一种交流信号有效值的测量方法

技术领域

本发明涉及一种针对电气火灾监控器采用的交流信号有效值测量方法，属于信号处理技术领域。

背景技术

电气火灾监控器是一个多功能的可靠的测控装置，可实现传统的空气开关、漏电开关功能的智能化产品。在安全用电、防火、防灾等领域有十分重要的作用，特别适用于学校、商厦、工厂车间、集贸市场、工矿企业、国家重点消防单位、智能大厦与小区，石油化工、电信及国防等部门用电的安全保护。

剩余电流式电气火灾监控探测器（简称火灾监控探测器）是电气火灾监控器最常见的一种。剩余电流式电气火灾监控探测器采集交流电线路剩余电流时，主要采用通过剩余电流互感器采集交流线路的电流信号，再由嵌入式系统采集、计算此信号，给出对应的电流值。而由于信号频率可能在一定的范围内波动且线路中可能存在用电设备的干扰信号或控制器本身受到的信号干扰，因此使计算出的结果误差较大。

为了获得交流信号的有效值，现有技术通常采用的方法为：先进行信号采样，然后计算出频率，最后计算出有效值，如专利CN112147407A公开的《一种不受频率变化影响的快速模拟量有效值计算方法和系统》，其采用了以下步骤：S1：在继电保护装置中对模拟量进行等间隔采样；S2：根据当前点的采样值，计算模拟量的频率；S3：判断模拟量的频率是否满足频率阈值要求；S4：根据S3的判断结果，对模拟量进行有效值计算。然而上述方法在实施时未考虑实际环境的干扰因素，因此导致获得的有效值可靠性差。

专利CN106066429A公开了《一种交流短脉冲信号有效值检测方法》，并同时公开了短脉冲时间检测首先对采样的信号取绝对值，经滞环比较后可以得到一系列的脉冲波形，第一个脉冲波形上升沿定为测量脉冲的起始点，最后一个脉冲下降沿经ts时间后定位测量脉冲的终点，对测量起始点和测量终点的时间内短脉冲信号的平方和计算出交流短脉冲信号的有效值。由此可见，该专利方法的适用对象是多个周期短脉冲序列组成的一组信号源，且各组信号源之间具有时间中断ts，适用性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对电气火灾监控器采用的交流信号有效值测量方法，在不需要获得信号频率的情况下实现一定频率范围内的信号有效值计算，并可实现一定的抗干扰能力。

本发明是通过以下技术方案实施的：一种针对电气火灾监控器采用的交流信号有效值测量方法，待测交流周期信号经运算放大器、A/D转换器处理后保留半波正弦波信号，对单个半波正弦波信号作如下处理：

（1）第一阶段T1：设定一定频率进行数据采集，在数据采集过程中，通过设置第一阈值点作为数据采集的开始位置，进入第二阶段T2；

（2）第二阶段T2：根据信号值大小及最长、最小时间尺，获取一组数据；所述最长时间尺是对单个半波正弦波信号进行数据采集的最长时间段；所述最小时间尺是对单个半波正弦波信号进行数据采集且能够保证数据有效值计算符合要求的最小时间段；

（3）第三阶段T3：根据不同时间点的数据特征，对第二阶段T2获取的一组数据进行异常判断，如判断数据为异常，则重新检测并拾取新的半波正弦波，如判断数据无异常，则进入第四阶段T4；

（4）第四阶段T4：对获取的有效数据进行有效值计算。

优选地，所述第一阶段T1中第一阈值点的设置具体为：根据半波正弦波上升沿信号逐渐增大的特征识别数据采集的开始位置。

优选地，所述第三阶段T3中，利用最长时间尺获取一组数据时，通过设置第二阈值点作为数据采集的结束位置，第二阈值点根据半波正弦波下降沿信号逐渐减小的特征识别数据采集的结束位置。

所述第三阶段T3对数据进行异常判断时，满足以下至少一个条件则判断数据为异常：

（a）有效数据的数量较少；

（b）数据的变化趋势不符合正弦波的波形特征。

本发明的有益效果：本发明可直接定位采集交流信号有效数据，提高效率，节省时间及空间代码；本发明在数据采集过程中，对采集的数据进行了分析及异常判断，大大降低了信号干扰对数据处理的影响，同时大大提高了有效值计算的准确率；本发明通过提高交流信号有效值的准确率，为电气火灾监控器监控是否发生电气火灾以及设备损坏提供有效依据。

附图说明

图1为半波正弦波波形图。

图2为本发明具体实施方式中数据采集的异常波形图（有效数据数量较少的情况）。

图3为本发明具体实施方式中数据采集的异常波形图（数据的变化趋势不符合正弦波的波形特征）。

图4为本发明具体实施方式中数据采集的无异常波形图。

具体实施方式

实施例一

本发明提供一种针对电气火灾监控器采用的交流信号有效值测量方法，待测交流周期信号经运算放大器、A/D转换器处理后保留半波正弦波信号，波形图如图1所示，对单个半波正弦波信号作如下处理：

（1）第一阶段T1：设定一定频率进行数据采集，在数据采集过程中，设置第一阈值点作为数据采集的开始位置，根据半波正弦波上升沿信号逐渐增大的特征，识别数据采集的开始位置，然后进入第二阶段T2；

（2）第二阶段T2：根据信号值大小及最小时间尺，获取一组数据；

（3）第三阶段T3：根据不同时间点的数据特征，对第二阶段T2获取的一组数据进行异常判断，进行异常判断时，如图2所示，识别有效数据的数量较少，则判断数据为异常，需重新检测并拾取新的半波正弦波，直至判断数据无异常，如图4所示，则进入第四阶段T4；

（4）第四阶段T4：对获取的有效数据进行有效值计算。

实施例二

本发明提供一种针对电气火灾监控器采用的交流信号有效值测量方法，待测交流周期信号经运算放大器、A/D转换器处理后保留半波正弦波信号，波形图如图1所示，对单个半波正弦波信号作如下处理：

（1）第一阶段T1：设定一定频率进行数据采集，在数据采集过程中，设置第一阈值点作为数据采集的开始位置，根据半波正弦波上升沿信号逐渐增大的特征，识别数据采集的开始位置，然后进入第二阶段T2；

（2）第二阶段T2：根据信号值大小及最长时间尺，获取一组数据，并根据半波正弦波下降沿信号逐渐减小的特征，识别数据采集的结束位置，即第二阈值点；

（3）第三阶段T3：根据不同时间点的数据特征，对第二阶段T2获取的一组数据进行异常判断，进行异常判断时，如图3所示，数据的变化趋势不符合正弦波的波形特征，则判断数据为异常，需重新检测并拾取新的半波正弦波，直至判断数据无异常，如图4所示，则进入第四阶段T4；；

（4）第四阶段T4：对获取的有效数据进行有效值计算。