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關(guān)于失真儀簡介

[ 2010-1-18 ]  [轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來源:就是要儀器網(wǎng) m.mrboha.com]

概述關(guān)于失真儀簡介

 概 述  
    在低頻和超低頻標(biāo)準(zhǔn)波形的測試和計(jì)量中,在電力系統(tǒng)中以及其它要求檢測信號(hào)波形純正性時(shí),均需要測量波形的失真度。  
    目前,測量失真度的儀器根據(jù)測量原理大致可分為二大類:基波剔除法和頻譜分析法。一般模擬式的失真度測量儀都采用基波剔除,這種儀器測量的誤差較大;而頻譜分析法,則是利用頻率分析儀測量各次諧波的含量并計(jì)算出波形失真度的方法。它可分析測量出被測信號(hào)中的1~10次諧波分量。采用該方法較好地解決了超低頻率失真度的測量,缺點(diǎn)是儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格較貴,操作繁瑣。    
    1 測量原理 
    一個(gè)失真的周期振蕩信號(hào)電壓,除有基波電壓分量外,還有各次諧波分量存在,把周期失真的正弦信號(hào)展開成傅立葉級(jí)數(shù),可表示為:
    
    
    
    其中,f(t)是一含有諧波失真的正弦波,a0=
    
    
    
    上式中, 為正弦波中直流分量,an為第n次諧波的振幅,n為失真正弦波中所含最高諧波次數(shù),ω0為標(biāo)準(zhǔn)正弦波的角頻率,φn為第n次諧波相對(duì)于基波的初相角。  
    一般地,正弦波的失真是用失真度,即所有諧波能量之和與基波能量之比的平方根來表示的:
    
      
    數(shù)為n次的失真度,只要求出各次諧波的幅值,就可計(jì)算出信號(hào)的失真度。在實(shí)際測量中由于實(shí)現(xiàn)困難,模擬失真度儀測量所測出的數(shù)值是各諧波電壓有效值和總的電壓有效值之比,即
    
      
    模擬失真度儀的原理框圖如圖1所示。
    
    
    
    被測信號(hào)經(jīng)過放大器后,首先直接進(jìn)入電子電壓表,測出其總電壓的有效值,并調(diào)至100。然后,信號(hào)通過濾波器,濾去基波成分,再次進(jìn)入電子電壓表,測出剔去基波后電壓的有效值,此時(shí)指示即為失真度。顯然,它只是失真度的近似值,必要時(shí)必須進(jìn)行補(bǔ)償。 
    基于fft的失真度儀,采用頻域分析方法,通過計(jì)算傅立葉系數(shù),c1、c2…cn,最后得到失真度大小。由失真度定義得:
    
    
    
    基本方法就是通過傅立葉變換(fft),產(chǎn)生出信號(hào)的頻譜圖,根據(jù)頻譜含量的大小cn,計(jì)算出失真度。 
    此類分析需要頻譜分析儀和同步示波器。本文提出一種由虛擬儀器實(shí)現(xiàn)的、基于fft的失真度測量,該失真度測量儀硬件原理如圖2所示。
    
    
    
    2 虛擬實(shí)現(xiàn) 
    (1)虛擬儀器建立在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上。計(jì)算機(jī)通過數(shù)字采集卡采集被測信號(hào),經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后讀入計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換(fft),形成被測信號(hào)的二維幅度-頻率數(shù)組。計(jì)算機(jī)顯示出信號(hào)的幅度-頻率特性曲線,同時(shí),對(duì)數(shù)組計(jì)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(jì)算出失真度。    
    (2) 開發(fā)平臺(tái)使用美國國家儀器公司(national instruments corporation)的labview,硬件為兼容586計(jì)算機(jī)及ni公司的數(shù)據(jù)接口卡pci-1200。
    (3)軟件編制采用labview提供的圖形編程語言。完成被測信號(hào)的采集和波形顯示、信號(hào)的傅立葉變換(fft)、信號(hào)的幅頻曲線顯示、信號(hào)的傅立葉基數(shù)的系數(shù)計(jì)算及信號(hào)的失真度的計(jì)算和顯示。   
    3 測試結(jié)果
    
    采用該虛擬失真度測試儀分別對(duì)兩類信號(hào)進(jìn)行了測試比較。其一是計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字合成信號(hào);其二是信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的正弦波信號(hào)。   
    3.1 對(duì)數(shù)字合成信號(hào)的測試
    
    (1)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生合成失真的正弦波f(t)=5sin3.14t+0.3sin(7×3.14t)。用虛擬失真度儀測量結(jié)果如圖3所示   
    (2)數(shù)據(jù)比較:對(duì)于正弦信號(hào)f(t)=5sin3.14t+0.3sin(7×3.14t),其失真度的理論值為:=0.06,與測試值相同    
    3.2 對(duì)實(shí)際信號(hào)的測試
    
    信號(hào)發(fā)生器采用jrc811(景德鎮(zhèn)無線電廠生產(chǎn)),產(chǎn)生占空比為50%、頻率為3hz、幅度為1的方波信號(hào)。由虛擬失真度儀分別測試并與理論值進(jìn)行比較。
          
    
    
    3.3 虛擬失真度儀與通用失真度儀的比較  
    由信號(hào)發(fā)生器(jrc811)產(chǎn)生約100hz正弦信號(hào),用虛擬失真度儀和北京無線電儀器二廠生產(chǎn)的sb失真度儀分別進(jìn)行測量,其結(jié)果如下:
    
    sb測量結(jié)果約 =0.01,與虛擬儀器測量結(jié)果相同。
    
    
    
    3.4 誤差分析 
    采用本方法的失真度測量的誤差主要包括a/d測量誤差、fft計(jì)算時(shí)的舍入誤差和周期采樣fft分析泄漏引入的。其中fft分析泄漏引入的誤差是最主要的因素。   
    4 結(jié) 論   
    (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(shí)驗(yàn)中波形失真度的測量要求。   
    (2) 程序采用了fft分析算法,人機(jī)界面良好。 
    (3)用戶只要用一臺(tái)微機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡,不再需要其它硬件電路設(shè)計(jì),即可完成失真度測量,省去大筆購置失真度測試儀的費(fèi)用。 
    (4)易于移值,在其它數(shù)字測量儀器上,不用增加其它硬件,通過軟件的修改即可增加此功能。


 
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