專利名稱：用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及諧波檢測領域，尤其涉及一種用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路。具體地說，針對電能計量系統進行諧波檢測，混有諧波分量且頻率偏移的輸入信號不夠準確的情況，采用頻率跟隨技術實現諧波檢測輸入數據的準確采集。
背景技術：
在電網中，隨著變頻設備和非線性設備的不斷增多，電壓并不是單一的頻率，混有越來越多的高頻成分，這些高頻分量對電網中的其他設備會造成嚴重的影響，當高頻成分達到一定程度時，有可能出現嚴重的危害，因此，對電網中產生高頻成分的控制越來越重要，那么測量電網中諧波成分也相應的受到重視。電網中的電壓在產生過程中會或多或少的產生偏差，并不是一直都是理想的50Hz，會在50Hz附近波動，可能實際電網中的電壓基波頻率為49 51Hz，那么數據采集就會出現困難，或是采集到的數據不能準確反映實際情況，在后續計算過程中會造成比較大的誤差。在現有的電能測量系統中，對諧波的測量總是存在誤差，造成誤差的原因有很多，最重要的一個誤差原因就是在諧波檢測時輸入的原始采集數據不夠準確，這樣不管后面的計算怎么精確，都會存在較大誤差，因此，提出一種提高輸入采集數據準確性的方法就顯得
至關重要。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，實現對頻率變化的諧波檢測輸入數據的準確采集，從而方便后續的諧波檢測計算。實現上述目的的技術方案是:—種用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，采集模擬信號，包括依次連接的過采樣調制器、第一梳狀濾波器、第一高通濾波器、頻率計算電路、分頻器、第二梳狀濾波器以及第二高通濾波器，所述過采樣調制器還連接所述第二梳狀濾波器，其中:所述頻率計算電路包括連接所述第一高通濾波器和分頻器的計數器，以及連接所述第一高通濾波器和計數器的過零檢測電路。上述的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，其中，所述過采樣調制器，接收所述模擬信號并將其量化，轉換為脈沖密度調制信號，分別輸出給所述第一梳狀濾波器和第二梳狀濾波器；第一梳狀濾波器，根據固定的過采樣率對接收的所述脈沖密度調制信號進行積分，得到第一數字碼，輸出給所述第一高通濾波器；第一高通濾波器，濾除所述第一數字碼中的直流分量，將濾波后的第一數字碼輸出給所述過零檢測電路和計數器；過零檢測電路，對濾波后的第一數字碼進行過零點檢測，產生過零控制信號給所述計數器；計數器，結合系統時鐘對濾波后的第一數字碼進行計數，在接收到所述過零控制信號時輸出計數器的值，即濾波后的第一數字碼的頻率，并將計數器清零；分頻器，根據所述濾波后的第一數字碼的頻率得到相應的分頻數，對系統時鐘進行分頻，得到過采樣時鐘，并將該過采樣時鐘輸出給所述第二梳狀濾波器；第二梳狀濾波器，根據所述過采樣時鐘，對所述脈沖密度調制信號進行積分，得到第二數字碼，輸出給所述第二高通濾波器；第二高通濾波器，濾除所述第二數字碼中的直流分量，輸出濾波后的第二數字碼。上述的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，其中，所述第一數字碼和第二數字碼均采用二進制補碼。上述的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，其中，所述脈沖密度調制信號為TOM碼。上述的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，其中，所述頻率跟隨數據采集電路還包括一連接在所述過采樣調制器和第二梳狀濾波器之間的延時電路。本實用新型的有益效果是:電能計量系統(尤其全電子式電能表)進行諧波檢測，本實用新型針對混有諧波分量且頻率偏移的輸入信號，采用頻率跟隨技術，即根據輸入信號基波頻率改變AD (模/數)轉換過程中過采樣率，使AD轉換輸出數據在基波信號一個周期內數據個數一樣，實現對頻率變化的輸入信號的準確采集。同時，本實用新型抗噪性強，精確度高。
圖1是本實用新型的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路的結構示意圖；圖2是本實用新型中頻率計算電路的結構示意圖；圖3是本實用新型中分頻器的原理示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型整體上是實現模擬信號到數字信號的轉換，但是由于輸入模擬信號頻率偏移，若使用固定過采樣率，輸出數字信號數據個數在單位周期內隨著頻率的變化而變化，在諧波檢測中現在常使用FFT變換(快速傅里葉變換)，要求輸入數據個數固定，若單位周期內數據個數不固定，那么FFT變換輸入數據不準確，將會使計算結果有很大誤差，而這種誤差也不能從根本上修正，嚴重影響測量精度，因此使用隨頻率變化的過采樣率得到單位周期內數據個數固定的采樣數據就會大大降低諧波檢測的誤差，提高精度。請參閱圖1，本實用新型的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，采集模擬信號，包括依次連接的過采樣調制器1、第一梳狀濾波器2、第一高通濾波器3、頻率計算電路
4、分頻器5、第二梳狀濾波器6以及第二高通濾波器7，過采樣調制器I還連接第二梳狀濾波器6,其中:過采樣調制器I接收模擬信號并將其量化，轉換為PDM碼(PluseDensityModulation Signal,脈沖密度調制信號),分別輸出給第一梳狀濾波器2和第二梳狀濾波器6 ;PDM碼反映了輸入的模擬信號的平均值，PDM碼的值要么為O，要么為1，其密度反映了輸入信號值的大小，PDM碼越密(I多)，輸入信號的值越大，相反，PDM碼越疏(O多)，輸入信號的值越小；第一梳狀濾波器2根據固定的過采樣率，對接收的脈沖密度調制信號進行積分，得到第一數字碼，輸出給第一高通濾波器3 ;所述固定的過采樣率對應輸入的模擬信號的中心頻率(本實施例中，中心頻率是50Hz，對應電網頻率)；第一高通濾波器3濾除第一數字碼中的直流分量，減少AD轉換帶來的直流誤差，然后將濾波后的第一數字碼輸出給頻率計算電路4 ；以便頻率計算電路4準確判斷過零點，使頻率計算時計數準確；頻率計算電路4用于計算濾波后的第一數字碼的頻率(即:輸入的模擬信號的頻率)，將該頻率輸出給分頻器5 ;請參閱圖2，頻率計算電路4包括連接第一高通濾波器3和分頻器5的計數器41，以及連接第一高通濾波器3和計數器41的過零檢測電路42，其中:過零檢測電路42對濾波后的第一數字碼進行過零點檢測，產生用于計數的過零控制信號給計數器41 ;計數器41根據接收的過零控制信號，結合系統時鐘，對濾波后的第一數字碼進行計數，輸出第一數字碼的頻率，即輸入的模擬信號的頻率，具體原理如下:一個周期內信號有兩次過零，一次是從負值到正值，一次是從正值到負值，整個第一數字碼的過零信號一直是這樣交替出現。本實施例中，數字碼采用二進制補碼形式表示，最高位是符號位，I表示負數，O表示正數。通過判斷連續兩個數字碼最高位(本實施例中，使用24位二進制補碼表示數字碼，最高位即為第24位)產生過零信號。數字碼經過一個寄存器即可實現一個時鐘的延時，不經過寄存器與經過寄存器的兩個數據即可作為控制信號產生依據。在數字碼從負值變到正值時產生過零控制信號，而從正值變到負值是不產生過零控制信號，那么連續兩個過零控制信號之間即為一個周期。結合系統時鐘，計數器41對濾波后的第一數字碼進行計數，在接收到過零控制信號時輸出計數器的值，并且將計數器清零，開始下一個周期的計數，計數器41輸出值即為輸入的模擬信號的頻率；分頻器5根據接收的頻率得到相應的分頻數，對系統時鐘進行分頻，得到過采樣時鐘，并將該過采樣時鐘輸出給第二梳狀濾波器6 ;分頻器5采用現有市場中的分頻器；本實施例中，分頻器5由頻率分頻數轉換電路51和分頻電路52構成，請參閱圖3，其中，頻率分頻數轉換電路51將接收的頻率轉換為分頻數，然后由分頻電路52根據分頻數對系統時鐘進行分頻，得到過采樣時鐘；本實施例中，頻率分頻數轉換電路51實際上就是一個譯碼電路，將不同范圍段的頻率值對應于不同的分頻數，所以頻率值在一定的誤差范圍內得到的分頻數實際上是一個值，因此，第一梳狀濾波器2使用固定的過采樣率不會影響到分頻數也是基于這個原因，只要根據固定過采樣率得到的數字碼計算出的頻率值在精度要求的分辨率內即可；第二梳狀濾波器6根據過采樣時鐘對接收的脈沖密度調制信號進行積分，得到第二數字碼，輸出給第二高通濾波器7 ;第二梳狀濾波器6使用兩個時鐘，一個是系統時鐘，一個是過采樣時鐘，過采樣時鐘是根據輸入的模擬信號的頻率變化而變化的，這樣不管模擬信號頻率怎么變化，第二梳狀濾波器6輸出的第二數字碼在輸入的模擬信號單位周期內的個數總是固定的，從而實現固定單位周期內采樣數據的目的。第二高通濾波器7濾除第二數字碼中的直流分量，輸出濾波后的第二數字碼，使得輸入后續諧波檢測部分的數據只含有諧波成分，使其運算較準確。另外，實際上第二梳狀濾波器6需要的過采樣時鐘并不是與其輸入數據(脈沖密度調制信號)完全同步，也就是說，第二梳狀濾波器6所用的過采樣時鐘是以前的輸入信號(脈沖密度調制信號)的數據計算得到的，但是在實際電網中頻率偏移變化的比較慢，遠遠小于頻率計算過程所需要的時間，這樣頻率計算造成的延時就基本上沒有影響。如果要嚴格的保持一致，可以在第二梳狀濾波器6之前加入延時電路(圖中未示)。本實用新型通過在原有過采樣AD轉換器的基礎上添加頻率計算模塊并將得到的頻率值反饋給梳狀濾波器而實現，即各部件均通過市面常用且易于采購的產品或者現有技術實現。以上實施例僅供說明本實用新型之用，而非對本實用新型的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術方案也應該屬于本實用新型的范疇，應由各權利要求所限定。
權利要求1.一種用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，采集模擬信號，其特征在于，包括依次連接的過采樣調制器、第一梳狀濾波器、第一高通濾波器、頻率計算電路、分頻器、第二梳狀濾波器以及第二高通濾波器，所述過采樣調制器還連接所述第二梳狀濾波器，其中: 所述頻率計算電路包括連接所述第一高通濾波器和分頻器的計數器，以及連接所述第一高通濾波器和計數器的過零檢測電路。
2.根據權利要求1所述的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，其特征在于， 所述過采樣調制器，接收所述模擬信號并將其量化，轉換為脈沖密度調制信號，分別輸出給所述第一梳狀濾波器和第二梳狀濾波器； 第一梳狀濾波器，根據固定的過采樣率對接收的所述脈沖密度調制信號進行積分，得到第一數字碼，輸出給所述第一高通濾波器； 第一高通濾波器，濾除所述第一數字碼中的直流分量，將濾波后的第一數字碼輸出給所述過零檢測電路和計數器； 過零檢測電路，對濾波后的第一數字碼進行過零點檢測，產生過零控制信號給所述計數器； 計數器，結合系統時鐘對濾波后的第一數字碼進行計數，在接收到所述過零控制信號時輸出計數器的值，即濾波后的第一數字碼的頻率，并將計數器清零； 分頻器，根據所述濾波后的第一數字碼的頻率得到相應的分頻數，對系統時鐘進行分頻，得到過采樣時鐘，并將該過采樣時鐘輸出給所述第二梳狀濾波器； 第二梳狀濾波器，根據所述過采樣時鐘，對所述脈沖密度調制信號進行積分，得到第二數字碼，輸出給所述第二高通濾波器； 第二高通濾波器，濾除所述第二數字碼中的直流分量，輸出濾波后的第二數字碼。
3.根據權利要求2所述的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，其特征在于，所述第一數字碼和第二數字碼均采用二進制補碼。
4.根據權利要求2所述的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，其特征在于，所述脈沖密度調制信號為PDM碼。
5.根據權利要求1或2所述的用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，其特征在于，所述頻率跟隨數據采集電路還包括一連接在所述過采樣調制器和第二梳狀濾波器之間的延時電路。
專利摘要本實用新型公開了一種用于諧波檢測的頻率跟隨數據采集電路，包括依次連接的過采樣調制器、第一梳狀濾波器、第一高通濾波器、頻率計算電路、分頻器、第二梳狀濾波器以及第二高通濾波器，所述過采樣調制器連接所述第二梳狀濾波器，所述頻率計算電路包括連接所述第一高通濾波器和分頻器的計數器，以及連接所述第一高通濾波器和計數器的過零檢測電路。本實用新型將輸入數據通過頻率跟隨在過采樣AD轉換的梳狀濾波電路中改變過采樣率，讓該過采樣率根據輸入信號的頻率變化，從而保證諧波檢測輸入數據在單位周期內數據個數固定，使得計算誤差較小。
文檔編號G01R23/16GK202998069SQ20122072663
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者沈祥, 韓明 申請人:上海貝嶺股份有限公司