一种基于抗干扰小信号快速测量大电容方法

技术领域

本发明涉及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种基于抗干扰小信号快速测量大电容方法。

背景技术

在万用表大电容测量功能中，使用横流限定对测试大电容进行充放电，获取电容充电或放电时间原理，根据横流模式下，充放电时间对应电压的变化量，计算出测量电容，由于万用表恒流源的限制，电容越大，充到设定电压时间越长；假设将充电电压降低，缩短充电时间方式，但因为信号小，市电对小小信号的影响比重变大，直接影响到测量的精度；目前的测量方案出现两个问题:保证精度，但测试时间太长；测量时间降低，测试精度难以满足产品设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于抗干扰小信号快速测量大电容方法。

本发明采用的技术方案是：

一种基于抗干扰小信号快速测量大电容方法，采用的系统包括限压自动的充放电控制单元、数据存储单元、数据分析单元、被测电容、以及与被测电容连接的恒流源单元、快速放电单元、ADC信号采集单元；一外部的电容线作为感应干扰信号分别接入被测电容和AD信号采集单元；ADC信号采集单元分别连接数据存储单元、数据分析单元和限压自动的充放电控制单元；限压自动的充放电控制单元分别连接并控制恒流源单元和快速放电单元；方法包括以下步骤：

步骤1，系统判断被测电容是否接入测量系统；如果是，则执行步骤2；否则，执行步骤1；

步骤2，恒流源单元启动对被测电容充电，AD信号采集单元进行充电波形采集；

步骤3，充电波形采集完成或者判断是否达到充电阈值时，启动对被测电容的快速放电，同时基于采集的波形数据计算用于信号抑制抗干扰的ADC采集个数并计算被测电容的电容值；

步骤4，依据信号抑制抗干扰的ADC采集个数配置ADC信号采集单元，基于被测电容的电容值判断是否需要换测量档位；如果是，则根据电容值换挡至对应的测量档位并执行步骤2；否则，执行步骤2。

进一步地，步骤3中被测电容快速放电过程中判断被测电容放电是否达到放电阈值；如果是，则停止放电等待再次充电；否则，被测电容继续放电。

进一步地，步骤3中干扰信号的抑制步骤如下：

步骤3-1，分别计算50Hz和60Hz市电的信号周期；

具体地，50Hz市电的信号周期t1＝1/50＝20ms；60Hz市电的信号周期t1＝1/60＝16.666ms。

步骤3-2，获取50Hz和60Hz市电的信号周期的最小公倍数t3；t3＝100ms；

步骤3-3，基于最小公倍数分别计算得到50Hz和60Hz市电信号整数周期；

具体地，50Hz市电信号整数周期t3/t1＝100/20＝5；60Hz市电信号整数周期t3/t2＝100/16.666＝6；

步骤3-4，基于波形采样率fs计算在最小公倍数下的用于计算ADC采集个数Pn；

步骤3-5，计算得到充电电压变化率；

其中，Vstep表示计算每个间隔电压变化率；i表示采集电压坐标值；n表示计算采集电压值个数；adc_vol表示当前坐标电压值；

步骤3-6，基于充电电压变化率计算被测电容的电容值，计算公式如下：

C＝I*fs/Vstep

其中，C表示被测电容的电容值；I表示充电恒流源电流。

本发明采用以上技术方案，在不修改硬件增加成本前提下，提出使用信号与系统为理论基础，对充放电波形进行数据采集分析，结合小信号50Hz或60Hz的空间故有干扰，针对干扰信号特性，将干扰信号进行算法抑制，保证小信号在干扰信号存在情况下，能够保证测量精度；由于本发明在不加大功耗恒流源不变的条件下，使用小信号测量，在万用表测量大电容的测量保证测量精度情况下，速度上有着明显改善，并且充放电时，可以实时计算斜率，根据充放电斜率可直接估算电容值，快速锁定挡位，而无需常规等待充电一定周期后再进行判断，从而也提升大电容自动换挡的速度。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明一种基于抗干扰小信号快速测量大电容方法的流程构示意图；

图2为本发明测试系统的框架结构示意图；

图3为被测电容的充放电波形示意图。

实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的核心是对被测电容充放电波形进行采集,结合信号系统进行信号抑制抗干扰处理,从而保证测量精度及加快测量速度,本发明测量所采用的系统包括恒流源单元、限压自动控制充放电单元、AD信号采集单元、数据存储单元及数据分析单元。

如图1至3之一所示，本发明公开了一种基于抗干扰小信号快速测量大电容方法，采用的系统包括限压自动的充放电控制单元、数据存储单元、数据分析单元、被测电容、以及与被测电容连接的恒流源单元、快速放电单元、ADC信号采集单元；一外部的电容线作为感应干扰信号分别接入被测电容和AD信号采集单元；ADC信号采集单元分别连接数据存储单元、数据分析单元和限压自动的充放电控制单元；限压自动的充放电控制单元分别连接并控制恒流源单元和快速放电单元；方法包括以下步骤：

步骤1，系统判断被测电容是否接入测量系统；如果是，则执行步骤2；否则，执行步骤1；

步骤2，恒流源单元启动对被测电容充电，AD信号采集单元进行充电波形采集；

步骤3，充电波形采集完成或者判断是否达到充电阈值时，启动对被测电容的快速放电，同时基于采集的波形数据计算用于信号抑制抗干扰的ADC采集个数并计算被测电容的电容值；

步骤4，依据信号抑制抗干扰的ADC采集个数配置ADC信号采集单元，基于被测电容的电容值判断是否需要换测量档位；如果是，则根据电容值换挡至对应的测量档位并执行步骤2；否则，执行步骤2。

进一步地，步骤3中被测电容快速放电过程中判断被测电容放电是否达到放电阈值；如果是，则停止放电等待再次充电；否则，被测电容继续放电。

进一步地，步骤3中干扰信号的抑制步骤如下：

步骤3-1，分别计算50Hz和60Hz市电的信号周期；

具体地，50Hz市电的信号周期t1＝1/50＝20ms；60Hz市电的信号周期t1＝1/60＝16.666ms。

步骤3-2，获取50Hz和60Hz市电的信号周期的最小公倍数t3；t3＝100ms；

步骤3-3，基于最小公倍数分别计算得到50Hz和60Hz市电信号整数周期；

具体地，50Hz市电信号整数周期t3/t1＝100/20＝5；60Hz市电信号整数周期t3/t2＝100/16.666＝6；

步骤3-4，基于波形采样率fs计算在最小公倍数下的用于计算ADC采集个数Pn；

步骤3-5，计算得到充电电压变化率；

其中，Vstep表示计算每个间隔电压变化率；i表示采集电压坐标值；n表示计算采集电压值个数；adc_vol表示当前坐标电压值；

步骤3-6，基于充电电压变化率计算被测电容的电容值，计算公式如下：

C＝I*fs/Vstep

其中，C表示被测电容的电容值；I表示充电恒流源电流。

具体工作原理:在设备使用时会有50Hz或为60Hz市电干扰信号,需要考虑同时抑制50Hz与60Hz信号,此时需要同时满足2个信号为刚好整周期,当采用信号时长为100mS时,50Hz为5个完整周期,60Hz信号为6个完整周期,干扰信号都是整数周期,那么此时只要使用平均值计算,可以很容易将所有干扰信号直接抵消,只剩下需要的被测电容充放电电压变化值,从而实现在小信号被干扰情况下,能够精确计算出电容充电电压的变化量,从而可精确测量出电容值。在电容充放电过程,可以已采集数据进行运算,可实时运算,估算出被测量电容值,从而可快速确定测量挡位,并及时调整测量挡位,防止电容被充入大量能量,导致后续换挡需要等待放电时间过长,这也解决了大电容测量自动换挡慢的体验问题。从生产的角度,大电容校准和校验在整个生产占比大,直接导致生产力的下降,而此方案使用电压变化与时间的关系运算,在时间生产校准时,只需要一个档校准电压与时间后,可将校准档系数,直接使用到其他档,从而减少校准挡位及检验挡位数量,进而提示设备生产力。

本发明采用以上技术方案，在不修改硬件增加成本前提下，提出使用信号与系统为理论基础，对充放电波形进行数据采集分析，结合小信号会故有50Hz或60Hz空间故有干扰，针对干扰信号特性，将干扰信号进行算法抑制，保证小信号在干扰信号存在情况下，能够保证测量精度；由于本发明在不加大功耗恒流源不变的条件下，使用小信号测量，在万用表测量大电容的测量保证测量精度情况下，速度上有着明显改善，并且充放电时，可以实时计算斜率，根据充放电斜率可直接估算电容值，快速锁定挡位，而无需常规等待充电一定周期后再进行判断，从而也提升大电容自动换挡的速度。

显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。