CN104375435A - 一种信号采样***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于信号采样领域，提供了一种信号采样方法和***，该***包括：多个不同量程的、用于将被采集信号转化为所对应的模拟电信号的传感器、与所述传感器的量程对应的多个采样电路、以及用于根据所述采集信号值的大小选择输对应量程的传感器作为采样输出的控制器，其中：所述多个传感器的输入端检测被采集信号；所述传感器的输出端与所述采样电路的输入端相连，且所述采样电路的采样频率与所述传感器的量程相对应；所述采样电路的输出端与所述控制器相连。本发明能够适应不同大小的被采集信号的同时，根据不同大小的被采集信号，采用对应的传感器以及采样频率，从而能够获得精确度更高的测量值。

Description

一种信号采样***和方法

技术领域

本发明属于信号采样领域，尤其涉及一种信号采样***和方法。

背景技术

在光伏并网逆变器对交流输出电流控制或者其它对输出电流的控制的情况下，需要对输出的电流值进行采集，将所采集的电流值作为电流控制的反馈信号，电流控制器或者电流调整电路根据所采集的电流反馈信号，相应的调整输出电流的大小。

目前对电流值的采集，通常采用电流传感器采集电流值大小对应的感应信号，通过AD采样电路对所述感应信号进行采样，得到采样后的电流值。将所述采样后的电流值通过处理器比较后，发送相应的控制指令，实现对输出电流信号的调节。

由于受到环境或者其它干扰因素的影响，输出的电流值和其它被采集信号的大小会发生变化，而且传感器本身的量程的限制，使得测量的被采集信号值可能出现较大的误差。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种信号采样***和方法，以解决现有技术因被采集信号的大小发生变化时，传感器本身的量程的限制，使得被采集信号出现误差的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种信号采样***，所述***包括多个不同量程的、用于将被采集信号转化为所对应的模拟电信号的传感器、与所述传感器的量程对应的多个采样电路、以及用于根据所述采集信号值的大小选择输对应量程的传感器作为采样输出的控制器，其中：

所述多个传感器的输入端检测被采集信号；

所述传感器的输出端与所述采样电路的输入端相连，且所述采样电路的采样频率与所述传感器的量程相对应；

所述采样电路的输出端与所述控制器相连。

本发明实施例的另一目的在于提供一种信号采样方法，所述信号采样方法基于上述的信号采样***，所述方法包括：

获取被采集信号的信号值所属的传感器的量程范围；

根据被采集信号的信号值所属的传感器的量程范围，查找该量程范围所对应的传感器；

根据所查找的传感器对应的采样频率，采样得到被采集信号对应的值。

在本发明中，通过设置多个传感器采集被测量信号，由不同的传感器可同时采集被测量信号，控制器根据被采集信号的大小，选择对应量程的传感器，并且通过相应的采样频率采样得到被采集信号对应的值。和现有技术相比，本发明能够根据大小不同的被采集信号，采用对应的传感器以及采样频率，从而能够适应大小不同的被采集信号的同时，也能够提高被采集信号的测量精确度。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的信号采样***的结构框图；

图2是本发明第二实施例提供的通过回差切换区间控制传感器切换的示意图；

图3是本发明第三实施例提供的信号采样方法的实现流程图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例可应用于通过传感器对各种变化的信号进行采集场合，如对于光伏交网逆变器中的交流输出电流的采集，或者其它输出的信号值会产生波动的电压、温度、压强、湿度等等。本发明可以克服现有技术中通过传感器测量信号时，由于传感器本身量程的限制，不能测量得到变化的信号所对应的准确测量值的问题。下面通过实施例进一步说明。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的信号采样***的结构框图，详述如下：

在本发明实施例中所述的信号采样***，包括多个不同量程的、用于将被采集信号转化为所对应的模拟电信号的传感器101、与所述传感器的量程对应的多个采样电路102、以及用于根据所述采集信号值的大小选择输对应量程的传感器作为采样输出的控制器103，其中：

所述多个传感器101的输入端检测被采集信号；

所述传感器101的输出端与所述采样电路102的输入端相连，且所述采样电路102的采样频率与所述传感器101的量程相对应；

所述采样电路102的输出端与所述控制器103相连。

具体的，为区别于各种不同的传感器的结构区别，在本发明实施例以及后续的实施例中，所述传感器101为将被测量信号转化为模拟电信号的转换部件，包括但不局限于电流传感器、电压传感器、光敏传感器、压敏传感器、位移传感器、速度传感器或者温度传感器中一种或者多种。

其中，电流传感器依据测量原理不同，主要可分为：分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等。电子式电流互感器包括霍尔电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器以及专用于变频电量测量的变频功率传感器等。

本发明实施例中所述传感器的量程，也即传感器的测量范围，是指传感器对于被采集信号的采集范围，一般情况下，不同的传感器所对应的量程可以不相同，如对于传感器A的量程为[a,b]，传感器B所对应的量程为[b,c]，传感器C所对应的量程为[c,d]，因此，可使用传感器A、B和C来测量输入区间为[a,d]的被采集信号。当然，上述传感器A、B和C的量程也可以包括更多交集，可以取交集中的一个值作为两个传感器量程的边界值。在选择传感器时，直接通过被采集信号的值所属的量程区间即可查找到对应的传感器。

另外，所述传感器的量程也可以为从零开始的范围。那么，此时选择传感器的依据为，传感器的量程的最大值大于被采集的信号，且离所述被采集信号值最近的传感器。

本发明实施例中所述采样电路，用于将传感器采集的模拟信号转化为数字信号，其一般接收一个模拟信号输入，通过一个控制信号输入，得到一个模拟信号输出。该电路的作用是在某个规定的时刻接收输入电压，并在输出端保持该电压直至下次采样开始为止。采样电路通常有一个模拟开关，一个保持电容和一个单位增益为1的同相电路构成。

本发明实施例所述采样电路，可以为模拟的采样电路，也可以为集成的采样芯片。在使用集成的采样芯片时，可以方便的通过控制引脚控制采样的频率，从而便于区分在不同的被采集信号下，控制采样电路的采样频率，以使其与传感器量程相对应。

本发明实施例中所述的采样电路的采样频率与所述传感器的量程相对应，可以理解为所述采样电路的采样频率随着所述传感器的量程的增大而增大，随着所述传感器的量程的减小而减小。

比如，对于量程为1A的电流传感器，在采集电流信号并输出电压信号时，其输出的电压信号范围为0至2.5伏，假设采样电路的采样输入范围为5伏，且其对应的采样频率为10位AD采样，那么，通过AD采样得到的数值范围为0-1024，而且每个数值代表的被测量电流值的大小、也即分辨率为5/2.5/1204安，也即2/1024安。假设该分辨率符合采样要求，那么，对于量程为10A的电流传感器，假设在采集电流信号并输出电压信号仍为2.5V，那么，对应输入采样电压范围仍为5伏，那么对应的采样分辨率可以设置为14位，那么AD采样得到的数值范围为0-4096，每个数值代表被测量电流值大小、也即分辨为5/(2.5/10)/16384＝1.25/1024安，因此，其分辨率也应满足采样的要求。

故，本发明通过对传感器的量程的大小相应的选择采样频率的大小，可以实现保证测量精度的要求。

另外，作为本发明一优化的实施方式，可以通过设置所述采样电路的采样频率与所述传感器的量程成正比。具体为，当所述传感器的量程变化时，根据所述量程与所述采样位数得到的最大采样值的比值，如传感器当前量程为1安培，对应的采样位数得到的最大采样值为1024，那么其比值为1/1024，那么当电流为2安培时，对应的采样位数的最大采样值为2048，也即11位采样。当然，当所述最大采样值对应的位数不为整数时，可以取该不为整数的位数最近的，且大于所述位数的整数作为对应的位数。

另外，为进一步提高采集的精度，所述传感器的输出信号的范围与所述采样信号的输入电压相同。从而更好的保证输出的电压可以完全采样。

本发明实施例中所述控制器，可以为多种数据处理控制芯片，包括但不限于DSP(英文全称为digital signal processor，中文全称为数字信号处理器)，FPGA(英文全称为Field－Programmable Gate Array，中文全称为现场可编程门阵列)、以及单片机等，

另外，作为本发明可能的实施方式，所述采样电路可以集成于所述控制器中，通过控制器完成对模拟电信号的采样。

本发明实施例中所述控制器，用于根据被采集信号作为选择依据，选用相应量程的传感器所采集的信号值作为采样信号值。其中，所述控制器得到的作为选择依据的被采集信号，可以通过多个传感器中的任意一个可以采集得到采集值的传感器得到，也可以另外设置一个量程较大的传感器得到，由于该作为选择依据的被采集信号值，可以对其精度要求不高，因此，大量程的传感器可以满足其选择的要求。

本发明实施例中，所述多个传感器的输入端检测被采集的信号，是指传感器设置于被采集信号所在的环境，如对于霍尔式的电流传感器，则将传感器设置于被采集的电流信号周围，对于温度、湿度等传感器，则将传感器置被采集环境中，并且多个传感器并联，使得传感器所转换的信号相同。

所述传感器的输出端与所述采样电路的输入端相连，是指多个传感器分别连接多个采样电路，且所述采样电路的采样频率与所述传感器的量程对应。关于对应关系已在上面描述，在此不作重复赘述。

所述采样电路的输出端与所述控制器相连，即采样电路的采样输出信号与控制器相连，所述控制器可以从多个采样电路的输出信号中选择精度最高的采样输出信号，当然，不局限于此，本发明所述控制器还可以与所述采样电路的采样频率控制引脚相连，以设置所述采样电路的频率；所述控制器还可以与传感器的开关相连，通过控制传感器的开关，将明显不符合采集要求的传感器关闭，以节省***能耗。

另外，作为本发明实施例又一优化的实施方式，在不同的电流传感器的量程边界处设置有回差切换区间，所述控制器根据所述回差切换区间得到被采样信号在不同量程内切换时的采样值。以两个传感器示意说明如下，如图2所示，传感器1的量程范围为0-1安培，传感器2的量程为0-5安培，假设设置的回差切换区间为电流传感器边界值的正负0.05安培，那么当实际电流由小变大时，在电流大于1.05安培时，从传感器1切换到传感器2，当电流由大变小，在电流小于0.95安培时，从传感器2切换到传感器1。从而可以有效的防止因采样误差引起电流震荡。

本发明实施例通过设置多个传感器和多个与传感器量程匹配的采样频率的采样电路，通过被采集信号的大小确定使用特定量程的传感器，并且通过与该量程匹配的采样频率，得到精确度更高的采样信号。另外，通过在传感器的边界值处设置回差切换区间，可以有效的防止因采样误差引起的电流震荡。

实施例二：

图3示出了本发明第二实施例提供的信号采样方法的实现流程，详述如下：

本发明实施例中所述信号采样方法，其于实施例一中所述信号采样***，所述方法包括：

在步骤S301中，获取被采集信号的信号值所属的传感器的量程范围。

具体的，所述获取被采集信号的信号值所属的传感器的量程范围，其中的量程范围可以为分开量程区间，如对于量程为[A,B]和[B,C]的两个传感器，其量程区间可以直接用于被采集信号所属量程范围的查找，当两个传感器的量程分别为[0,A]和[0,B]且A>B时，则可以划分为[0,A]，[A,B]两个区间。

同样，本发明实施例中对所述传感器可以为电流传感器、电压传感器、光敏传感器、压敏传感器、位移传感器、速度传感器或者温度传感器中一种或者多种。

在步骤S302中，根据被采集信号的信号值所属的传感器的量程范围，查找该量程范围所对应的传感器。

在步骤S301对传感器的量程进行划分后，可以通过比较查找法，直接查找到被采集信号所属的量程范围。从而查找到该量程范围对应的传感器。

在步骤S303中，根据所查找的传感器对应的采样频率，采样得到被采集信号对应的值。

其中，所述传感器对应的采集频率，可以为所述采样电路的采样频率随着所述传感器的量程的增大而增大，随着所述传感器的量程的减小而减小。当然也可以所述采样电路的采样频率与所述传感器的量程成正比。

作为本发明实施例进一步优化的实施方式，在不同的电流传感器的量程边界处设置有回差切换区间，所述控制器根据所述回差切换区间得到被采样信号在不同量程内切换时的采样值。

本发明实施例中信号采样方法与实施例1中所述采样装置的相应的功能部件，其具体实现方式相同，在此不作重复赘述。

另外，作为本发明的一种优化实施场景，在对光伏交网逆变器的输出电流控制中，对所述输出电流采用本发明所述信号采样方法和采样装置，可以使得采样分辨率提高，从而能够有效的保证市电输出的功率因数，而且在交流电输出的直流成分非常小，在毫安级时，采样误差的减小，能够使得控制器，如DSP对直流分量的控制精度增高，使得输出的直流分量变小，通过提高闭环控制的精度，可以有效的控制输出电流的谐波。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信号采样***，其特征在于，所述***包括多个不同量程的、用于将被采集信号转化为所对应的模拟电信号的传感器、与所述传感器的量程对应的多个采样电路、以及用于根据所述采集信号值的大小选择输对应量程的传感器作为采样输出的控制器，其中：

所述多个传感器的输入端检测被采集信号；

所述传感器的输出端与所述采样电路的输入端相连，且所述采样电路的采样频率与所述传感器的量程相对应；

所述采样电路的输出端与所述控制器相连。

2.根据权利要求1所述***，其特征在于，所述采样电路的采样频率与所述传感器的量程相对应具体为：

所述采样电路的采样频率随着所述传感器的量程的增大而增大，随着所述传感器的量程的减小而减小。

3.根据权利要求1或2所述***，其特征在于，所述采样电路的采样频率与所述传感器的量程成正比。

4.根据权利要求1所述***，其特征在于，在不同的电流传感器的量程边界处设置有回差切换区间，所述控制器根据所述回差切换区间得到被采样信号在不同量程内切换时的采样值。

5.根据权利要求1所述***，其特征在于，所述传感器为电流传感器、电压传感器、光敏传感器、压敏传感器、位移传感器、速度传感器或者温度传感器。

6.一种信号采样方法，其特征在于，所述信号采样方法基于权利要求1所述的信号采样***，所述方法包括：

获取被采集信号的信号值所属的传感器的量程范围；

根据被采集信号的信号值所属的传感器的量程范围，查找该量程范围所对应的传感器；

根据所查找的传感器对应的采样频率，采样得到被采集信号对应的值。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述传感器通道对应的采样频率具体为：

所述采样电路的采样频率随着所述传感器的量程的增大而增大，随着所述传感器的量程的减小而减小。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述采样电路的采样频率与所述传感器的量程成正比。

9.根据权利要求6所述方法，其特征在于，在不同的电流传感器的量程边界处设置有回差切换区间，所述控制器根据所述回差切换区间得到被采样信号在不同量程内切换时的采样值。

10.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述传感器为电流传感器、电压传感器、光敏传感器、压敏传感器、位移传感器、速度传感器或者温度传感器。