专利名称：一种交流信号测量电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种交流信号测量电路，主要用于交流电信号的精确测量。
背景技术：
当前飞行器上有大量的交流信号需要测量系统进行测量，传统的测量电路分为交流模拟量变换器及远置单元两个模块。交流模拟量变换器将交变信号转换为一个直流模拟量信号进行传输。由于需要经过整流滤波环节，当交流信号源出现短暂变化时，这种传统的检测电路不能及时发现。而且由于模拟量信号易受干扰，且不利于远距离传输。所以远置单元在对转换后的模拟量信号进行测量时，误差较大，且设备体积和质量都比较大。综上所述，传统的交流信号测量电路体积庞大，质量较重，测量误差较大。

实用新型内容本实用新型的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种交流信号测量电路，通过采用电压比较和过零点计算代替现有技术中AD有效值变换的方式，提高了测量精度。本实用新型的技术解决方案是一种交流信号测量电路，包括变压器、低通滤波器、过零检测电路和FPGA芯片，交流信号经过变压器之后输入到低通滤波器，低通滤波器的输出送入过零检测电路中，过零检测电路的输出送入FPGA芯片。所述过零检测电路包括电阻Rl、电阻R2和比较器，输入信号经过电阻Rl之后连接比较器的同相端，电阻R2的一端接地，另一端连接比较器的同相端，参考电压输入到比较器的反向端。所述电阻Rl的阻值为20K Ω。所述电阻R2的阻值为I Ω。所述参考电压为1.5V。本实用新型与现有技术相比的有益效果是(1)本实用新型交流信号测量电路经过变压器对交流信号进行隔离和变换后，不会对被测交流信号造成干扰，而且不再像现有技术中的实现方式一样对交流电信号的测量需要变换器和远置单元，本实用新型可以降低模拟信号在传输过程中的干扰，且降低了成本。(2)本实用新型采用过零点测量的方式，可以避免信号在经过整流滤波环节造成的延时。当交流信号发生短暂变化时，可以迅速的计算出交流信号的有效值。

图1为本实用新型的电路原理示意图；图2为本实用新型的过零检测电路示意图；[0015]图3为本实用新型变压器输出的波形和门限设置波形示意图；图4为本实用新型FPGA电路示意图。
具体实施方式
本实用新型的电路示意图如图1所示，包括变压器、低通滤波器、过零检测电路和 FPGA芯片，交流信号经过变压器之后输入到低通滤波器，低通滤波器的输出送入过零检测电路中，过零检测电路的输出送入FPGA芯片，外系统交流信号经过变压器进行隔离、变换， 输出0 5V的交流信号，之后由低通滤波器对信号进行滤波，将滤波之后的电信号输入过零检测电路，通过测量大于参考电压的时间，交流信号的周期来计算交流信号的有效电压。过零检测电路包括电阻Rl、电阻R2和比较器，输入信号经过电阻Rl之后连接比较器的同相端，电阻R2的一端接地，另一端连接比较器的同相端，参考电压输入到比较器的反向端。电阻Rl的阻值为20ΚΩ，电阻R2的阻值为ΙΩ，所述参考电压为1.5V。本实用新型采用变压器对交流信号进行隔离和变换，通过变压器不仅能够实现测量系统和被测系统间的隔离，而且可以通过调节线圈匝数改变输入输出电压的比值，滤波电路主要为一个低通滤波器，FPGA用于对交流信号电压比较后过零点时刻的计算。过零检测电路主要测量交流信号经过零点的时刻和时间，电路示意图如图2所示。经过低通滤波器的滤波之后，输出信号输入到比较器的同相输入端，比较器的反向端连接参考电压= 1.5V。交流信号的有效值为U，周期为T。交流信号经过变压器进行隔离和变换，变压器线圈匝数为N 1，形成的ui输入比较器的同相端。基准电压输入比较器的反相端。 设比较器输出低电平为八，高电平为VH，再设ui上升到Vref的时刻为tl，ui下降到的时刻为t2，且有0 < t < tl < T/4 < t2 < T，则比较器的输出电平
「14，0<i Vh, t\<t <t2 Vi,t2<t<T变压器输出的波形和门限设置波形图如图3所示，设正半波任意时刻t输入到比较器同相端的信号电压的瞬时值ui为Ui= 4lUR2 Sm(IntlT)INlRl + R2), 在tl时刻瞬时有Vref = 42UR2 sm(2^JT)/N(R1+ R2)，所以，最终得出结果 U= NVref {Rx +R2)/^JlR2 sin(2^ /Γ) , U为交流信号的电压有效值。只要检测tl，就可以计算出U，而检测tl必须从信号过零点开始计时，需要进行过零检测。从图3中可以出，在交流信号的正半周里，在tl至t2这段时间之内ui > V&，输出电压Vout为高电平，其他时间比较器都是输出低电平。当信号电压增加时，由于Vref保持不变，tl至t2这段时间间隔就增加，所以设计采用检测比较器输出高电平的维持时间间隔 At = t2_tl，由于 tl = (T/4)-(Δt/2)，将上式整理得到U = K/COS(JIΔt/T)，其中
K=N Vref I, K为常数，其物理意义为当Δ t无穷小时，交流信号电压有效值正好等于K，
因此常数K为电路能够正确检测到的最小交流信号电压的有效值。上式中还需要测量交流信号的周期，可以通过测量比较器输出端相连两个上升沿的时间，该时间即为交流信号的周期，实际应用中通常该频率为固定值。由于公式中需要进 Vout =行乘法、除法以及开根号等相关运算，FPGA进行相关运算的程序比较复杂，所以采用查表的方式简化运算过程，将相关运算的结果预先计算出结果并存储到ROM中，Rom使用FPGA内部资源，使用计数器的计数结果作为Rom的地址线，之后处理模块根据Rom的地址线从Rom 中预先存储的电压有效值数值表中搜索查询到并且读出，读出的值即为所测量交流信号的电压值，之后处理模块将此电压值发送到FIFO中用于后继输出。FIFO用于将测量到的数据进行暂时存储，便于打包后传输出去。本实用新型中FPGA芯片采用型号为)(C2S50的芯片，如图4所示，图中计数器用来测量At，由于在过零检测电路中交流信号高于参考电压的时候输出为高电平，否则为低电平，在检测到高电平时开始计数，低电平时停止计数，并且在计数完成后通过锁存器写入处理模块。程序中FPGA采用50M晶振，每个时钟周期为20ns，所以计数值乘以20ns就是高电平维持的时间。本实用新型未详细说明的部分属于本领域技术人员公知常识。
权利要求1.一种交流信号测量电路，其特征在于包括变压器、低通滤波器、过零检测电路和 FPGA芯片，交流信号经过变压器之后输入到低通滤波器，低通滤波器的输出送入过零检测电路中，过零检测电路的输出送入FPGA芯片。
2.根据权利要求1所述的一种交流信号测量电路，其特征在于所述过零检测电路包括电阻R1、电阻R2和比较器，输入信号经过电阻Rl之后连接比较器的同相端，电阻R2的一端接地，另一端连接比较器的同相端，参考电压输入到比较器的反向端。
3.根据权利要求2所述的一种交流信号测量电路，其特征在于所述电阻Rl的阻值为 20ΚΩ。
4.根据权利要求2所述的一种交流信号测量电路，其特征在于所述电阻R2的阻值为 2ΚΩ。
5.根据权利要求2所述的一种交流信号测量电路，其特征在于所述参考电压为1.5V。
专利摘要一种交流信号测量电路，包括变压器、低通滤波器、过零检测电路和FPGA芯片，交流信号经过变压器之后输入到低通滤波器，低通滤波器的输出送入过零检测电路中，过零检测电路的输出送入FPGA芯片，过零检测电路包括电阻R1、电阻R2和比较器，输入信号经过电阻R1之后连接比较器的同相端，电阻R2的一端接地，另一端连接比较器的同相端，参考电压输入到比较器的反向端，电阻R1的阻值为20KΩ，电阻R2的阻值为2KΩ，参考电压为1.5V。本实用新型可以降低模拟信号在传输过程中的干扰，且降低了成本，测量精确。
文档编号G01R19/175GK202083737SQ201020607958
公开日2011年12月21日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者张鹏, 彭旭锋, 杨慧, 王昕 , 赵卫军 申请人:北京宇航系统工程研究所