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基本信息
- 項目名稱：
- 正弦波信號失真度數(shù)字化測量系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本測量系統(tǒng)根據(jù)正弦信號諧波失真度及頻譜分析的理論,設(shè)計了以單片機(jī)和FPGA為核心，以快速傅里葉變換（FFT）為主要分析工具的失真度測量系統(tǒng)。完成了對輸入正弦信號總功率的測量和功率譜分析，最終在液晶顯示器顯示失真度測試結(jié)果。系統(tǒng)分為三大部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)據(jù)輸出，控制部分和數(shù)據(jù)處理部分由高性能單片機(jī)F020和高速邏輯器件FPGA共同承擔(dān)完成。
- 詳細(xì)介紹：
- 本測量系統(tǒng)根據(jù)正弦信號諧波失真度及頻譜分析的理論,設(shè)計了以單片機(jī)和FPGA為核心，以快速傅里葉變換（FFT）為主要分析工具的失真度測量系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)采集后的全數(shù)字化處理，完成了對輸入正弦信號總功率的測量和功率譜分析，被測信號的電壓、頻率、失真全部由LCD自動顯示；采用真有效值檢波，可在5mV至30V電壓測量范圍內(nèi)實現(xiàn)全自動測量，測量帶寬可達(dá)20kHz，失真度測量范圍為90%～0.05%；在失真度測量方式時實現(xiàn)了寬范圍校準(zhǔn)；為了提高測量精度，采用頻率自動跟蹤，不需要相位調(diào)節(jié)和平衡調(diào)節(jié)，設(shè)置了自動清零功能，避免人工設(shè)置的麻煩。本測量系統(tǒng)高度數(shù)字化，具有可靠性強(qiáng)、精度高、易調(diào)試、人機(jī)界面友好等特點(diǎn)?？蓱?yīng)用于電子電路系統(tǒng)的質(zhì)量、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)測試，屬高端技術(shù)產(chǎn)品。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 在低頻和超低頻標(biāo)準(zhǔn)波形的測試和計量中、以及電力系統(tǒng)和其它要求檢測信號波形純正性時，均需要測量波形的失真度。失真度測試儀就是一種用于測量信號失真度的儀器,在電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢測中有著廣泛的應(yīng)用。目前，市場上現(xiàn)有的失真度測試系統(tǒng)仍以模擬測試為主，數(shù)字化測試系統(tǒng)價格昂貴。開發(fā)性價比高的數(shù)字化失真度測試系統(tǒng)有著重要意義和市場前景。 本系統(tǒng)旨在實現(xiàn)高精度失真度測試，具有高性能、高可靠性、低成本、易操作等特點(diǎn)；技術(shù)關(guān)鍵在于完全數(shù)字化的測量體系；主要的技術(shù)指標(biāo)為測試精度、信號帶寬、信號幅度范圍、智能化程度等。被測信號的電壓、頻率、失真全部由LCD自動顯示，采用真有效值檢波，可在5mV至30V電壓測量范圍內(nèi)實現(xiàn)全自動測量，測量帶寬可達(dá)20kHz，失真度測量范圍為90%～0.05%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、具有較高的精度。利用基于FFT失真度分析程序測量失真度具有較高的精度，完全滿足一般實驗中波形失真度的測量要求。 2、程序采用了FFT分析算法，液晶顯示后并可在PC機(jī)上顯示結(jié)果，人機(jī)界面良好。 3、方便數(shù)據(jù)的保存和便于與計算機(jī)互聯(lián)。數(shù)字失真儀的中間數(shù)據(jù)及最后結(jié)果均已數(shù)字化,易于實現(xiàn)計算機(jī)的互聯(lián)和數(shù)據(jù)的保存。 4、電路擴(kuò)展性良好。利用模擬技術(shù)生產(chǎn)的失真儀只能測量信號的總失真,無法單獨(dú)測量2 次、3次、4 次以及5 次諧波的失真,而數(shù)字失真儀只用一套電路便可測量2~5次諧波,并可單獨(dú)顯示各次諧波的失真以及總失真。并且可以根據(jù)需要,只需增加取樣頻率即可測量更高次的諧波，具有擴(kuò)展性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本項目為2008年湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性計劃課題。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物樣品，現(xiàn)場測試
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 本系統(tǒng)提供了良好的人機(jī)接口，支持可視菜單操作。使用簡便。 被測試信號在信號輸入端口輸入，輸入范圍5mV至30V，測試中液晶直接顯示出該信號的失真度，用戶無需繁瑣的儀器調(diào)節(jié)。 本測量系統(tǒng)高度數(shù)字化，具有可靠性強(qiáng)、高精度、易調(diào)試、人機(jī)界面良好等特點(diǎn)。應(yīng)用于電子電路系統(tǒng)的質(zhì)量、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)測試，測量帶寬可達(dá)20kHz，屬高端技術(shù)產(chǎn)品。 在國內(nèi)，市面上已有數(shù)字化失真度測量儀，如KH4116就是一臺數(shù)字化失真度測量儀。雖然該儀器是數(shù)字化儀器，但從原理上講只能算得上半數(shù)字化儀器，其測量核心還是模擬的。全數(shù)字化測量方案需要依賴高精度A/D以及高速DSP處理芯片的支持，這是目前市面上全數(shù)字失真度測試系統(tǒng)價格高昂的原因。本系統(tǒng)巧妙運(yùn)用FPGA，并結(jié)合F020模數(shù)混合單片機(jī)，使測試系統(tǒng)兼顧了高精度與低成本，（不到原來失真度測試儀器成本的一半），具有很好市場發(fā)展空間。
同類課題研究水平概述
- 目前國內(nèi)外測量失真度的原理大致分為兩類：基波剔除法和頻譜分析法。一般模擬式失真度測量儀采用基波剔除法，通過具有頻率選擇性的無源網(wǎng)絡(luò)抑制基波，由總大電壓有效值和以致基波后的諧波電壓有效值計算出失真度；頻譜分析法通過測量各次諧波的方法計算出波形失真度。正弦信號失真度的測量方法可分為模擬法和數(shù)字化測量法。模擬法是指測量中直接應(yīng)用模擬電路對信號處理測量失真度的方法?；谀M法的失真度測量儀由于前級電路有源器件的非線性，因此對小信號的測量不夠準(zhǔn)確。模擬法又可分為基波抑制法和諧波分析法?；ㄒ种品ǖ氖д娑葴y量儀采用基波抑制原理，通過具有頻率選擇性的無源網(wǎng)絡(luò)抑制基波，由總的電壓有效值和抑制基波后的諧波電壓有效值計算出失真度?；ㄒ种品?gòu)成的失真測量儀可以解決的頻率的范圍為1Hz—1MHz，但測量準(zhǔn)確度為5%-30%，因此本實驗中不采用該種方法；諧波分析法的失真度測量中，用了頻譜分析儀或波形分析儀檢測信號中的基波和各次諧波的電壓，獲得基波和各次諧波的電壓，從而計算出失真度。但在實際設(shè)計中采用模擬方法設(shè)計失真儀(特別是自動失真儀) 的過程中存在以下問題: (1)電路復(fù)雜,特別是為實現(xiàn)陷波器的自動調(diào)諧所采用的輔助電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜; (2)調(diào)試復(fù)雜,有許多相關(guān)參數(shù)需要根據(jù)元器件的性能參數(shù)進(jìn)行調(diào)整; (3)測量誤差大、一致性差,特別是低頻段和高頻段部分特別明顯。 本系統(tǒng)采用的是數(shù)字傅立葉變換（FFT）法。測量信號采用FPGA和DDS改變頻率，采用D/A轉(zhuǎn)換芯片AD7520，對信號進(jìn)行數(shù)字式可編程增益控制電路。FPGA完成對A/D芯片采集被測信號，然后對采集的信號進(jìn)行傅立葉變換(FFT)，形成被測信號的二維幅度－頻率數(shù)組。然后送至單片機(jī)顯示出信號的幅度－頻率特性曲線，同時，對數(shù)組計算得到基波系數(shù)和各次諧波系數(shù)，最后，由基波和各次諧波系數(shù)計算出失真度。
