50Hz正弦波精确幅度测量

信息处理 振幅
2022-02-07 23:37:12

我有一个以 4kHz 采样的 50Hz 正弦波(电源电压除以 ADC 的满量程电压),其中没有太多噪声。我想精确测量正弦波的峰峰值电压。我的第一个猜测是找到正弦的最大值和最小值,并从中平均 Vpp。我的第二种方法是计算 FFT 并从 50Hz 峰值中获取幅度。不幸的是,这两种方法都不够精确。
我的问题是:进行这个简单计算的最佳方法是什么?
编辑:我的精度应该是~0.1%,这两种方法在估计正弦的 Vpp 时达到了 2%。

4个回答

如果您有足够的样本用于 FFT 而不是 FFT,请尝试对纯正弦曲线的 3 个参数(频率、相位、幅度)与该样本集进行最小二乘拟合。

如果频率和幅度稳定,我建议您使用最小二乘拟合算法。

基本上等式是y=Acos(ωt)+Bsin(ωt)+C

如果频率是固定的并且已知,您只需创建D矩阵并求解它。在您的情况下,您正在测量电网电压。如果您愿意的话,如果网格是坚固的或刚性的,您可以考虑固定频率。但是,如果网格较弱,则频率可能会发生变化,并且此技术可能不准确。

D=(cos(ωt1)sin(ωt1)1 cos(ωt2)sin(ωt2)1  cos(ωtn)sin(ωtn)1)

如果频率是固定的但未知,您仍然可以使用最小二乘技术。但是,矩阵将为4 xn,您可能需要迭代多次才能找到最佳频率估计值。https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.35.3486&rep=rep1&type=pdf

这是一种选择:

  1. 运行 PLL(锁相环)以精确跟踪频率。
  2. 通过在本地振荡器和您的信号之间运行最小二乘误差拟合来确定幅度。

另一种选择是运行一个非常窄的带通滤波器,然后是一个 RMS 检测器。

首先,定义“精确”。精度和准确度始终是与成本的权衡。特别是,看看你的分压器:电阻器的容差是多少?10%?1%?分频器是否校准,如果校准,精度如何?

如果所有这些都很好,那么即使 ADC 在模拟路径中的分辨率很低,也可以采取一些措施来提高精度。可以对信号进行全波或半波整流并获得另一位(但请记住,整流二极管上有电压降)。然后,如果需要极高的精度,可以减去 DC 偏移,使信号进入 ADC 的可用范围。同样,需要昂贵的运算放大器和校准。

在数字化路径中,其他发帖人已经建议进行最小二乘拟合。我可能会专门针对峰值附近的几个样本进行此操作。FFT 也是一种很好的方法,但我会选择一个采样率和块大小,以使 bin 精确到 50 Hz;计算速度更快的是 Goertzel 滤波器(有效计算 DFT 的单个 bin,https://en.wikipedia.org/wiki/Goertzel_algorithm)。