一種諧波分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種諧波分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在功率分析儀的諧波測試、頻譜分析等應用領(lǐng)域，經(jīng)常使用諧波分析技術(shù)，諧波分析技術(shù)是指通過諧波測試功能FFT(Fast Fourier Transformat1n，快速傅里葉變換)分析測試周期電信號的各次諧波分量，了解信號的畸變情況。當對一個周期性電信號進行頻譜分析時，通常先利用數(shù)字ADC采樣得到該信號，再進行FFT處理或者DFT(Discrete FourierTransform,離散傅里葉變換)處理，當使用FFT進行數(shù)據(jù)處理時，通常需要把ADC的采樣頻率與電信號的頻率進行關(guān)聯(lián)，比如當對500Hz信號進行FFT分析時，可以使用512KHz的ADC采樣頻率，以保證測試準確性，當電信號頻率為5KHz時，則需要ADC的采樣頻率至少為5.12MHz，這樣會極大的提高電路的成本。
[0003]目前諧波分析主要依賴于硬件電路實現(xiàn)，采用PLL鎖相環(huán)技術(shù)，產(chǎn)生倍頻控制信號去控制AD采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)進行FFT變換，這種采集方法從理論上完全符合FFT變換的需求，但是由于倍頻后的采樣頻率發(fā)生變化會影響到常規(guī)參數(shù)的測試精度，需要進行采樣流程控制和頻率倍頻跟蹤，且需要增加硬件鎖相環(huán)電路，成本也比較高，隨著基波頻率的提高，相應的采樣頻率需要增加，因此要求ADC具有更高的采樣頻率，成本會極大增加，依賴于硬件電路實現(xiàn)，采用頻率要求越高，可靠性也會降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有諧波分析主要依賴于改進硬件性能來提高AD采樣頻率，造成成本高，而且精度降低的問題，提出了一種諧波分析方法，AD采樣脫離了對硬件的要求，降低了成本，提高了采樣精度。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
一種諧波分析方法，包括以下步驟:
(I )、以固定頻率f0對周期為T的電信號連續(xù)采樣，采樣時間為M，且M不小于2T，得到原始采樣數(shù)組S，其中，所述原始采樣數(shù)組S包含Μ/T個周期的數(shù)據(jù)；
(2)、將所述原始采樣數(shù)組S中的值插值至同一個周期T內(nèi)，得到數(shù)組Sc;
(3)、從數(shù)組Sc中找出與FFT所有采樣時刻點最相近時刻的采樣值，得到數(shù)組St;
(4)、利用FFT快速傅立葉變換計算St測試結(jié)果，得到諧波數(shù)據(jù)。
[0006]進一步的，所述步驟(2)中所述數(shù)組Sc的獲取方式如下:將原始采樣數(shù)組S中除第一周期之外的其他M/T-1周期的有序數(shù)據(jù)按照各數(shù)據(jù)的采樣時刻在其所在周期內(nèi)的位置插入至第一周期的數(shù)據(jù)中，得到一個周期的數(shù)據(jù)Sc。
[0007]進一步的，所述步驟(3)中所述數(shù)組St的獲取方式如下:根據(jù)FFT采樣點數(shù)N計算所述FFT采樣時刻數(shù)組t (i ):
t (i) =i*T/N, (i=0, I,…N-l)， 所述周期為T的電信號的函數(shù)為f (t)，所述FFT所有采樣時刻點為t= i*T/N, (i=0, I,…N-l)，從數(shù)組Sc中找出與t= i*T/N，(i=0, I,…N_l)最相近時刻的采樣值，得到數(shù)組St。
[0008]進一步的，所述T為所述固定周期TO的非整數(shù)倍，調(diào)節(jié)所述固定周期T0，減少所述Μ/T個周期的數(shù)據(jù)的重復率。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:本發(fā)明的諧波分析方法，通過對周期為T的電信號連續(xù)采樣，采樣時間為M，得到包含大于2周期的采樣數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)插值的方式將所有的采樣數(shù)據(jù)插值至同一周期內(nèi)，進而提高了采樣頻率，使得FFT快速傅立葉變換的采樣時刻所采集的數(shù)據(jù)更加接近于實際數(shù)據(jù)，本方法對ADC的采用頻率沒有要求，因此無需增加硬件成本，通過調(diào)整對周期為T的電信號連續(xù)采樣時間即可獲得高密度采樣數(shù)據(jù)，取得了與提高采樣頻率同樣的采樣效果，采樣數(shù)據(jù)提高了，數(shù)據(jù)處理精度也相應得到提尚O
[0010]結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實施方式的詳細描述后，本發(fā)明的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。
【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1是本發(fā)明所提出的諧波分析方法的一種實施例流程圖。
【具體實施方式】
[0013]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0014]實施例一，本實施例提出了一種諧波分析方法，包括以下步驟:
51、以固定頻率f0對周期為T的電信號連續(xù)采樣，采樣時間為M，且M不小于2T，得到原始采樣數(shù)組S，其中，所述原始采樣數(shù)組S包含Μ/T個周期的數(shù)據(jù)；
52、將所述原始采樣數(shù)組S中的值插值至同一個周期T內(nèi)，得到數(shù)組Sc;
53、從數(shù)組Sc中找出與FFT所有采樣時刻點最相近時刻的采樣值，得到數(shù)組St;
54、利用FFT快速傅立葉變換計算St測試結(jié)果，得到諧波數(shù)據(jù)。
[0015]其中，在所述步驟SI中，使用常規(guī)的ADC采樣器進行采樣，其采樣頻率不必要求過高，因此其系統(tǒng)的復雜度也相應要求不高，以及不會降低其采樣的可靠性，本實施例的諧波分析方法，通過對周期為T的電信號連續(xù)采樣，采樣時間為M，得到包含大于2周期的采樣數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)插值的方式將所有的采樣數(shù)據(jù)插值至同一周期內(nèi)，這樣等價于提高了 ADC的采樣速度，使得FFT快速傅立葉變換的采樣時刻所采集的數(shù)據(jù)更加接近于實際數(shù)據(jù)，本方法對ADC的采用頻率沒有要求，因此無需增加硬件成本，通過調(diào)整對周期為T的電信號連續(xù)采樣時間即可獲得高密度采樣數(shù)據(jù)，取得了與提高采樣頻率同樣的采樣效果，采樣數(shù)據(jù)提高了，數(shù)據(jù)處理精度也相應得到提高。
[0016]例如，周期T為20ms信號的頻率為50Hz，如果我每隔1us (采集速度為10kHz)采集一個數(shù)據(jù)，連續(xù)采集ls，這樣就可以采集50個信號周期，每個周期采集2000個點，本方法通過把后面49個周期的數(shù)據(jù)還原到第一個周期，扣除重復的點數(shù)，仍然會得到一個時間分布密度遠遠大于1us的信號，如果所有采樣點都不重復，那么相當于平均采樣的間隔提升為0.2us (相當于采集速度5MHz)，相當于把ADC采樣速度提高了 50倍，而以上效果所得，完全不用通過改進ADC等硬件電路而獲得，進而不會增加硬件成本。
[0017]對于需要的512個點的FFT時間相鄰的間隔(20ms/512=39.0625us)來說，相對于標準FFT采樣時間的平均誤差百分比為0.2/39.0625=0.00512，
如果把AD采集速度提高到5us，那么誤差百分比0.256% ;
如果把AD采集速度提高到2.5us，那么誤差百分比為0.128% ;
如果把AD采集速