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同步采样

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  • 发布时间:2013/9/21 13:17:19
  • 作者:银河电气

一、概述

  同步采样(synchronizing sample)在《DLZ 1194-2012 电能质量术语》中定义如下:

  为保证在被测信号的一个周期T内等间隔采样N点,采样器和模数转换器的启动脉冲频率必须跟踪系统频率变化的方法。

  同步采样是指采样频率跟踪信号基波频率的变化而变化,使采样频率fs与基波频率f1的比值N=fs/f1为一固定的整数。因此,同步采样也称跟踪采样,即为了使采样频率fs始终与系统实际运行的频率f1保持固定的比例关系N=fs/f1,必须使采样频率随系统运行的频率的变化而实时地调整。这种同步采样方式实施的技术保障可利用硬件测频设备或软件计算频率的方法来配合实现。 同步测量与同步采样两个概念,经常被混淆。

  同步测量与多参量测量有关,而同步采样与交流周期信号采样有关。

  同步测量是指多个参量在同一时刻进行采样;在功率测量中,参与功率计算的电压和电流信号需要严格同步,进行某些动态试验时,输入功率与输出功率需要较准确的同步。

二、同步采样原理

  根据奈奎斯特采样定律,当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax),采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,这样才能还原信号的真实状况,达到测量准确的目的,任何数字采样的测量仪器都必须遵循采样定律。

  对于同步采样,主要有下述三点要求:

  1、为了对信号进行准确的傅里叶变换,要求一个信号周期包含整数个采样周期。

  2、对于采用FFT(快速傅里叶变换)的分析仪而言,还要求一个信号周期包含2的N次幂个采样周期。

  对于第一点要求,当采样周期远远小于信号周期,也就是采样频率远远高于信号频率时,整数倍的影响可以忽略。

  对于第二点要求,若采用FFT变换,为了保持2的N次幂倍,采样频率必须根据基波频率进行变化,在采样前应当准确的知道基波频率。这一点,实际上是不可能的,因此,采用FFT变换的分析仪,实际上是将上一个信号周期应该采取的采样频率应用于下一个信号周期。

三、AnyWay变频功率分析仪的采样控制原理

  考虑到客观世界不存在严格的周期信号,也就是说,两个相邻周期,总是存在一定的差异。而同步采样将已经发生的信号的周期作为尚未发生信号的周期,会在一定程度上影响傅里叶变换的准确度,并且,信号越不稳定,这种影响也越大。

  为了解决同步采样的这一局限,湖南银河电气有限公司研制的AnyWay系列变频电量测量仪器,采取了更为简单的采样控制方式——定频采样,也称异步采样。由于定频采样的采样频率远远高于信号频率,也无需受fs/f1必须为整数的限制。由于定频采样不能保证fs/f1为2的N次幂,因此付出的代价是必须放弃高效快速的FFT算法,而采用速度较慢的DFT算法。

  采样频率越高,基波频率越低,参与DFT的点数越多,要求高速缓存的数据量越大,DFT的运算量也越大。

  为此,WP4000变频功率分析仪采用高性能的双核嵌入式CPU模块(酷睿2,2G主频),强大的运算能力可实现0.1Hz甚低频,250kHz高采样率下的超大数据量的实时DFT变换。

  AnyWay系列变频电量测量仪器代表——WP4000变频功率分析仪:

WP4000变频功率分析仪

WP4000变频功率分析仪

四、有关同步采样的其它相关资料

  外部链接:交流电压,电流同步采样原理及应用

  外部链接:搜搜百科:快速傅里叶变换(FFT)

  站内链接:WP4000变频功率分析仪

  站内链接:AnyWay变频功率分析仪为何采用DFT算法而不采用FFT算法?

 

  作者:量值溯源

  湖南银河电气有限公司(http://www.vfe.cc)


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