同步采樣

瀏覽次數：12884次
發布時間：2013/9/21 13:17:19
作者：量值溯源

一、概述

　　同步采樣（synchronizing sample）在《DLZ 1194-2012　電能質量術語》中定義如下：

　　為保證在被測信號的一個周期T內等間隔采樣N點，采樣器和模數轉換器的啟動脈沖頻率必須跟蹤系統頻率變化的方法。

　　同步采樣是指采樣頻率跟信號基波頻率的變化而變化，使采樣頻率fs與基波頻率f1的比值N=fs/f1為一固定的整數。因此，同步采樣也稱跟蹤采樣，即為了使采樣頻率fs始終與系統實際運行的頻率f1保持固定的比例關系N=fs/f1，必須使采樣頻率隨系統運行的頻率的變化而實時地調整。這種同步采樣方式實施的技術保障可利用硬件測頻設備或軟件計算頻率的方法來配合實現。同步測量與同步采樣兩個概念，經常被混淆。

　　同步測量與多參量測量有關，而同步采樣與交流周期信號采樣有關。

　　同步測量是指多個參量在同一時刻進行采樣；在功率測量中，參與功率計算的電壓和電流信號需要嚴格同步，進行某些動態試驗時，輸入功率與輸出功率需要較準確的同步。

二、同步采樣原理

　　根據奈奎斯特采樣定律，當采樣頻率fs.max大于信號中最高頻率fmax的2倍時(fs.max>=2fmax)，采樣之后的數字信號完整地保留了原始信號中的信息，這樣才能還原信號的真實狀況，達到測量準確的目的，任何數字采樣的測量儀器都必須遵循采樣定律。

　　對于同步采樣，主要有下述三點要求：

　　1、為了對信號進行準確的傅里葉變換，要求一個信號周期包含整數個采樣周期。

　　2、對于采用FFT（快速傅里葉變換）的分析儀而言，還要求一個信號周期包含2的N次冪個采樣周期。

　　對于第一點要求，當采樣周期遠遠小于信號周期，也就是采樣頻率遠遠高于信號頻率時，整數倍的影響可以忽略。

　　對于第二點要求，若采用FFT變換，為了保持2的N次冪倍，采樣頻率必須根據基波頻率進行變化，在采樣前應當準確的知道基波頻率。這一點，實際上是不可能的，因此，采用FFT變換的分析儀，實際上是將上一個信號周期應該采取的采樣頻率應用于下一個信號周期。

三、AnyWay變頻功率分析儀的采樣控制原理

　　考慮到客觀世界不存在嚴格的周期信號，也就是說，兩個相鄰周期，總是存在一定的差異。而同步采樣將已經發生的信號的周期作為尚未發生信號的周期，會在一定程度上影響傅里葉變換的準確度，并且，信號越不穩定，這種影響也越大。

　　為了解決同步采樣的這一局限，湖南銀河電氣有限公司研制的AnyWay系列變頻電量測量儀器，采取了更為簡單的采樣控制方式——定頻采樣，也稱異步采樣。由于定頻采樣的采樣頻率遠遠高于信號頻率，也無需受fs/f1必須為整數的限制。由于定頻采樣不能保證fs/f1為2的N次冪，因此付出的代價是必須放棄高效快速的FFT算法，而采用速度較慢的DFT算法。

　　采樣頻率越高，基波頻率越低，參與DFT的點數越多，要求高速緩存的數據量越大，DFT的運算量也越大。

　　為此，WP4000變頻功率分析儀采用高性能的雙核嵌入式CPU模塊（酷睿2，2G主頻），強大的運算能力可實現0.1Hz甚低頻，250kHz高采樣率下的超大數據量的實時DFT變換。

　　AnyWay系列變頻電量測量儀器代表——WP4000變頻功率分析儀：

WP4000變頻功率分析儀