本發(fā)明涉及交流電量測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于軟件頻率跟蹤的采樣方法和寬頻電壓/功率校準(zhǔn)裝置。

背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在交流電量測量技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，高速A/D轉(zhuǎn)換器性能的提高,交流電壓(電流)的測量方法大多采用采樣數(shù)字化測量方法，它大致分為直流采樣和交流采樣。直流采樣法，即采樣的是經(jīng)過整流后的直流量。采用直流采樣法測量電壓、電流時(shí)，均是通過測量平均值來測量電參量的有效值。此方法軟件設(shè)計(jì)簡單、計(jì)算機(jī)方便，對(duì)采樣值只需作比例變換即可得到被測量的數(shù)值。但是直流采樣方法存在一些問題，如：測量準(zhǔn)確度直接受整流電路的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性的影響；整流電路參數(shù)調(diào)整困難，而且受波形因數(shù)的影響較大等。目前當(dāng)被測信號(hào)為純工頻正弦量時(shí)，有效值Urms與平均絕對(duì)值Uaav之間的關(guān)系為：Urms＝1.11Uaav。在輸入信號(hào)中含有諧波時(shí)，Urms與Uaav之間的關(guān)系將發(fā)生變化，并且諧波含量不同，兩者之間的關(guān)系也不同，這將給計(jì)算結(jié)果帶來誤差。分析表明，在諧波污染較為嚴(yán)重的情況下，這種測量方法的誤差可達(dá)10％以上。交流采樣法是按一定規(guī)律對(duì)被測信號(hào)的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，再用一定的數(shù)值算法求得被測量，它與直流采樣的差別是用軟件功能代替硬件功能。交流采樣相當(dāng)于用一條階梯曲線代替一條光滑的正弦曲線，其原理誤差主要有兩項(xiàng)：一項(xiàng)是用時(shí)間上離散的數(shù)據(jù)近似代替時(shí)間上連續(xù)的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差，這主要是由每個(gè)正弦信號(hào)周期中的采樣點(diǎn)數(shù)決定的，實(shí)際上它取決于A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度和CPU的處理時(shí)間；另一項(xiàng)是將連續(xù)的電壓和電流進(jìn)行量化而產(chǎn)生的量子化誤差，這主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了種類繁多而且性能價(jià)格比較好的高速A/D轉(zhuǎn)換器，為交流采樣法奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通常將交流采樣法分為同步采樣法、準(zhǔn)同步采樣法、非同步采樣法等幾種。同步采樣法又被稱為等間隔整周期采樣或等周期均勻采樣，需要保證采樣截?cái)鄥^(qū)間正好等于被測信號(hào)周期的整數(shù)倍。同步采樣法的實(shí)現(xiàn)方法有2種：一是硬件同步采樣法；二是軟件同步采樣法。但在實(shí)際采樣測量中，采樣周期不能與被測信號(hào)周期實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格同步，此時(shí)測量結(jié)果就將產(chǎn)生同步誤差。這時(shí)，可通過適當(dāng)增加采樣數(shù)據(jù)量和增加迭代次數(shù)來提高測量準(zhǔn)確度，這種方式就是準(zhǔn)同步采樣法。也可以使用固定的采樣間隔，通過調(diào)整采樣值，使采樣周期與信號(hào)周期(或信號(hào)周期的整數(shù)倍)的差值小于一個(gè)采樣間隔的測量方法，這就是非同步采樣法。對(duì)于含有諧波的被測信號(hào)，若利用N個(gè)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行諧波分析，當(dāng)NTs＝MT時(shí)，采樣過程稱為整周期采樣，其中Ts為采樣間隔(采樣頻率為fs＝1/Ts)，T為被測信號(hào)周期，M為整數(shù)；當(dāng)NTs≠M(fèi)T時(shí)，采樣過程稱為非整周期采樣。對(duì)于非整周期采樣，當(dāng)NTs-MT＝Δ，Δ≠0且|Δ|<1時(shí)，稱為準(zhǔn)整周期采樣，更一般的情況是|Δ|<π，這種情況被稱為非整周期采樣。要提高交流采樣法的測量準(zhǔn)確度，最好能實(shí)現(xiàn)整周期采樣，但是由于實(shí)際中被測信號(hào)的頻率總是在一定范圍內(nèi)變化，其周期不能準(zhǔn)確測定，實(shí)際中的數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)都不可能完全做到整周期采樣，N個(gè)采樣數(shù)據(jù)不可能完全覆蓋M個(gè)被測信號(hào)的周期，即NTs-MT＝Δ(這里稱Δ為非整周期采樣偏差)，因此深入分析研究如何提高非整周期采樣的測量精確度，具有十分重要的理論意義和實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本發(fā)明提供一種基于軟件頻率跟蹤的采樣方法，所述采樣為非整周期采樣，采用軟件頻率跟蹤技術(shù)結(jié)合信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行被測信號(hào)的頻率跟蹤與調(diào)整，提高被測信號(hào)頻率的測量精度，將非整周期采樣的采樣偏差減小到規(guī)定值以下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)整周期采樣，從而提高非整周期采樣的測量精度。本發(fā)明還提供基于所述軟件頻率跟蹤的采樣方法的寬頻電壓或電流校準(zhǔn)裝置，解決多年來頻率范圍在10Hz～1MHz的寬頻交流電壓(電流)測量準(zhǔn)確度低的問題，以及采用交直流轉(zhuǎn)換法測量法測量速度慢，不確定度分析復(fù)雜的問題，為寬頻交流電壓(電流)計(jì)量提供準(zhǔn)確方便的校準(zhǔn)裝置。本發(fā)明還提供基于所述軟件頻率跟蹤的采樣方法的寬頻功率或相位校準(zhǔn)裝置，采用同一時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)觸發(fā)電壓信號(hào)通道和電流信號(hào)通道，具有非常好的同步性，結(jié)合軟件頻率跟蹤技術(shù)，使寬頻功率(相位)測量精度達(dá)到較高水平，為今后建立寬頻功率(相位)標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于軟件頻率跟蹤的采樣方法，所述采樣為非整周期采樣，其特征在于，包括以下步驟；1)根據(jù)被測周期信號(hào)頻率的設(shè)置值，按預(yù)先設(shè)計(jì)的一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)n倍頻，計(jì)算出理論整周期采樣的初始采樣頻率fs；2)使用信號(hào)發(fā)生器輸出采樣觸發(fā)信號(hào)給采樣數(shù)字電壓表，按計(jì)算的初始采樣頻率設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率；3)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的輸出，采樣數(shù)字電壓表設(shè)置為外部觸發(fā)，數(shù)字電壓表在外部觸發(fā)脈沖的控制下進(jìn)行采樣；4)采樣離散數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算所述采樣的非整周期采樣偏差Δ，然后根據(jù)初始采樣頻率fs，計(jì)算被測信號(hào)的當(dāng)前頻率fin；5)根據(jù)被測信號(hào)的當(dāng)前頻率，按預(yù)先設(shè)計(jì)的一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)n倍頻，重新設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，重復(fù)3)和4)直到非整周期采樣偏差Δ小于一個(gè)規(guī)定的值。所述步驟4)中，傳送給計(jì)算機(jī)的采樣離散數(shù)據(jù)是指在大量原始采樣離散數(shù)據(jù)中，截取的一段包含多個(gè)被測信號(hào)周期的終點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)幅值最接近起點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)幅值的離散數(shù)據(jù)。所述步驟4)中，計(jì)算非整周期采樣偏差Δ，采用插值方法進(jìn)行；假定采樣周期對(duì)應(yīng)于n+Δ，周期的終點(diǎn)在n和n+l之間，起始點(diǎn)采樣y0、預(yù)期終點(diǎn)附近的兩個(gè)采樣點(diǎn)為yn和yn+l，除了讓y0在yn與yn+l之間插值外，還讓yn+1在y0與yl之間插值，給出的整周期采樣的補(bǔ)數(shù)Δ為：所述步驟4)中，當(dāng)前被測信號(hào)頻率fin由下式計(jì)算得出：所述步驟5)中，本方法中所述非整周期采樣偏差Δ要求小于0.01。一種采用上述基于軟件頻率跟蹤采樣方法的寬頻電壓校準(zhǔn)裝置，其特征在于，包括寬頻電壓源、寬頻電阻分壓器、采樣數(shù)字電壓表、信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)，所述寬頻電壓源通過寬頻電阻分壓器連接采樣數(shù)字電壓表，所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接采樣數(shù)字電壓表的外觸發(fā)端口，所述計(jì)算機(jī)分別連接信號(hào)發(fā)生器、采樣數(shù)字電壓表以及寬頻電壓源；所述采樣數(shù)字電壓表用于在信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖的控制下對(duì)寬頻電壓源經(jīng)寬頻電阻分壓器分壓輸出的被測周期信號(hào)進(jìn)行非整周期采樣，所述計(jì)算機(jī)用于根據(jù)采樣數(shù)字電壓表的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出所述采樣的非整周期采樣偏差Δ，進(jìn)而得出當(dāng)前被測信號(hào)的頻率，根據(jù)當(dāng)前被測信號(hào)頻率，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖頻率，直到非整周期采樣偏差Δ小于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，得出交流電壓的幅值。一種采用上述基于軟件頻率跟蹤采樣方法的寬頻電流校準(zhǔn)裝置，其特征在于，包括寬頻電流源、寬頻電阻分流器、采樣數(shù)字電壓表、信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)，所述寬頻電流源通過寬頻電阻分流器連接采樣數(shù)字電壓表，所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接采樣數(shù)字電壓表的外觸發(fā)端口，所述計(jì)算機(jī)分別連接信號(hào)發(fā)生器、采樣數(shù)字電壓表以及寬頻電流源；所述采樣數(shù)字電壓表用于在信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖的控制下對(duì)寬頻電流源經(jīng)寬頻電阻分流器分壓輸出的被測周期信號(hào)進(jìn)行非整周期采樣，所述計(jì)算機(jī)用于根據(jù)采樣數(shù)字電壓表的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出所述采樣的整周期采樣補(bǔ)數(shù)Δ，進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前被測信號(hào)的頻率，根據(jù)當(dāng)前被測信號(hào)頻率，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖頻率，直到非整周期采樣偏差Δ小于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，得出交流電流的幅值。一種采用上述基于軟件頻率跟蹤采樣方法的寬頻功率/相位校準(zhǔn)裝置，其特征在于，包括寬頻功率源、寬頻電阻分壓器、寬頻電阻分流器、兩臺(tái)采樣數(shù)字電壓表、信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)，所述寬頻功率源通過寬頻電阻分壓器連接第一采樣數(shù)字電壓表，所述寬頻功率源還通過寬頻電阻分流器連接第二采樣數(shù)字電壓表，所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端同時(shí)連接第一采樣數(shù)字電壓表和第二采樣數(shù)字電壓表的外觸發(fā)端口，所述計(jì)算機(jī)分別連接信號(hào)發(fā)生器、兩臺(tái)采樣數(shù)字電壓表以及寬頻功率源；所述第一采樣數(shù)字電壓表和第二采樣數(shù)字電壓表用于在信號(hào)發(fā)生器輸出的同一采樣觸發(fā)脈沖的控制下，分別對(duì)寬頻功率源經(jīng)寬頻電阻分壓器分壓輸出的電壓信號(hào)以及經(jīng)寬頻電阻分流器分流輸出的電流信號(hào)進(jìn)行非整周期采樣，所述計(jì)算機(jī)用于根據(jù)采樣數(shù)字電壓表的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出所述采樣的非整周期采樣偏差△，進(jìn)而得出當(dāng)前被測信號(hào)的頻率，根據(jù)當(dāng)前被測信號(hào)頻率，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖頻率，直到非整周期采樣偏差△小于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，得出有功功率值和電壓電流間相位值。所述信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖信號(hào)包括首先輸出的一個(gè)小幅值的偽觸發(fā)信號(hào)，所述偽觸發(fā)信號(hào)的幅值小于控制采樣數(shù)字電壓表進(jìn)行采樣的采樣觸發(fā)脈沖信號(hào)的幅值，經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)，輸出較大幅值的所述采樣觸發(fā)脈沖信號(hào)。本發(fā)明的技術(shù)效果：本發(fā)明提供的一種基于軟件頻率跟蹤的非整周期采樣方法，采用軟件頻率跟蹤技術(shù)結(jié)合信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行被測信號(hào)的頻率調(diào)整與跟蹤，提高被測信號(hào)頻率的測量精度，將非整周期采樣的采樣偏差減小到規(guī)定值以下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)整周期采樣，從而提高非整周期采樣的測量精度。本發(fā)明的方法采用信號(hào)發(fā)生器作為采樣數(shù)字電壓表的外觸發(fā)信號(hào)，首先根據(jù)被測信號(hào)的頻率設(shè)置值，選取適合的每周期采樣點(diǎn)數(shù)，計(jì)算初始采樣頻率，按初始采樣頻率設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率作為采樣數(shù)字電壓表的外觸發(fā)信號(hào)，采樣數(shù)字電壓表在信號(hào)發(fā)生器輸出的外觸發(fā)信號(hào)的控制下進(jìn)行采樣，相比于傳統(tǒng)的定時(shí)器觸發(fā)方法，觸發(fā)精確度大大提高；計(jì)算機(jī)再根據(jù)采樣數(shù)字電壓表采集的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出所述采樣由于被測信號(hào)頻率不準(zhǔn)確造成的非整周期采樣偏差Δ，重新設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，控制采樣數(shù)字電壓表進(jìn)行重新采樣，如此反復(fù)循環(huán)，直到非整周期采樣偏差Δ達(dá)到規(guī)定值以下，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)整周期采樣，因此采樣精度得以大大提高。本發(fā)明還提供基于所述軟件頻率跟蹤采樣方法的寬頻電壓或電流校準(zhǔn)裝置，解決多年來頻率范圍在10Hz～1MHz的寬頻交流電壓(電流)測量準(zhǔn)確度低的問題，以及采用交直流轉(zhuǎn)換法測量法測量速度慢，不確定度分析復(fù)雜的問題，為寬頻交流電壓(電流)計(jì)量提供準(zhǔn)確方便的校準(zhǔn)裝置。本發(fā)明的寬頻電壓或電流校準(zhǔn)裝置，采用基于軟件頻率跟蹤的非整周期采樣方法進(jìn)行采樣，使非整周期采樣偏差Δ減小到規(guī)定值以下，將連續(xù)的被測信號(hào)轉(zhuǎn)換為周期離散的采樣點(diǎn)的準(zhǔn)確數(shù)值，再采用適當(dāng)合理的數(shù)據(jù)處理方法，將這些采樣得到的數(shù)值準(zhǔn)確還原成交流信號(hào)的準(zhǔn)確幅值，實(shí)現(xiàn)了交流電壓(電流)的準(zhǔn)確測量。本發(fā)明還提供基于所述軟件頻率跟蹤采樣方法的寬頻功率或相位校準(zhǔn)裝置，將寬頻功率源分別通過電壓通道和電流通道與兩臺(tái)采樣數(shù)字電壓表連接，將信號(hào)發(fā)生器的同一外觸發(fā)信號(hào)同時(shí)觸發(fā)電壓信號(hào)通道的采樣電壓表和電流信號(hào)通道的采樣電壓表，具有非常好的同步性，減小了通道間同步采樣誤差，提高了相位測量準(zhǔn)確度，使寬頻功率(相位)測量精度達(dá)到較高水平，解決了多年來頻率范圍在10Hz～100kHz的寬頻功率源的溯源問題，為今后建立寬頻功率(相位)標(biāo)準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)。附圖說明圖1是本發(fā)明的基于軟件頻率跟蹤的采樣方法流程圖。圖2是本發(fā)明的寬頻電壓/電流校準(zhǔn)裝置(單通道)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的寬頻功率/相位校準(zhǔn)裝置(雙通道)結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，一種基于軟件頻率跟蹤的采樣方法，所述采樣為非整周期采樣，包括以下步驟；1)根據(jù)被測周期信號(hào)頻率的設(shè)置值，按預(yù)先設(shè)計(jì)的一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)n倍頻，計(jì)算理論整周期采樣的初始采樣頻率fs；例如對(duì)于已知頻率為50Hz的被測周期信號(hào)，選取一個(gè)周期內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)n為512，則初始采樣頻率fs＝50*512＝25.6kHz。2)使用信號(hào)發(fā)生器輸出采樣觸發(fā)信號(hào)給采樣數(shù)字電壓表，按計(jì)算的初始采樣頻率設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率；3)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的輸出，采樣數(shù)字電壓表設(shè)置為外部觸發(fā)，數(shù)字電壓表在外部觸發(fā)脈沖的控制下進(jìn)行采樣；4)采樣離散數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算所述采樣的非整周期采樣偏差Δ，然后根據(jù)初始采樣頻率fs，計(jì)算被測信號(hào)的當(dāng)前頻率fin；5)根據(jù)被測信號(hào)的當(dāng)前頻率，按預(yù)先設(shè)計(jì)的一個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)n倍頻，重新設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，重復(fù)3)和4)直到非整周期采樣偏差Δ小于一個(gè)規(guī)定的值。上述步驟3)～5)是一個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)過程，類似頻率跟蹤，稱其為“軟件頻率跟蹤”。采用本發(fā)明的“軟件頻率跟蹤”方法，其非整周期采樣偏差Δ可以減小到小于0.01。步驟4)中，傳送給計(jì)算機(jī)的采樣離散數(shù)據(jù)是指在大量原始采樣離散數(shù)據(jù)中，截取的一段包含多個(gè)被測信號(hào)周期的終點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)幅值最接近起點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)幅值的離散數(shù)據(jù)。步驟4)中，計(jì)算非整周期采樣偏差Δ，采用插值方法進(jìn)行；由于周期信號(hào)具有重復(fù)的特征，對(duì)于間隔相等的一系列采樣數(shù)據(jù)，非整周期采樣偏差Δ可以通過中間計(jì)算得到，如果偏差Δ越小，說明越接近整周期采樣，采樣測量的誤差與采樣偏差Δ有直接的關(guān)系。偏差Δ的獲得可以采用以下方法。利用周期起始點(diǎn)附近的特征，例如絕對(duì)值大小、正負(fù)號(hào)、差分等等，在采樣數(shù)據(jù)系列中確定一個(gè)區(qū)間，使其特征與起始點(diǎn)附近的相同。起始點(diǎn)的選擇比較重要，首先可以選取較多的采樣數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)絕對(duì)值的大小確定一個(gè)起始點(diǎn)，一般希望起始點(diǎn)附近有較好的線性和較大的一階差分，當(dāng)用信號(hào)瞬時(shí)值的大小來確定周期終點(diǎn)位置時(shí)，一階差分較大，周期大小的計(jì)算有較好的靈敏度。對(duì)于正弦波電壓和電流信號(hào)，起始點(diǎn)選擇在過零點(diǎn)，即選擇在相位角0°或180°，而不要選擇90°或270°。對(duì)于一些復(fù)雜的信號(hào)，可以采用相關(guān)的方法，判斷的依據(jù)是終點(diǎn)附近的采樣數(shù)據(jù)與起點(diǎn)附近的采樣數(shù)據(jù)的相關(guān)值，最接近起點(diǎn)附近采樣數(shù)據(jù)的自相關(guān)值。假設(shè)采樣周期n+Δ對(duì)應(yīng)于n和n+1之間。具體計(jì)算可以通過插值或曲線擬合等方法進(jìn)行。如果周期終點(diǎn)是在n-1和n之間，那么由上述假設(shè)算出的補(bǔ)數(shù)Δ是負(fù)值。為了敘述方便，上述區(qū)間的選擇，可以假設(shè)為在一個(gè)周期內(nèi)確定周期的準(zhǔn)確值，即已經(jīng)使m＝1。不失一般性，假定周期對(duì)應(yīng)于n+Δ，周期的終點(diǎn)在n和n+l之間。具體的計(jì)算可以通過插值方法進(jìn)行。利用了起始點(diǎn)采樣y0、預(yù)期終點(diǎn)附近的兩采樣yn和yn+l，除了讓y0在yn與yn+l之間插值外，還讓yn+1在y0與yl之間插值，給出的整周期采樣的補(bǔ)數(shù)Δ為：則當(dāng)前被測信號(hào)頻率fin由下式計(jì)算得出：描述采樣的不同情況可以用下式表示：(n+Δ)h＝2πm式中，h是采樣間隔，n是m個(gè)周期內(nèi)的采樣個(gè)數(shù),Δ是非整周期采樣的偏差。采樣間隔h是由采樣頻率決定的，一旦獲得與周期準(zhǔn)確值有關(guān)的非整周期采樣偏差Δ，還可以根據(jù)上式計(jì)算采樣間隔h：h＝2π/(n+Δ)。如圖2所示，是本發(fā)明的寬頻電壓/電流校準(zhǔn)裝置(單通道)結(jié)構(gòu)示意圖。一種采用上述基于軟件頻率跟蹤采樣方法的寬頻電壓校準(zhǔn)裝置，包括寬頻電壓源、寬頻電阻分壓器、采樣數(shù)字電壓表、信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)，寬頻電壓源通過寬頻電阻分壓器連接采樣數(shù)字電壓表，信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接采樣數(shù)字電壓表的外觸發(fā)端口，計(jì)算機(jī)分別連接信號(hào)發(fā)生器、采樣數(shù)字電壓表以及寬頻電壓源；采樣數(shù)字電壓表用于在信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖的控制下對(duì)寬頻電壓源經(jīng)寬頻電阻分壓器分壓輸出的被測周期信號(hào)進(jìn)行非整周期采樣，計(jì)算機(jī)用于根據(jù)采樣數(shù)字電壓表的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出所述采樣的非整周期采樣偏差Δ，進(jìn)而得出當(dāng)前被測信號(hào)的頻率，根據(jù)當(dāng)前被測信號(hào)頻率，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖頻率，直到非整周期采樣偏差Δ小于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，得出交流電壓的幅值。一種基于軟件頻率跟蹤的寬頻電流校準(zhǔn)裝置，包括寬頻電流源、寬頻電阻分流器、采樣數(shù)字電壓表、信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)，所述寬頻電流源通過寬頻電阻分流器連接采樣數(shù)字電壓表，所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端連接采樣數(shù)字電壓表的外觸發(fā)端口，所述計(jì)算機(jī)分別連接信號(hào)發(fā)生器、采樣數(shù)字電壓表以及寬頻電流源；所述采樣數(shù)字電壓表用于在信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖的控制下對(duì)寬頻電流源經(jīng)寬頻電阻分流器分壓輸出的被測周期信號(hào)進(jìn)行非整周期采樣，所述計(jì)算機(jī)用于根據(jù)采樣數(shù)字電壓表的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出所述采樣的整周期采樣補(bǔ)數(shù)△，進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前被測信號(hào)的頻率，根據(jù)當(dāng)前被測信號(hào)頻率，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖頻率，直到非整周期采樣偏差Δ小于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，得出交流電流的幅值。如圖3所示，是本發(fā)明的寬頻功率/相位校準(zhǔn)裝置(雙通道)結(jié)構(gòu)示意圖。一種采用上述基于軟件頻率跟蹤采樣方法的寬頻功率/相位校準(zhǔn)裝置，包括寬頻功率源、寬頻電阻分壓器、寬頻電阻分流器、兩臺(tái)采樣數(shù)字電壓表、信號(hào)發(fā)生器和計(jì)算機(jī)，所述寬頻功率源通過寬頻電阻分壓器連接第一采樣數(shù)字電壓表，所述寬頻功率源還通過寬頻電阻分流器連接第二采樣數(shù)字電壓表，所述信號(hào)發(fā)生器的輸出端同時(shí)連接第一采樣數(shù)字電壓表和第二采樣數(shù)字電壓表的外觸發(fā)端口，所述計(jì)算機(jī)分別連接信號(hào)發(fā)生器、兩臺(tái)采樣數(shù)字電壓表以及寬頻功率源；所述第一采樣數(shù)字電壓表和第二采樣數(shù)字電壓表用于在信號(hào)發(fā)生器輸出的同一采樣觸發(fā)脈沖的控制下，分別對(duì)寬頻功率源經(jīng)寬頻電阻分壓器分壓輸出的電壓信號(hào)以及經(jīng)寬頻電阻分流器分流輸出的電流信號(hào)進(jìn)行非整周期采樣，所述計(jì)算機(jī)用于根據(jù)采樣數(shù)字電壓表的采樣數(shù)據(jù)計(jì)算出所述采樣的非整周期采樣偏差△，進(jìn)而得出當(dāng)前被測信號(hào)的頻率，根據(jù)當(dāng)前被測信號(hào)頻率，調(diào)整信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖頻率，直到非整周期采樣偏差△小于規(guī)定值時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，得出有功功率值和電壓電流間相位值。所述信號(hào)發(fā)生器輸出的采樣觸發(fā)脈沖信號(hào)包括首先輸出的一個(gè)小幅值的偽觸發(fā)信號(hào)，所述偽觸發(fā)信號(hào)的幅值小于控制采樣數(shù)字電壓表進(jìn)行采樣的采樣觸發(fā)脈沖信號(hào)的幅值，經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)，輸出較大幅值的所述采樣觸發(fā)脈沖信號(hào)。因?yàn)樵诓蓸有盘?hào)輸出的過程中，輸出信號(hào)受信號(hào)發(fā)生器輸出開關(guān)繼電器的影響，輸出的第一個(gè)采樣信號(hào)不是純的方波信號(hào)，存在過沖、震蕩、尖峰和毛刺，由于兩臺(tái)數(shù)字電壓表不可能完全一致，對(duì)受干擾信號(hào)方波反應(yīng)不一致導(dǎo)致，在尖峰和毛刺點(diǎn)，一臺(tái)觸發(fā)、另一臺(tái)不觸發(fā)，出現(xiàn)兩臺(tái)采樣數(shù)字電壓表采樣步調(diào)不一致，導(dǎo)致出項(xiàng)粗大誤差，且不可控。解決粗大誤差，可以采用數(shù)據(jù)處理的方法解決。但發(fā)明為了解決該問題，避開第一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，在觸發(fā)時(shí)機(jī)上想出了好方法。具體通過延時(shí)和觸發(fā)信號(hào)幅度控制技術(shù)解決了第一個(gè)采樣信號(hào)源輸出觸發(fā)信號(hào)受干擾問題。具體方法是在程序的控制下輸出先輸出一個(gè)小幅值的偽觸發(fā)信號(hào)，使輸出開關(guān)繼電器閉合，該信號(hào)小于采樣數(shù)字電壓表觸發(fā)信號(hào)的幅度，數(shù)字電壓表不采樣。通過一定時(shí)間的延時(shí)，信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)質(zhì)量較好，然后在軟件的控制下，輸出較大幅值的正式觸發(fā)信號(hào)，數(shù)字電壓表開始采樣。通過該項(xiàng)技術(shù)較好解決了兩路電壓(電流)信號(hào)采樣不同步產(chǎn)生粗大測量誤差的問題。本發(fā)明實(shí)施例的裝置中，所述信號(hào)發(fā)生器采用Agilent公司的33522A型信號(hào)發(fā)生器，所述寬頻電壓源(寬頻電流源)采用Fluke公司的5720A型多功能標(biāo)準(zhǔn)源，寬頻電阻分流器采用Fluke公司的A40B型寬頻交流分流器，寬頻電阻分壓器采用自主研發(fā)的寬頻電阻分壓器。圖2的裝置工作過程如下：1)寬頻電壓源(寬頻電流源)輸出的電壓(電流)信號(hào)經(jīng)過寬頻電阻分壓器(寬頻電流分流器)的信號(hào)接入到采樣數(shù)字電壓表。2)根據(jù)電壓源(寬頻電流源)頻率設(shè)置值，按預(yù)先設(shè)計(jì)好的倍頻系數(shù)(每周期采樣點(diǎn)數(shù))倍頻，計(jì)算同步采樣初始頻率。3)按計(jì)算的采樣初始頻率設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率。4)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的輸出，采樣數(shù)字電壓表設(shè)置為外部觸發(fā)，數(shù)字電壓表在外部觸發(fā)脈沖的控制下進(jìn)行采樣。5)采樣離散數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)后，根據(jù)周期信號(hào)具有重復(fù)特征，計(jì)算非整周期采樣偏差Δ和一個(gè)周期信號(hào)的采樣點(diǎn)。然后根據(jù)采樣頻率fs，計(jì)算采樣間隔h，按下式計(jì)算被測信號(hào)當(dāng)前頻率。6)重新設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，重復(fù)4)和5)直到非整周期采樣偏差△小于一個(gè)規(guī)定的值。7)采用準(zhǔn)整周期采樣下諧波分析的補(bǔ)償算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，得出交流電壓(電流)的幅值。圖3的裝置工作過程如下：1)寬頻功率源輸出的電壓信號(hào)和電流信號(hào)經(jīng)過寬頻電阻分壓器和寬頻電流分壓器分壓和分流后的信號(hào)分別輸入到兩臺(tái)采樣數(shù)字電壓表。2)根據(jù)功率源頻率設(shè)置值或頻率測量值，按預(yù)先設(shè)計(jì)好的倍頻系數(shù)(每周期采樣點(diǎn)數(shù))倍頻，計(jì)算同步采樣初始頻率。3)按計(jì)算的采樣初始頻率設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率。4)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器的輸出，兩臺(tái)采樣數(shù)字電壓表設(shè)置為外部觸發(fā)，數(shù)字電壓表在外部觸發(fā)脈沖的控制下同時(shí)進(jìn)行采樣。5)采樣離散數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)后，根據(jù)周期信號(hào)具有重復(fù)特征，計(jì)算非整周期采樣偏差△和一個(gè)周期信號(hào)的采樣點(diǎn)。然后根據(jù)采樣頻率f，計(jì)算采樣間隔h，按下式計(jì)算被測信號(hào)當(dāng)前頻率。6)重新設(shè)置信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，重復(fù)4)和5)直到非整周期采樣偏差△小于一個(gè)規(guī)定的值。7)采用準(zhǔn)整周期采樣下諧波分析的補(bǔ)償算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，得出有功功率值和電壓電流間相位值。步驟7)中，對(duì)于含有諧波的交流信號(hào)，假設(shè)其數(shù)學(xué)模型為：其中，ω為角頻率，T為信號(hào)的周期，K為諧波的次數(shù)，a0為直流分量，為第k次諧波的幅值，arctan(ak/bk)為第k次諧波的相位。利用采樣間隔為Ts(采樣頻率為fs＝1/Ts)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)y(t)進(jìn)行采樣，可得離散信號(hào)：采用一定的數(shù)字信號(hào)處理算法對(duì)上述離散信號(hào)進(jìn)行分析，便可得到各次諧波的頻率、幅值和相位等參數(shù)。對(duì)于式(1)中的時(shí)域連續(xù)信號(hào)，根據(jù)三角函數(shù)的正交性以及傅立葉變換原理，可知直流分量以及第n次諧波的參數(shù)如下：若數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)做到了整周期采樣，即NTs＝MT，那么根據(jù)三角函數(shù)的正交性以及傅立葉變換原理，同樣有采用本發(fā)明所述的非整周期采樣方法，所述的非整周期采樣偏差達(dá)到|Δ|<1，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)整周期采樣。在準(zhǔn)整周期采樣條件下，NTs＝MT+Δ。仍采用傅立葉變換原理分析諧波，那么若令那么式(10)可以寫成同理，第n次諧波的參數(shù)可描述如下：重寫式(11)～(13)如下：假設(shè)由被測信號(hào)直流分量、各次諧波分量的真值組成的矢量為：A＝(a0,a1,a2,…,aK,b1,b2,…,bK)T(15)非整周期采樣條件下，利用傅立葉變換原理得到的直流分量、各次諧波分量的估計(jì)值組成的矢量為令則根據(jù)式(14)，可得顯然，在非整周期采樣條件下若已知和F，那么被測信號(hào)的直流分量、諧波分量可通過下式補(bǔ)償(2K+1)×(2K+1)維矩陣F又可寫成如下形式其中，F(xiàn)11＝1F12＝(F21)T＝(β1,β2,…,βK)F13＝(F31)T＝(α1,α2,…,αK)應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說明書和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。