本發(fā)明涉及信號(hào)測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種多路抬高電平單極性正交方波調(diào)制信號(hào)單路同步采集裝置。

背景技術(shù)：

電壓信號(hào)等載有信息的變化量，在其自然狀態(tài)下是以模擬形式表示的，但是，為了便于計(jì)算機(jī)處理，傳輸和儲(chǔ)存，通常要通過(guò)ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)將其轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，因此在信號(hào)處理中，模數(shù)轉(zhuǎn)換是必不可少的。

現(xiàn)有的多路信號(hào)采集系統(tǒng)中，通常需采用多片ADC或多路模擬開(kāi)關(guān)搭配單片ADC的方案，前者具有電路復(fù)雜，系統(tǒng)功耗高及電路尺寸大的缺點(diǎn)；而后者則會(huì)在采集過(guò)程中，由于多路開(kāi)關(guān)的切換，引入開(kāi)關(guān)噪聲，以及由于多路開(kāi)關(guān)存在建立時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致相鄰?fù)ǖ佬盘?hào)之間相互干擾。

為了提高信號(hào)的采集質(zhì)量，現(xiàn)有技術(shù)中的公告號(hào)為CN 104811200 A，公告日為2015年7月29的專(zhuān)利申請(qǐng)利用單極性正交方波作為激勵(lì)信號(hào)來(lái)提高信號(hào)采集的質(zhì)量。

由于現(xiàn)有的采集裝置無(wú)一例外地均采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器在靠近輸入極限(最大或最小幅值)時(shí)存在顯著的非線性，特別是輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)電平越低，得到的數(shù)字轉(zhuǎn)換結(jié)果的不確定度越大。

因此，采用單極性正交方波作為激勵(lì)信號(hào)時(shí)，在單極性正交方波的低電平部分得到的數(shù)字信號(hào)的信噪比就很低，從而影響了信號(hào)的采集精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種多路抬高電平單極性正交方波調(diào)制信號(hào)單路同步采集裝置，本發(fā)明通過(guò)抬高預(yù)設(shè)電平的單極性正交方波調(diào)制信號(hào)、以及單路ADC實(shí)現(xiàn)對(duì)多路信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，并得到更高的精度，詳見(jiàn)下文描述：

一種多路抬高電平單極性正交方波調(diào)制信號(hào)單路同步采集裝置，所述單路同步采集裝置包括：微處理器，所述單路同步采集裝置還包括：至少2路開(kāi)關(guān)電路、加法運(yùn)算電路和單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器；

所述微處理器輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的單極性正交方波；

抬高預(yù)設(shè)電平的單極性正交方波控制至少2路開(kāi)關(guān)電路的通斷，至少2路被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電路，所述開(kāi)關(guān)電路由模擬開(kāi)關(guān)和電阻組成，所述開(kāi)關(guān)電路實(shí)現(xiàn)了斬波調(diào)幅；調(diào)幅后的不同頻率的信號(hào)經(jīng)所述加法運(yùn)算電路相加后，由所述單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字信號(hào)；

作為驅(qū)動(dòng)的單極性正交方波信號(hào)由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在單極性正交方波信號(hào)的低電平部分，單極性正交方波信號(hào)相較于噪聲改善明顯，從而提高了在單極性正交方波信號(hào)低電平段，單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字信號(hào)的信噪比，進(jìn)而提高了輸入到微處理器中的數(shù)字信號(hào)的精度；

所述微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，解調(diào)出各個(gè)被測(cè)信號(hào)。

其中，所述作為驅(qū)動(dòng)的單極性信號(hào)由于抬高了預(yù)設(shè)電平，在單極性正交方波信號(hào)的高電平部分，提高了單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字信號(hào)的信噪比。

其中，所述加法運(yùn)算電路疊加一個(gè)預(yù)設(shè)直流電壓。

其中，所述微處理器采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。

其中，

混合信號(hào)由單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入微處理器；

以4種頻率抬高預(yù)設(shè)電平的單極性正交方波驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路、采集4路被測(cè)信號(hào)進(jìn)行說(shuō)明：

所述微處理器輸出控制開(kāi)關(guān)電路的正交方波信號(hào)頻率分別為2倍f、2倍f、1倍f、1倍f，其中同頻率方波的相位相差90°，單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率為f_s，且f_s＝8f，并保證在最高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高、低電平中間采樣；

采樣頻率f_S遠(yuǎn)高于被測(cè)信號(hào)的變化頻率，在最低驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的一個(gè)周期各路正交方波信號(hào)幅值不變，以順序每8個(gè)數(shù)字信號(hào)為一組進(jìn)行運(yùn)算，求得被測(cè)信號(hào)4倍的信號(hào)幅值。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明采用不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的單極性正交方波控制2路開(kāi)關(guān)電路的通斷；調(diào)幅后的不同頻率的信號(hào)經(jīng)加法運(yùn)算電路相加，以及加上一個(gè)預(yù)設(shè)直流電平后，經(jīng)單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到較高信噪比的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而提高了輸入到微處理器中的數(shù)字信號(hào)的精度，相較于背景技術(shù)中的公告號(hào)為CN 104811200A，公告日為2015年7月29的專(zhuān)利申請(qǐng)，本發(fā)明顯著地提高了在單極性正交方波信號(hào)低電平段的數(shù)字信號(hào)的信噪比，從而提高了信號(hào)采集的精度，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的多種需要。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明提供的一種多路抬高電平單極性正交方波調(diào)制信號(hào)單路同步采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的抬高預(yù)設(shè)電平的單極性正交方波的示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的一種多路抬高電平單極性正交方波調(diào)制信號(hào)的單路同步采集裝置的軟件的流程圖。

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1：開(kāi)關(guān)電路； 2：加法運(yùn)算電路；

3：?jiǎn)温纺?shù)轉(zhuǎn)換器； 4：微處理器。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

一種多路抬高電平單極性正交方波調(diào)制信號(hào)單路同步采集裝置，參見(jiàn)圖1，該單路同步采集裝置包括：至少2路開(kāi)關(guān)電路1、加法運(yùn)算電路2、單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器3和微處理器4，

微處理器4輸出不同頻率且成2倍比率關(guān)系的抬高預(yù)設(shè)電平的單極性正交方波，單極性正交方波控制至少2路開(kāi)關(guān)電路1的通斷，N(N>＝2)路被測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電路1(該開(kāi)關(guān)電路1由電阻和模擬開(kāi)關(guān)組成)，開(kāi)關(guān)電路1用于實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)幅。調(diào)幅后的不同頻率的信號(hào)經(jīng)加法運(yùn)算電路2相加，以及加上一個(gè)預(yù)設(shè)直流電平后，由單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字信號(hào)。微處理器4對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，解調(diào)出各個(gè)被測(cè)信號(hào)。

其中，開(kāi)關(guān)電路2的數(shù)量大于等于2。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，開(kāi)關(guān)電路2的數(shù)量及具體實(shí)現(xiàn)形式根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的需要進(jìn)行設(shè)定，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)此不做限制。微處理器1可以采用MCU、ARM、DSP或FPGA中的任意一種。

其中，由于添加了一個(gè)預(yù)設(shè)直流電平，在單極性正交方波信號(hào)的低電平部分，使得經(jīng)單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到較高信噪比的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而提高了輸入到微處理器4中的數(shù)字信號(hào)的精度。

另外，由于抬高預(yù)設(shè)電平，噪聲水平?jīng)]有變化，在單極性正交方波信號(hào)的高電平部分，單極性正交方波信號(hào)相較于噪聲也有一定的改善，提高了在單極性正交方波信號(hào)高電平段的信號(hào)的信噪比。

進(jìn)而，由于單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到較高信噪比的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而提高了輸入到微處理器4中的數(shù)字信號(hào)的精度。

綜上所述，由于本發(fā)明實(shí)施例相對(duì)于背景技術(shù)中的申請(qǐng)文件，顯著地提高了在單極性正交方波信號(hào)低電平段的光電信號(hào)的信噪比，從而提高了信號(hào)采集的精度，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的多種需要。

實(shí)施例2

一種多路抬高電平單極性正交方波調(diào)制信號(hào)單路同步采集裝置的軟件方法，參見(jiàn)圖2和圖3，該方法包括以下步驟：

101：混合信號(hào)由單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器3轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入微處理器1；

102：微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，解調(diào)出各個(gè)被測(cè)信號(hào)。

為簡(jiǎn)便說(shuō)明起見(jiàn)以4種頻率的抬高預(yù)設(shè)電平的單極性正交方波驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路2、采集4路被測(cè)信號(hào)為例進(jìn)行說(shuō)明，假定被測(cè)信號(hào)V₁、V₂、V₃和V₄對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)電路1的驅(qū)動(dòng)抬高預(yù)設(shè)電平的單極性正交方波頻率分別為2f、2f、f、f，且V₁、V₂對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)方波相位相差90°，V₃、V₄對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)方波相位相差90°。。

假定單路模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的采樣頻率為f_S，且f_S＝8f，并保證在V₁信號(hào)高、低電平中間采樣。

數(shù)字信號(hào)序列可以表示為：

其中，和分別為采集信號(hào)V₁、V₂、V₃和V₄幅值，為直流分量幅值。

假定采樣頻率f_S遠(yuǎn)高于被測(cè)信號(hào)的變化頻率，在最低驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的一個(gè)周期可以近似認(rèn)為各路正交方波信號(hào)幅值不變，以最前8個(gè)采樣數(shù)據(jù)為例：

其中，和分別為V₁、V₂、V₃和V₄和直流分量的幅值。

換言之，以順序每8個(gè)數(shù)字信號(hào)為一組進(jìn)行運(yùn)算：

即得到4倍的V₁信號(hào)幅值而且完全消除了直流分量的影響。

即得到4倍的V₂信號(hào)幅值而且完全消除了直流分量的影響。

即得到4倍的V₃信號(hào)幅值而且完全消除了直流分量的影響。

即得到4倍的V₄信號(hào)幅值而且完全消除了直流分量的影響。

本發(fā)明實(shí)施例對(duì)各器件的型號(hào)除做特殊說(shuō)明的以外，其他器件的型號(hào)不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

綜上所述，由于本發(fā)明實(shí)施例相對(duì)于背景技術(shù)中的申請(qǐng)文件，顯著地提高了在單極性正交方波信號(hào)低電平段的光電信號(hào)的信噪比，從而提高了信號(hào)采集的精度，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的多種需要。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。