成信息输入端，处理模块14通过io口采集该若干物理按键的按键状态，从而获取用户设定的移相角度信息，并将该移相角度信息通过数码管进行显示。其中，该移相角度信息为滞后电网相位基准的角度信息。信号调整模块18具体可以根据实际应用场景的干扰信号产生要求进行相应设置。例如，可以基于《jb/t6808模拟量输入输出通道模板通用技术条件》、《gb/t18271.3过程测量和控制装置通用性能评定方法和程序第3部分影响量影响的试验》、《jb/t6239.1工业自动化仪表共模串模抗扰度试验》、《gb/t13639工业过程测量和控制系统用模拟输入数字式指示仪》、《gb/t26804.3工业控制计算机系统功能模块模板第3部分模拟量输入输出通道模板通用技术条件》等国家标准对于共串模干扰信号输出的要求进行设置。
22.在处理模块14获取到电网相位基准信息和移相角度信息后，处理模块14可以将移相角度信息转换为延时时间量，并基于电网相位基准信息和延时时间量生成延时信号。其中，以mcu微处理器为例，该微处理器可以从预先指定的io口，以延时的方式输出方波信号。其中，该电网基准信息具体可以为相位过零信号，本技术通过处理器边沿触发最高级别中断方式来采集相位过零信号，从而提高基准相位采集的精度。本技术以电网相位为基准，按照设定的移相角度信息进行相位调制后，再经由信号调整模块进行处理，能够输出具有负载驱动能力的共模串模干扰信号。进一步地，本技术可以通过微处理器中的嵌入式软件编码实现与电网电压波形完全一致的延时方波信号。其中，以输出工频50hz，占空比50%的方波信号为例，在获得移相角度信息后，根据频率与周期之间的关系，可以得到信号的周期为20ms。将该20ms映射到0
°
至360
°
的角度区间中。则延时时间量与移相角度信息之间的数学关系为：延时时间量=（移相角度信息/360）
×
20。例如，当输入的移相角度信息为90
°
，则根据该数学关系可以得到延时时间量为5ms。本技术中可以设定的移相角度信息的范围为0
°
至360
°
。该移相角度信息的设定方式具体可以为手动设定，也可以为按照预设的步进读数自动设定。其中，在自动设定的设定方式下，每调整一次相位，可以完成一组过程参数的测量，直至完成0
°
至360
°
全部的相位调制。图2为对信号进行延时处理的示意图。其中，如图2所示，信号
①
为未经相位调制原始正弦波信号，信号
②
为信号
①
对应的方波信号，信号
③
为对信号
②
进行延时处理得到的方波信号，信号
④
为与信号
③
对应的正弦波信号，也即信号
①
移相预设角度后对应的信号。其中，图2中的横坐标为时间t，纵坐标为信号幅值v，延时时间量为
∆
t。
23.另外地，如图1所示，该信号调整模块18具体可以包括偏置调整单元、二阶压控滤波单元、驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元。其中，偏置调整单元用于对处理模块14输出的延时信号进行偏置调整，其中，该偏置调整中还包含幅值调整功能，可以避免延时信号在进行二阶压控滤波时出现波形失真的问题。二阶压控滤波单元用于将方波信号还原为正弦波信号。驱动和比例单元用于实现经二阶压控滤波单元输出的信号的幅值比例调整。功率放大单元具体可以为功率运算放大器，用于对信号进行功率放大，加大输出信号的驱动能力。隔离变压单元具体可以为按照要求设计变比的隔离变压器，用于对信号进行各隔离变压变比输出。通过将处理模块14生成的延时信号，经过信号调整模块18处理后，生成满足预设的干扰测试电压需求的模拟信号。
24.进一步地，通过将电网正弦信号转换成方波信号，经微处理器mcu延时后，再通过二阶压控滤波将方波还原为正弦波的方式，降低了输出的正弦波波形的失真率，并解决了
用微处理器软件模拟生成正弦波的物理上存在不够“连续”问题。另外地，上述信号产生系统10利用采集模块12采集电网过零相位信息作为基准相位信息，利用处理模块14输出方波信号、经过偏置、压控滤波、驱动比例、功放等处理后产生干扰信号，其产生的干扰信号不受电网电压波形畸变等因素影响，从而避免了简单地将电网电压变压后作为干扰测试电压的电压波形过度畸变，而导致对过程控制系统的测试结果的不准确问题。
25.进一步地，参照图1，该信号调整模块18可以包括分路结构。其中，该分路结构具体可以由预设数量的上述驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元组成，例如图1中的驱动和比例单元1~n、功率放大单元1~n、隔离变压单元1~n。其中，每个驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元依次连接，如图1中的驱动和比例单元1与功率放大单元1、以及隔离变压单元1依次连接，并在隔离变压单元后共同连接选通逻辑模块。该分路的结构和数量可以根据实际应用需求进行设置，处理模块14产生的延时信号按照预设的干扰信号产生要求被分为若干路，每一路都经过以及驱动和比例调整、功率放大、以及隔离变压处理，从而输出多路具有负载能力、对应不同幅值、并经相位调制后的模拟信号，该模拟信号即可作为用于上述过程控制系统测试的干扰信号。另外地，在驱动和比例单元中，还关联有由处理模块14控制的数字电位器，如图1中的数字电位器1~n。该数字电位器接收处理模块14的控制信号实现信号幅值的比例调整。通过处理模块14、数字电位器、以及驱动和比例单元，可以实现一定范围内的动态调整幅值。此外，选通逻辑模块与隔离变压单元的输出端连接，用于自动选定符合要求的模拟信号输出。其中，该选通逻辑模块由处理模块14控制，通过接收处理模块14的选通控制信号，选定输出与预设的信号类型要求一致的模拟信号。示例性地，该选通逻辑状态如下表所示，其中，250vac&50hz、1vac&50hz、100mvac&50hz、以及20mvac&50hz为预设的四种信号类型，两位二进制构成四种不同类型的逻辑状态，每种逻辑状态对应一种信号类型。
26.另外地，结合图1，信号调整模块18还可以包括回检采样单元。该回检采样单元连接于功率放大单元的输出端，用于对经功率放大单元处理的模拟信号进行信号的回检采样，从而实现输出信号的自诊断功能，并将回检结果反馈至处理模块进行处理。
27.本技术针对模入量类型的抗扰度测试，通过移相设定模块的软件编码、与被测装置通讯，可精确计算模入量类型的共模/差模抑制比指标。
28.上述信号产生系统10，包括：采集模块12、处理模块14、移相设定模块16、以及信号调整模块18；其中：采集模块12、移相设定模块16分别与处理模块14连接，处理模块14与信号调整模块18连接；信号调整模块18按照预设的干扰信号产生要求进行设置；采集模块12用于采集电网相位基准信息，并将电网相位基准信息传输至处理模块14；移相设定模块16
用于接收设定的移相角度信息，并将移相角度信息传输至处理模块14；处理模块14用于根据电网相位基准信息和移相角度信息，生成延时信号，并将延时信号输入信号调整模块18；信号调整模块18用于根据预设的干扰信号产生要求对延时信号进行处理，生成模拟信号。其实现了基于电网电压的相位调节，提高了干扰信号的准确性和规范性，从而提高了抗干扰测试的效率。
29.进一步地，在一个实施例中，基于上述信号产生系统10，处理模块14用于按照预设的转换关系，对移相角度信息进行处理得到延时时间量，并基于延时时间量和电网相位基准信息，向信号调整模块18输出延时方波信号。
30.另外地，在一个实施例中，移相设定模块16包括通信单元和软件编码单元，软件编码单元用于设置移相角度信息，通信单元用于将软件编码单元设置的移相角度信息传输至处理模块14。
31.其中，该软件编码单元可以设置于上位计算机中，该通信单元为上位计算机与处理模块14进行通信的通讯口。另外，该上位计算机还可以显示操作界面，用户通过操作界面进行移相角度信息设置，并通过软件处理后将该移相角度信息输入至处理模块14中进行处理，从而提高干扰测试的效率。
32.另外地，在一个实施例中，基于上述信号产生系统10，移相设定模块16包括预设数量的物理按键和数码管；处理模块14用于根据物理按键的按压状态确定移相角度信息，并将移相角度信息通过数码管进行显示。
33.具体地，用户可以通过按压该物理按键输入移相角度信息，或者通过按压某个键位来实现相位角度的增减。处理模块14通过读取物理按键的按压状态获取用户设定的移相角度信息，从而提高干扰测试的效率。
34.另外地，在一个实施例中，基于上述信号产生系统10，信号调整模块18包括偏置调整单元、二阶压控滤波单元、驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元；其中，偏置调整单元、二阶压控滤波单元、驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元依次连接。
35.进一步地，在一个实施例中，偏置调整单元用于对处理模块14输出的延时信号进行偏置调整；二阶压控滤波单元用于对偏置调整单元输出的延时信号进行二阶压控滤波，得到模拟信号；驱动和比例单元用于对二阶压控滤波单元输出的模拟信号进行一级驱动和比例调整；功率放大单元用于对驱动和比例单元调整后的模拟信号进行功率放大；隔离变压单元用于对功率放大单元输出的模拟信号进行隔离变压处理，输出满足预设的干扰信号产生要求的模拟信号。
36.其中，偏置调整单元具体可以包括电阻、运算放大器、以及电容等元器件，通过利用偏置调整单元对信号进行偏置调整，从而能够避免在二阶压控滤波过程中出现信号的波形失真的问题；二阶压控滤波单元具体可以包括电阻、电容、以及运算放大器等元器件，通过利用二阶压控滤波单元对延时信号进行处理，能够实现处理模块14输出的延时信号到模拟信号之间的转换；驱动和比例单元具体可以包括电阻和运算放大器等元器件，功率放大单元具体可以包括功率运算放大器、电阻、电容、以及二极管等元器件，通过驱动和比例单元对二阶压控滤波单元输出的模拟信号进行一级驱动和比例调整，通过功率放大单元对模拟信号进行功率放大，通过隔离变压单元对模拟信号进行隔离变压处理，从而能够输出满
足预设干扰信号产生要求的模拟信号，并实现多种不同电压输出。
37.另外地，在一个实施例中，基于上述信号产生系统10，信号调整模块18包括预设数量的驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元；其中：预设数量的驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元中的每个驱动和比例单元、功率放大单元、以及隔离变压单元依次连接形成信号调整分路。通过对模拟信号进行分路处理，可以实现不同分路传输不同类型的信号，从而满足不同的干扰测试要求。
38.另外地，在一个实施例中，基于上述信号产生系统10，信号产生系统10还包括选通逻辑模块，选通逻辑模块连接于信号调整模块18的输出端；处理模块14用于根据预设的信号类型要求向选通逻辑模块输出选通控制信号；选通逻辑模块用于基于选通控制信号，选定输出与信号类型要求匹配的模拟信号。其中，该选通逻辑模块具体可以包括三八译码器、电磁继电器、以及场效应管等元器件。
39.另外地，在一个实施例中，基于上述信号产生系统10，信号调整模块18还包括回检采样单元，回检采样单元用于对模拟信号进行回检采样，并将回检采样的结果反馈至处理模块14。其中，该回检采样单元具体可以包括ad(analog to digital，数模)转换器、电阻、以及电容等元器件。通过该回检采样单元对信号进行回检采样，可以对信号进行有效性检测，提高测试结果的准确度。
40.需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
41.在本实施例中提供了一种信号产生方法，用于上述实施例的信号产生系统，图3为本实施例的信号产生方法的流程图，如图3所示，该信号产生方法包括：步骤s310，获取采集模块采集的电网相位基准信息，以及移相设定模块接收的移相角度信息；步骤s320，根据电网相位基准信息和移相角度信息，生成延时信号，并将延时信号输入信号调整模块进行处理，以使信号调整模块根据预设的干扰信号产生要求对延时信号进行处理，生成满足预设的干扰信号产生要求的模拟信号。
42.上述步骤s310至步骤s320，其实现了基于电网电压的相位调节，提高了干扰信号的准确性和规范性，从而提高了抗干扰测试的效率。
43.应该明白的是，这里描述的具体实施例只是用来解释这个应用，而不是用来对它进行限定。根据本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在不进行创造性劳动的情况下得到的所有其它实施例，均属本技术保护范围。
44.显然，附图只是本技术的一些例子或实施例，对本领域的普通技术人员来说，也可以根据这些附图将本技术适用于其他类似情况，但无需付出创造性劳动。另外，可以理解的是，尽管在此开发过程中所做的工作可能是复杂和漫长的，但是，对于本领域的普通技术人员来说，根据本技术披露的技术内容进行的某些设计、制造或生产等更改仅是常规的技术手段，不应被视为本技术公开的内容不足。
[0045]“实施例”一词在本技术中指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性可以包括在本技术的至少一个实施例中。该短语出现在说明书中的各个位置并不一定意味着相同
的实施例，也不意味着与其它实施例相互排斥而具有独立性或可供选择。本领域的普通技术人员能够清楚或隐含地理解的是，本技术中描述的实施例在没有冲突的情况下，可以与其它实施例结合。
[0046]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。