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专利名称：一种交流电压有效值检测方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子测量技术领域，特别是涉及一种交流电压有效值检测方法和装置。
背景技术：
在电力电子系统中，交流电压的有效值是一个非常重要的参数，因此，交流电压有效值的测量也成为电子测量领域内一个重要的研究课题。为了实现对交流电压有效值的检测，现有技术中的一种方案是利用集成电路芯片将交流电转换为直流电后进行测量。如图1所示，可直接采用已有的交直流转换芯片(如 LTC1966)，外接电压互感器、运算放大电路构成检测电路。其中，电压互感器的作用是降低输入信号的电压幅度，适用于对强电的检测应用环境。交直流转换芯片将电压互感器输出的低压交流信号转换为直流信号，然后进一步通过运算放大器输出可检测的直流信号。这种检测方法的缺陷在于需要对交直流转换芯片的外围电路的各种参数进行调试，如果参数选用不当，往往会引起振荡，影响检测精度；此外，交直流转换芯片的价格较高，也不利于成本控制。现有技术中的另一种方案是利用分立元件自行搭接交直流转换电路，如图2所示，检测原理与前一方案类似，不同之处在于利用自行搭接的电路替代集成电路芯片来实现交直流的转换。由于节省了集成电路芯片，因此该方案可以有效控制成本，但是大量的分立元件也使得电路故障点出现的几率增大，进一步增加了电路参数的调试难度。

发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种交流电压有效值检测方法和装置，以解决现有的交流电压有效值检测方案的高成本以及调试难度大的问题，技术方案如下一种交流电压有效值检测方法，包括利用信号比较器将待检测交流电信号转换为脉冲信号，测量所述脉冲信号的周期 T ；以T的整数倍为采样长度，对交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值，其中，η为自然数；计算所述η个采样点的瞬时电压值的均方根，根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值。本发明实施例还提供一种交流电压有效值检测装置，包括信号比较器，用于将待检测交流电信号转换为脉冲信号；周期测量模块，用于测量所述信号比较器输出的脉冲信号的周期T ；瞬时电压采集模块，用于以T的整数倍为采样长度，对交流电信号进行采样，获得 η个采样点的瞬时电压值，其中，η为自然数；
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电压有效值确定模块，用于计算所述瞬时电压采集模块确定的η个采样点的瞬时电压值的均方根，并根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值。根据本发明实施例方案，通过将交流电信号转换为脉冲信号后，测量得到脉冲信号的周期，然后在整数倍周期内，对交流电信号进行采样；根据采样点的瞬时电压值，计算待检测交流电信号的电压有效值。本方案中，通过软硬件结合的方式确定待检测交流电信号的电压有效值，不需要采用高成本的集成电路芯片，也无需对电路参数进行调试，可以有效解决现有检测方案的成本高以及调试难度大的问题。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术的一种交流电压有效值检测方案示意图；图2为现有技术的另一种交流电压有效值检测方案示意图；图3为本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测方法的流程图；图4为本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测方法信号处理方式示意图；图5为本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测方法的第二种流程图；图6为本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测方法第二种信号处理方式示意图；图7为本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测方法的第三种流程图；图8为本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测方法第三种信号处理方式示意图；图9为本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测装置第一种结构示意图；图10为本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测装置第二种结构示意图；图11为本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测装置第三种结构示意图。
具体实施例方式现有技术中，采用集成电路芯片将交流电转换为直流电后进行测量的方式和分立元件自行搭接交直流转换电路的方式来实现对交流电压有效值的检测，但是成本较高、调试难度较大。本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测方法和装置，可有效解决现有技术方案所带来的成本高、调试难度大的问题。首先对本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测方法进行说明，该方法包括利用信号比较器将待检测交流电信号转换为脉冲信号，测量所述脉冲信号的周期 T ；
以T的整数倍为采样长度，对交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值，η为自然数；计算所述η个采样点的瞬时电压值的均方根，根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值。根据本发明实施例方案，通过将交流电信号转换为脉冲信号后，测量得到脉冲信号的周期，然后整数倍周期内，对交流电信号进行采样；根据采样点的瞬时电压值，计算待检测交流电信号的电压有效值。本方案中，通过软硬件结合的方式确定待检测交流电信号的电压有效值，不需要采用高成本的集成电路芯片，也无需对电路参数进行调试，可以有效解决现有检测方案的成本高以及调试难度大的问题。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参见图3、图4，本发明实施例所提供的一种交流电压有效值检测方法，可以包括以下步骤S101，利用信号比较器将待检测交流电信号转换为脉冲信号，测量所述脉冲信号的周期T ；本实施例中，利用信号比较器将待检测的交流电信号转换成的脉冲信号的波形可以为图4所示。其中，信号比较器的基本工作原理为将交流电信号的瞬时电压值与信号比较器中预设的比较阈值相比较，当交流电信号的瞬时电压值小于比较阈值时，输出第一脉冲值，否则输出第二脉冲值，这样可以使得经过信号比较器的交流电信号转换为有规律的方波形式的脉冲信号。当待检测交流电信号的脉冲信号确定后，通过CPU处理部分的周期测量模块，可以得到该脉冲信号的周期T。由于将待检测交流电信号转换为脉冲信号后，并不会导致信号周期的改变，所以，该脉冲信号的周期T即为待检测交流电信号的周期。其中，脉冲信号的周期T，可以利用定时器在脉冲信号的两个上升沿之间计数获得，或者利用定时器在脉冲信号的两个下降沿之间计数获得。上述周期测量方法中，通过边沿中断的方式来确定脉冲信号的周期T，具体测量过程为当采用上升沿来确定脉冲周期T时当有上升沿中断发生时，启动定时周期为Tick的定时器进行计数，相邻的下一次上升沿中断发生时，读取该定时器的计数值Count，则该脉冲信号的周期T为 TickXCount ；同样的，当采用下降沿来确定脉冲周期T时当有下降沿中断发生时，启动定时周期为Tick的定时器进行计数，相邻的下一次下降沿中断发生时，读取该定时器的计数值Count，则该脉冲信号的周期T为TickXCoimt。S102,以T的整数倍为采样长度，对交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值，η为自然数；本实施例中，在获得交流电信号周期Τ(即脉冲信号周期Τ)后，可以选取一个或多个连续周期作为采样的时间长度，利用CPU处理部分中的瞬时电压采集模块对交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值Μ1、Μ2、Μ3......Mn，η为自然数。由采样定理可知，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs大于信号中最高频率fm的2倍时(fs >= 2fm)，采样之后的数字信号可以完整地保留了原始信号中的信息；推算可得，当采样频率fs对应的采样周期ts与最高频率fm对应的周期tm的关系为ts < 2/tm时，采样之后的信号完整保留了原始信号中的信息。因此本实施例中，对于相邻两个采样点的时间间隔应该不大于T/2，即至少应该保证在一个周期T内有两个采样点， 当然，为了保证采样精度，在实际应用中，在一个周期中，所取的采样点一般远大于2。S103，计算所述η个采样点的瞬时电压值的均方根，根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值。本实施例中，通过求多个采样点瞬时电压的均方根的方式，来确定待检测交流电信号的电压有效值。具体公式为RMS = ^(Ml2 +Ml2 +M3......+Mn2) I η其中，RMS为η个采样点的瞬时电压值的均方根。在本实施例所提供的方案中，交流信号的电压幅值没有发生变化，因此计算得到的均方根值可以直接确定为待检测交流信号的电压有效值。本实施例中，通过将交流电信号转换为脉冲信号后，测量得到脉冲信号的周期，然后在整数倍周期内，对交流电信号进行采样；根据采样点的瞬时电压值，计算待检测交流电信号的电压有效值。本方案中，通过软硬件结合的方式确定待测交流电信号的电压有效值， 有效解决现有检测方案的成本高以及调试难度大的问题。上述方法实施例中，对待检测的交流电信号直接通过信号比较器来获得脉冲信号然后进行后续的处理。为了更好的应用于强交流电应用环境，在本发明的另一实施例中，首先通过电压互感器将待检测的交流电信号进行降压处理后，再经过信号比较器转换为脉冲信号。参见图5、图6所示，本发明实施例所提供的另一种交流电压有效值检测方法，可以包括以下步骤S201，利用电压互感器对待检测交流电信号进行降压处理；电压互感器作为一种变压器，可以将较强的交流电信号进行降压处理，转变成较弱的交流电信号，以满足后续处理的需求。S202，利用信号比较器将降压后的交流电信号转换为脉冲信号；通过电压互感器将待检测交流电信号进行降压后，使得交流电信号的强度满足信号比较器等器件的处理需求，此时，信号比较器可以直接将降压后的交流电信号转换为脉冲信号。S203，测量脉冲信号的周期T ；本实施例中，测量脉冲信号周期的方式与上一种实施例相似，此处不再进行赘述。 可以理解的是，降压处理并不会导致原始待检测交流信号周期的变化。S204,以T的整数倍为采样长度，对降压后的交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值；在本步骤中，对降压后的交流电信号进行采样，获得采样点的瞬时电压，具体的采样方式与上一种实施例相似，此处不再赘述。
S205，计算所述η个采样点的瞬时电压值的均方根；S206，利用计算得到的均方根值乘以电压互感器的降压比，得到待检测交流电信号的电压有效值。可以理解的是，由于所计算得到的均方根值是降压后的交流电信号的电压有效有效值，所以需要将均方根值乘以电压互感器的降压比，来得到待检测交流电信号的电压有效值。本实施例中，在将待检测交流电信号转换为脉冲信号之前，先利用电压互感器对待检测的交流电信号降压处理，以满足信号比较器等元件的处理需求，从而实现对强交流电信号电压有效值的检测。本发明实施例所提供的另一种交流电压有效值检测方法，如图7、图8所示，可以包括以下步骤S301，利用电压互感器对待检测交流电信号进行降压处理；S302，利用信号比较器将降压后的交流电信号转换为脉冲信号；S303，测量脉冲信号的周期T ；本实施例中，步骤S301-S303与上一实施例的S201-S203类似，此处不再赘述。S304，对降压后的交流电信号进行运算放大；由于CPU处理部分的瞬时电压采集模块可以检测的交流电信号的强度通常规定在某个强度范围内的，所以为了适用于瞬时电压采集模块的要求，可能还需要通过运算放大的方式将降压后的交流电信号进行一定程度的强度放大。S305，对运算放大的信号进行等间隔采样，获得η个采样点的瞬时电压值；CPU处理部分的瞬时电压模块对运算放大的交流电信号进行等间隔的采样，获得多个采样点的瞬时电压值。其中，具体的采样方式与上述实施例类似，此处不再赘述。S306，计算η个采样点的瞬时电压值的均方根值；S307，利用均方根值乘以电压互感器的降压比，再除以运算放大倍数，得到待检测交流电信号的电压有效值。可以理解的是，由于接受采样的交流电信经过了降压处理、运算放大，所以需要利用瞬时电压确定的均方根值乘以电压互感器的降压比，再除以运算放大倍数，来得到待检测交流电信号的电压有效值。本实施例中，为了更好的适用CPU处理部分的瞬时电压采集模块，在进行采样处理前，对降压后的交流电信号进行运算放大的处理，使得交流电信号的强度满足瞬时电压采集模块对信号强度的要求。本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M(Read-Only Memory，只读存储记忆体)、RAM(RandomAccess Memory,随机存储记忆体)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。相应于上面的方法实施例，本发明实施例还提供一种交流电压有效值检测装置， 如图9所示，该装置包括信号比较器110，用于将待检测交流电信号转换为脉冲信号；
周期测量模块120，用于测量信号比较器110输出的脉冲信号的周期T ；瞬时电压采集模块130，用于以T的整数倍为采样长度，对交流电信号进行采样， 获得η个采样点的瞬时电压值，其中，η为自然数；电压有效值确定模块140，用于计算所述瞬时电压采集模块130确定的η个采样点的瞬时电压值的均方根，并根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值。其中，周期测量模块120，可以配置为利用定时器在脉冲信号的两个上升沿之间计数，获得脉冲信号的周期；或利用定时器在脉冲信号的两个下降沿之间计数，获得脉冲信号的周期。由采样定理可知，瞬时电压采集模块130所设置的相邻采样点的间隔应不大于 Τ/2。可以理解的是，周期测量模块120、瞬时电压采集模块130和电压有效值确定模块 140的功能可通过软件来实现。本发明实施例所提供的装置，通过信号比较器将交流电信号转换为脉冲信号后， 由周期测量模块测量得到脉冲信号的周期，然后在整数倍周期内，瞬时电压采集模块对交流电信号进行采样；电压有效值确定模块根据采样点的瞬时电压值，计算待检测交流电信号的电压有效值。本方案所提供的电压有效值检测装置，通过软硬件结合的方式确定待检测交流电信号的电压有效值，不需要采用高成本的集成电路芯片，也无需对电路参数进行调试，可以有效解决现有检测方案的成本高以及调试难度大的问题。上述实施例所提供的装置，对待检测的交流电信号直接通过信号比较器来获得脉冲信号然后进行后续的处理。为了更好的应用于强交流电应用环境，如图10所示，该装置还可以包括连接于待检测交流电信号输入端和信号比较器110之间的电压互感器150，用于对待检测交流电信号进行降压处理；由于瞬时电压采集模块130与新增的电压互感器150也是相连的，所以瞬时电压采集模块130，用于对降压后的交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值；相应的，电压有效值确定模块140，利用η个采样点的瞬时电压值的均方根乘以电压互感器150的降压比，得到待检测交流电信号的电压有效值。上述检测装置中，将待检测交流电信号转换为脉冲信号之前，先利用电压互感器对待检测的交流电信号降压处理，以满足信号比较器等元件的处理需求，从而实现对强交流电信号电压有效值的检测。更进一步的，如图11所示，该检测装置还可以包括连接于电压互感器150和瞬时电压采集模块130之间的运算放大器160，用于对经过电压互感器150降压后的交流电信号进行运算放大；由于瞬时电压采集模块130与运算放大器160相连，所以瞬时电压采集模块130， 用于对经过运算放大的交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值；相应的，电压有效值确定模块140，利用η个采样点的瞬时电压值的均方根乘以电压互感器150的降压比，再除以运算放大器160的运算放大倍数，得到待检测交流电信号的电压有效值。
上述方案，在进行采样处理前，可以对降压后的交流电信号通过运算放大器的运算放大处理，使得交流电信号的强度满足瞬时电压采集模块对信号强度的要求。对于装置或系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置或系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，所述单元或子单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或多个子单元结合一起。另外，多个单元可以或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所描述系统，装置和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本申请的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。以上所述仅是本发明的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种交流电压有效值检测方法，其特征在于，包括利用信号比较器将待检测交流电信号转换为脉冲信号，测量所述脉冲信号的周期T ； 以τ的整数倍为采样长度，对交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值，其中，η为自然数；计算所述η个采样点的瞬时电压值的均方根，根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量脉冲信号的周期Τ，包括 利用定时器在脉冲信号的两个上升沿之间计数，获得脉冲信号的周期；或利用定时器在脉冲信号的两个下降沿之间计数，获得脉冲信号的周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用信号比较器将待检测交流电信号转换为脉冲信号，包括 利用电压互感器对待检测交流电信号进行降压处理； 利用信号比较器将降压后的交流电信号转换为脉冲信号； 所述对交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值，包括 对降压后的交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值； 所述根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值，包括 利用计算得到的均方根值乘以电压互感器的降压比，得到待检测交流电信号的电压有效值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对降压后的交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值，包括对降压后的交流电信号进行运算放大，对运算放大后的信号进行等间隔采样，获得η个采样点的瞬时电压值；所述根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值，包括利用计算得到的均方根值乘以电压互感器的降压比，再除以运算放大倍数，得到待检测交流电信号的电压有效值。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，相邻采样点的间隔不大于Τ/2。
6.一种交流电压有效值检测装置，其特征在于，包括 信号比较器，用于将待检测交流电信号转换为脉冲信号；周期测量模块，用于测量所述信号比较器输出的脉冲信号的周期T ； 瞬时电压采集模块，用于以T的整数倍为采样长度，对交流电信号进行采样，获得η个采样点的瞬时电压值，其中，η为自然数；电压有效值确定模块，用于计算所述瞬时电压采集模块确定的η个采样点的瞬时电压值的均方根，并根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述周期测量模块，配置为 利用定时器在脉冲信号的两个上升沿之间计数，获得脉冲信号的周期； 或利用定时器在脉冲信号的两个下降沿之间计数，获得脉冲信号的周期。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括连接于待检测交流电信号输入端和信号比较器之间的电压互感器，用于对待检测交流电信号进行降压处理；所述电压有效值确定模块，利用η个采样点的瞬时电压值的均方根乘以所述电压互感器的降压比，得到待检测交流电信号的电压有效值。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括连接于电压互感器和瞬时电压采集模块之间的运算放大器，用于对经过所述电压互感器降压后的交流电信号进行运算放大；所述电压有效值确定模块，利用η个采样点的瞬时电压值的均方根乘以所述电压互感器的降压比，再除以所述运算放大器的运算放大倍数，得到待检测交流电信号的电压有效值。
10.根据权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，所述瞬时电压采集模块所设置的相邻采样点的间隔不大于Τ/2。
全文摘要
本发明实施例公开了一种交流电压有效值检测方法和装置。该方法包括利用信号比较器将待检测交流电信号转换为脉冲信号，测量所述脉冲信号的周期T；以T的整数倍为采样长度，对交流电信号进行采样，获得n个采样点的瞬时电压值，其中，n为自然数；计算所述n个采样点的瞬时电压值的均方根，根据计算结果得到待检测交流电信号的电压有效值。本方案中，通过软硬件结合的方式确定待检测交流电信号的电压有效值，不需要采用高成本的集成电路芯片，也无需对电路参数进行调试，可以有效解决现有检测方案的成本高以及调试难度大的问题。
文档编号G01R19/02GK102207518SQ20111005912
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者林道明 申请人:华为技术有限公司