一种基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法及装置，通过DSP处理模块对正交锁相放大器输出的特定次谐波信号进行相位补偿，包括如下步骤：通过DSP处理模块分时交替输出基波和特定次谐波频次的方波正交信号给正交锁相放大器；通过正交锁相放大器对实际信号和方波正交信号进行正交相乘并输出PQ直流分量；将PQ直流分量输入DSP处理模块并进行叠加，以消除特定次谐波信号对基波的干扰。通过对一路正交锁相电路分时复用，在不增加硬件电路的基础上，提取检测高次谐波的分量对相位进行补偿，进而解决检测信号谐波含量很高的时候相位检测不准的问题，提高了相位检测精度。

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备控制技术领域，特别涉及一种基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法及装置。

背景技术

正交锁相放大器：锁相放大器是一种用于测量动态信号的电子仪器，它的功能是从被噪声淹没的信号中测出某一频率的信号的相位和幅值。利用参考信号与被测信号的互相关特性，提取出与参考信号同频率和同相位的被测信号。

开关型相敏检测电路，可以对特定次频率的信号进行相位检测，如果所检测信号谐波含量很高会导致检测相位发生偏移导致相位检测不准确。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法及装置，通过对一路正交锁相电路分时复用，在不增加硬件电路的基础上，提取检测高次谐波的分量对相位进行补偿，进而解决检测信号谐波含量很高的时候相位检测不准的问题，提高了相位检测精度。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法，

通过DSP处理模块对正交锁相放大器输出的特定次谐波信号进行相位补偿，所述相位补偿电路包括，包括如下步骤：

通过所述DSP处理模块分时交替输出基波和所述特定次谐波频次的方波正交信号给正交锁相放大器；

通过正交锁相放大器对实际信号和所述方波正交信号进行正交相乘并输出PQ直流分量；

将所述PQ直流分量输入所述DSP处理模块并进行叠加，以消除所述特定次谐波信号对所述基波的干扰。

进一步地，所述分时复用的频率为所述基波频率的预设比例值。

进一步地，所述预设比例值为1％。

进一步地，所述方波正交信号包括交替设置的第一方波和第二方波；

所述第一方波的频率与所述基波的频率相同，所述第二方波的频率为所述基波频率的特定次倍数；

所述第一方波和所述第二方波均包括第一时段和第二时段，所述第一时段为所述方波正交信号下PQ直流分量的输出不稳定区，所述第二时段为所述方波正交信号下PQ直流分量的输出稳定区。

相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿装置，通过DSP处理模块对正交锁相放大器输出的特定次谐波信号进行相位补偿，包括：

方波正交信号发生模块，其用于通过所述DSP处理模块分时交替输出基波和特定次谐波频次的正交方波信号给正交锁相电路；

第一信号处理模块，其用于通过正交锁相放大器对实际信号和所述方波正交信号进行正交相乘并输出PQ直流分量；

第二信号处理模块，其用于将所述PQ直流分量输入所述DSP处理模块并进行叠加，以消除所述特定次谐波信号对所述基波的干扰。

进一步地，所述分时复用的频率为所述基波频率的预设比例值。

进一步地，所述预设比例值为1％。

进一步地，所述方波正交信号包括交替设置的第一方波和第二方波；

所述第一方波的频率与所述基波的频率相同，所述第二方波的频率为所述基波频率的特定次倍数；

所述第一方波和所述第二方波均包括第一时段和第二时段，所述第一时段为所述方波正交信号下PQ直流分量的输出不稳定区，所述第二时段为所述方波正交信号下PQ直流分量的输出稳定区。

相应地，本发明实施例的第三方面还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行如上述任一所述的基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法。

相应地，本发明实施例的第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上述任一所述的基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过对一路正交锁相电路分时复用，在不增加硬件电路的基础上，提取检测高次谐波的分量对相位进行补偿，进而解决检测信号谐波含量很高的时候相位检测不准的问题，提高了相位检测精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的相位补偿电路示意图；

图2是本发明实施例提供的P轴参考信号与正弦信号正交相乘的示意图；

图3是本发明实施例提供的Q轴参考信号与正弦信号正交相乘的示意图；

图4是本发明实施例提供的基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法流程图；

图5是本发明实施例提供的参考信号原理示意图；

图6是本发明实施例提供的基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿装置框图。

附图标记：

1、方波正交信号发生模块，2、获取模块，3、叠加模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明实施例提供的相位补偿电路示意图。

图2是本发明实施例提供的P轴参考信号与正弦信号正交相乘的示意图。

图3是本发明实施例提供的Q轴参考信号与正弦信号正交相乘的示意图。

请参照图1、图2和图3，开关相敏电路包括第一补偿单元、第二补偿单元和移相器。第一补偿单元包括串联连接的第一乘法器和第一低通滤波器，第二补偿单元包括串联连接的第二乘法器和第二低通滤波器。

图4是本发明实施例提供的基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法流程图。

图5是本发明实施例提供的参考信号原理示意图。

请参照图4和图5，本发明实施例的第一方面提供了一种基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法，通过DSP处理模块对正交锁相放大器输出的特定次谐波信号进行相位补偿，相位补偿电路包括，包括如下步骤：

S100，通过DSP处理模块分时交替输出基波和特定次谐波频次的方波正交信号给正交锁相放大器。

S200，通过正交锁相放大器对实际信号和方波正交信号进行正交相乘并输出PQ直流分量。

S300，将PQ直流分量输入DSP处理模块并进行叠加，以消除特定次谐波信号对基波的干扰。

上述技术方案通过对一路正交锁相电路分时复用，在不增加硬件电路的基础上，提取检测高次谐波的分量对相位进行补偿，进而解决检测信号谐波含量很高的时候相位检测不准的问题，提高了相位检测精度。

具体的，分时复用的频率为基波频率的预设比例值。

可选的，预设比例值为1％。

进一步地，方波正交信号包括交替设置的第一方波和第二方波；第一方波的频率与基波的频率相同，第二方波的频率为基波频率的特定次倍数；第一方波和第二方波均包括第一时段和第二时段，第一时段为方波正交信号的输出不稳定区，第二时段为方波正交信号的输出稳定区。

请参照图1，假设输入信号里面叠加了3倍频方波正交信号为：

根据傅里叶变换，方波正交信号：

二者相乘为：

上式中：

通过低通滤波后剩余项为：

由上式子可知：3次谐波会对最终的输出结果造成影响，同理我们可以推导出5次7次谐波的影响如下：

为了消除高次谐波对相位检测的影响,必须对高次谐波进行检测。

假设检测信号里面叠加了3倍频信号为：

根据傅里叶变换，方波正交信号为3倍频方波正交信号：

其中，上式中经低通滤波后剩余项为：

假设输入信号里面还有5次谐波，方波正交信号为3倍频方波：

根据傅里叶变换，参考信号为3倍频方波：

上式中经低通滤波后剩余项为：

如图4和图5所示，对相位检测电路进行分时复用，分时频率为基波频率的1/100，本文以提取3次谐波分量为例，方波正交信号为以f/100为频率分时输出基波频率f的方波和3f的方波，每个分时时间段分为A,B两段时间，A段为输出不稳定区，B段为输出稳定区，我们在输出稳定区B段对相位检测电路输出进行采样，f频段采样结果为U

补偿后相位角为

同理本方案可以推广至5次，7次谐波的补偿。

图6是本发明实施例提供的基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿装置框图。

相应地，请参照图6，本发明实施例的第二方面提供了一种基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿装置，通过DSP处理模块对正交锁相放大器输出的特定次谐波信号进行相位补偿，包括：方波正交信号发生模块1、第一信号处理模块2和第二信号处理模块3。

其中，方波正交信号发生模块1用于通过DSP处理模块分时交替输出基波和特定次谐波频次的正交方波信号给正交锁相电路；第一信号处理模块2用于通过正交锁相放大器对实际信号和方波正交信号进行正交相乘并输出PQ直流分量；第二信号处理模块3用于将PQ直流分量输入DSP处理模块并进行叠加，以消除特定次谐波信号对基波的干扰。

具体的，分时复用的频率为基波频率的预设比例值。

可选的，预设比例值为1％。

进一步地，方波正交信号包括交替设置的第一方波和第二方波；第一方波的频率与基波的频率相同，第二方波的频率为基波频率的特定次倍数；第一方波和第二方波均包括第一时段和第二时段，第一时段为方波正交信号下PQ直流分量的输出不稳定区，第二时段为方波正交信号下PQ直流分量的输出稳定区。

上述技术方案通过对一路正交锁相电路分时复用，在不增加硬件电路的基础上，提取检测高次谐波的分量对相位进行补偿，进而解决检测信号谐波含量很高的时候相位检测不准的问题，提高了相位检测精度。

相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器连接的存储器；其中，存储器存储有可被一个处理器执行的指令，指令被一个处理器执行，以使至少一个处理器执行如上述任一基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法。

相应地，本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上述任一基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法。

本发明实施例旨在保护一种基于分时复用的正交锁相放大器相位补偿方法及装置，通过DSP处理模块对正交锁相放大器输出的特定次谐波信号进行相位补偿，包括如下步骤：通过DSP处理模块分时交替输出基波和特定次谐波频次的方波正交信号给正交锁相放大器；通过正交锁相放大器对实际信号和方波正交信号进行正交相乘并输出PQ直流分量；将PQ直流分量输入DSP处理模块并进行叠加，以消除特定次谐波信号对基波的干扰。上述技术方案具备如下效果：

通过对一路正交锁相电路分时复用，在不增加硬件电路的基础上，提取检测高次谐波的分量对相位进行补偿，进而解决检测信号谐波含量很高的时候相位检测不准的问题，提高了相位检测精度。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。