基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置及精密计量方法
【专利摘要】本发明公开了基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置及精密计量方法，所述的计量装置包括处理模块、卫星授时模块、电压-频率转换器和电流-频率转换器；电压-频率转换器的输入端连接待测电压信号，电压-频率转换器的输出端与处理模块连接；电流-频率转换器的输入端连接待测电流信号，电流-频率转换器的输出端与处理模块连接，卫星授时模块为电压-频率转换器、电流-频率转换器和处理模块提供时钟基准。本发明从卫星导航系统提取时钟信号作为电压、电流的测量的基准时钟，实现了在各种场所、温度和湿度条件下的电压、电流精密计量，计量装置无需定期送到计量鉴定机构进行检定，很好地解决了传统量值溯源和量值传递方式所带来的问题。
【专利说明】基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置及精密计量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及信号的精密计量领域，特别是涉及一种基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置及精密计量方法。
【背景技术】
[0002]目前，交、直流电压信号的测量是使用经过周期检定的电压测量仪器进行测量。这种电压测量仪器需按国家检定规程要求，在一定时间内送计量检定机构进行检定，以保证该电压测量仪器的精确性和可靠性。
[0003]定期送计量检定机构检定的目的在于:量值的传递，即量值的可溯源性。使得所有测量仪器具有统一的标准。但这种定期送检量值溯源方式，对送检单位来说，需增加额外的时间成本和人力成本，送检周期频繁。
[0004]而这种定期送检量值传递方式，对计量检定机构来说，需分级进行量值的传递，且不能越级传递，如中央计量检定机构将量值传递给省级计量检定机构，省级计量检定机构再将量值传递给市级计量检定机构，市级计量检定机构再把量值传递给下一级计量检定机构。这种分级量值传递的过程中，可能出现的问题在于:在每一级量值传递过程中，都可能产生一定的误差，由于量值误差的累积，必然导致最下级计量检定机构的计量准确度不高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置及精密计量方法，能在任何工作场合、温度、湿度下，精密测量输入的交、直流电流信号，以及完成对各类可转换成电压、电流的信号精密计量，该计量装置无需再定期送到计量鉴定机构进行检定，避免传统量值溯源和量值传递方式所带来的问题。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:基于卫星导航系统的电压精密计量装置，它包括电压-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块。
[0007]所述的电压-频率转换模块的输入端连接待测电压信号，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电压-频率转换模块和处理模块的时钟输入连接，为电压-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。
[0008]它还包括电压信号调理模块，所述的电压信号调理模块的输入端与连接待测电压信号，电压信号调理模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接。
[0009]所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GL0NASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。
[0010]基于卫星导航系统的电流精密计量装置，它包括电流-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块。
[0011]所述的电流-频率转换模块的输入端连接待测电流信号，电流-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电流-频率转换模块和处理模块的时钟输入连接，为电流-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。
[0012]所述的电流-频率转换模块包括电流-电压转换模块和电压-频率转换模块。
[0013]所述的电流-电压转换模块的输入端连接待测电流信号，电流-电压转换模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接。
[0014]它还包括电流信号调理模块，所述的电流信号调理模块的输入端连接待测电流信号，电流信号调理模块的输出端与电流-频率转换模块的输入端连接。
[0015]所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GL0NASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。
[0016]基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置，它包括处理模块、卫星授时模块、电压-频率转换模块和电流-频率转换模块。
[0017]所述的电压-频率转换模块的输入端连接待测电压信号，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的电流-频率转换模块的输入端连接待测电流信号，电流-频率转换模块的输出端与处理模块连接，所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电压-频率转换模块、电流-频率转换模块和处理模块的时钟输入连接，为电压-频率转换模块、电流-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。
[0018]它还包括电压信号调理模块和电流信号调理模块。
[0019]所述的电压信号调理模块的输入端与连接待测电压信号，电压信号调理模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接。
[0020]所述的电流信号调理模块的输入端连接待测电流信号，电流信号调理模块的输出端与电流-频率转换模块的输入端连接。
[0021]所述的电流-频率转换模块包括电流-电压转换模块和电压-频率转换模块。
[0022]所述的电流-电压转换模块的输入端连接待测电流信号，电流-电压转换模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接。
[0023]所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GL0NASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。
[0024]基于卫星导航系统的电压精密计量方法，它包括以下步骤:
S11，产生可溯源时钟信号:卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，为电压-频率转换模块和处理模块提供高精度、可溯源的时钟信号；
S12，电压-频率转换:电压-频率转换模块接收待测量的电压信号和卫星授时模块输出的高精度时钟信号后，将该待测电压信号转换成与该电压信号幅值成正比的频率信号，再把该频率信号传送给后续的处理模块；
S13，计算待测电压信号幅值:处理模块接收到电压-频率转换模块输出的频率信号和卫星授时模块输出的时钟信号后，计算出当前频率信号的频率值，通过该频率值换算出待测量电压信号幅值的测量值。
[0025]它还包括信号调理步骤，所述的信号调理步骤为:通过电压信号调理模块对待测量的电压信号进行增益和降噪处理，再将处理后的电压信号发送给后续的电压-频率转换模块。
[0026]所述的待测电压信号幅值的计算步骤为:
处理模块根据卫星授时模块输出的高精度时钟信号，对电压-频率转换模块输出的频率信号进行定时采样，定时采样的定时周期与分辨率的关系表达式为:
计数值=输出频率X定时周期；
分辨率=信号幅值/最大计数值=信号幅值/ (最大输出频率X定时周期)；
待测量的电压信号幅值的计算公式为:
信号幅值=计数值X分辨率=输出频率X定时周期X分辨率。
[0027]基于卫星导航系统的电流精密计量方法，它包括以下步骤:
S21，产生可溯源时钟信号:卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，为电流-频率转换模块和处理模块提供高精度和可溯源的时钟信号；
S22，电流-频率转换:电流-频率转换模块接收待测量的电流信号和卫星授时模块输出的高精度时钟信号，将该电流信号转换成与该电压信号幅值成正比的频率信号，并将该频率信号传送给后续处理模块；
S23，计算待测电流信号幅值:处理模块接收到电压-频率转换模块输出的频率信号和卫星授时模块输出的时钟信号后，计算出当前频率信号的频率值，通过该频率值换算出待测量电流信号幅值的测量值。
[0028]在电流-频率转换步骤中，电流-电压转换模块接收待测量的电流信号，并将该待测量的电流信号转换成电压信号，电压-频率模块再根据卫星授时模块输出的高精度时钟信号将该电压信号转换成与其幅值成正比的频率信号。
[0029]它还包括信号调理步骤，所述的信号调理步骤为:通过电流信号调理模块对待测量的电流信号进行增益和降噪处理，再将处理后的电流信号发送给后续的电流-频率转换模块。
[0030]所述的待测电压或电流信号幅值的计算步骤为:
处理模块根据卫星授时模块输出的高精度时钟信号，对电流-频率转换模块输出的频率信号进行定时采样，定时采样的定时周期与分辨率的关系表达式为:
计数值=输出频率X定时周期；
分辨率=信号幅值/最大计数值=信号幅值/ (最大输出频率X定时周期)；
待测量的电流信号幅值的计算公式为:
信号幅值=计数值X分辨率=输出频率X定时周期X分辨率。
[0031]本发明的有益效果是:本发明计量装置能在任何工作场合、温度、湿度下，精密测量输入的交、直流电流信号，以及完成对各类可转换成电压、电流的信号精密计量，无需再定期送到计量鉴定机构进行检定，避免传统量值溯源和量值传递方式所带来的问题。
[0032]本发明通过电压一频率转换技术，将电压、电流的幅值转换成对应的频率信号，然后利用卫星导航系统的高精度时钟信号，测量出被测电压、电流信号的幅值，从而实现电压、电流的精密计量。
[0033]本发明计量装置采用能提供高精度时钟信号的卫星授时模块和具有高稳定特性的电压-频率转换模块，使得本发明计量装置的测量结果具有高精确性。由于卫星授时时钟信号是精准、可信、可靠、可溯源的，使得通过本发明计量装置所测量出该输入信号的测量值具有准确性、可信性、可靠性和可溯源性。
[0034]由于本发明计量装置具有可溯源特性，因此，其测量结果是可溯源的，符合国家计量检定规程的要求。
[0035]本发明提出了一种基于卫星导航系统的电压精密计量装置、电流精密计量装置和电压与电流精密计量装置，还提出了一种基于卫星导航系统的电压精密计量方法和电流精密计量方法。通过基于卫星导航系统的电压精密计量装置，可实现对电压信号的精密计量。通过基于卫星导航系统的电流精密计量装置，可实现对电流信号的精密计量。通过基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置，可实现对电压和电流信号的精密计量。
[0036]本发明还提出了一种具有信号转换器的电压或电流精密计量装置，可实现对各种可转换成电压、电流的信号进行精密计量。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1为本发明一种基于卫星导航系统的电压精密计量装置的系统原理框图；
图2为本发明一种基于卫星导航系统的电流精密计量装置的系统原理框图；
图3为本发明一种基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置的系统原理框图；
图4为本发明中电压-频率转换模块AD652芯片的原理框图；
图5为本发明一种基于卫星导航系统的电压精密计量方法的流程图；
图6为本发明一种基于卫星导航系统的电流精密计量方法的流程图；
图7为本发明一种具有信号转换器的电压、电流精密计量装置的系统原理框图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
[0039](一)电压精密计量装置
如图1所示，基于卫星导航系统的电压精密计量装置，它包括至少一个电压-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块；所述的电压-频率转换模块的电压信号输入端连接待测电压信号，电压-频率转换模块的频率信号输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块的时钟信号输入端接收卫星发出的时钟信号，卫星授时模块的时钟信号输出端分别与电压-频率转换模块和处理模块的时钟信号输入端连接。
[0040]它还包括至少一个电压信号调理模块，所述的电压信号调理模块的输入端与连接待测电压信号，电压信号调理模块的输出端与后续的电压-频率转换模块的输入端连接。
[0041]所述的处理模块为ARM处理器，可以选用STM32F108VET6芯片。
[0042]所述的电压-频率转换模块包括第一 V/F转换器。所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GL0NASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。卫星授时模块由卫星授时恒温晶振组成。通过卫星授时时间和高稳晶振之间的时差，采用驯服算法，实时调整晶振的时钟精度。保证供给ν/F转换器和处理模块的时钟信号始终保持高精度和时钟的可溯源。
[0043]所述的电压信号包括单端电压信号和差分电压信号。
[0044]所述的第一 V/F转换器为同步电压频率转换器SVFC，可以采用AD652芯片。AD652芯片能将输入的模拟电压或电流信号转换成输出频率与输入信号的大小成比例的脉冲或方波信号，并将该频率信号发送给后续的处理模块。
[0045](二)电流精密计量装置
如图2所示，基于卫星导航系统的电流精密计量装置，它包括至少一个电流-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块；所述的电流-频率转换模块的电流信号输入端连接待测电流信号，电流-频率转换模块的频率信号输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块的时钟信号输入端接收卫星发出的时钟信号，卫星授时模块的时钟信号输出端分别与电流-频率转换模块和处理模块的时钟信号输入端连接。
[0046]所述的电流-频率转换模块包括电流-电压转换模块和电压-频率转换模块；所述的电流-电压转换模块的电流信号输入端连接待测电流信号，电流-电压转换模块的电压信号输出端与电压-频率转换模块的电压信号输入端连接，电压-频率转换模块的频率信号输出端与处理模块连接，电压-频率转换模块的时钟信号输入端与卫星授时模块的时钟信号输出端连接。
[0047]它还包括至少一个电流信号调理模块，所述的电流信号调理模块的输入端连接待测电流信号，电流信号调理模块的输出端与后续的电流-频率转换模块的输入端连接。
[0048]所述的处理模块为ARM处理器，可以选用STM32F108VET6芯片。
[0049]所述的电流-频率转换模块包括第二 V/F转换器。所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GL0NASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。卫星授时模块由卫星授时恒温晶振组成。通过卫星授时时间和高稳晶振之间的时差，采用驯服算法，实时调整晶振的时钟精度。保证供给ν/F转换器和处理模块的时钟信号始终保持高精度和时钟的可溯源。
[0050]所述的电压信号包括单端电压信号和差分电压信号。所述的电流-电压转换模块包括高精度电阻。电流信号先通过高精度电阻转换成电压差分或单端信号。
[0051]所述的第二 V/F转换器为同步电压频率转换器SVFC，可以采用AD652芯片。AD652芯片能将输入的模拟电压或电流信号转换成输出频率与输入信号的大小成比例的脉冲或方波信号，并将该频率信号发送给后续的处理模块。
[0052](三)电压、电流精密计量装置
如图3所示，基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置，它包括至少一个电压-频率转换模块、至少一个电流-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块，所述的电压-频率转换模块包括第一 V/F转换器，第一 V/F转换器的电压信号输入端连接待测电压信号，第一V/F转换器的频率信号输出端与处理模块连接；所述的电流-频率转换模块包括电流-电压转换模块和第二 V/F转换器，电流-电压转换模块的电流信号输入端连接待测电流信号，电流-电压转换模块的电压信号输出端与第二 V/F转换器的电压信号输入端连接，第二 V/F转换器的频率信号输出端与处理模块连接；卫星授时模块的时钟信号输入端接收卫星发出的时钟信号，卫星授时模块的时钟信号输出端分别与第一 V/F转换器、第二 V/F转换器和处理模块的时钟信号输入端连接。
[0053]所述的处理模块为ARM处理器，可以选用STM32F108VET6芯片。
[0054]它还包括至少一个电压信号调理模块和至少一个电流信号调理模块。
[0055]所述的电压信号调理模块的输入端与连接待测电压信号，电压信号调理模块的输出端与后续的电压-频率转换模块的输入端连接。
[0056]所述的电流信号调理模块设置于待测电流信号输入端与第二 V/F转换器的电压信号输入端之间。
[0057]所述的电流信号调理模块的输入端连接待测电流信号，电流信号调理模块的输出端与后续的电流-电压转换模块连接。
[0058]所述的电流信号调理模块的输入端与电流-电压转换模块的输出端连接，电流信号调理模块的输出端与第二 V/F转换器的电压信号输入端连接。电流信号调理模块还可设置在电流-电压转换模块和第二 V/F转换器之间，先通过电流-电压转换模块将待测电流信号转换成电压信号后，电流信号调理模块再对该电压信号进行增益和降噪处理，并把处理后电压信号传送给后续的第二 V/F转换器。
[0059]所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GL0NASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块。卫星授时模块由卫星授时恒温晶振组成。通过卫星授时时间和高稳晶振之间的时差，采用驯服算法，实时调整晶振的时钟精度。保证供给V/F转换器和处理模块的时钟信号始终保持高精度和时钟的可溯源。
[0060]所述的电压信号包括单端电压信号和差分电压信号。
[0061]所述的电流-电压转换模块包括高精度电阻。电流信号先通过高精度电阻转换成电压差分或单端信号。
[0062]所述的第一 V/F转换器和第二 V/F转换器为同步电压频率转换器SVFC，可以采用AD652芯片。AD652芯片能将输入的模拟电压或电流信号转换成输出频率与输入信号的大小成比例的脉冲或方波信号，并将该频率信号发送给后续的处理模块。
[0063](四)V/F转换器AD652芯片
AD652芯片是一个功能强大的精密模数转换应用构建模块，该芯片的最大满度频率可达2MHz，当输出频率为10kHz时，其非线性误差典型值为0.002%,当输出频率为IMHz时，其线性误差值达到最大为0.005%。
[0064]AD652芯片使用多种常用的电荷平衡技术来执行转换功能。它利用外部时钟定义满量程输出频率，而不是依赖于外部电容的稳定性。因此，其传递函数更稳定、线性度更高，这对单通道和多通道系统都有很大好处。其精密低漂移基准电压源和低温度系数片内薄膜调整电阻使增益漂移最小。此外，激光晶圆调整将初始增益误差降至0.5%以下。
[0065]如图4所示，图4为AD652芯片的原理框图，AD652芯片将输入的模拟电压或电流信号转换成输出频率与输入信号的大小成比例的脉冲或方波信号。输出频率信号F与输入电压信号Vin的转换公式如下所示，其推导过程可参见AD652数据手册:
F = (l/Ir*Rin*T0) *Vin
式中:Ir - AD652芯片中恒流源传输给积分电容的充电电流值；
Rin - AD652芯片中电阻Rin的阻值；
T0 - AD652芯片输出频率信号的周期，即积分电容的充电周期。
[0066]电流Ir与电阻Rin的稳定性只与AD652芯片的工艺决定。外界工作条件对电流Ir与电阻Rin的影响基本可以忽略不计，因此电流Ir与电阻Rin可以认为是常数。所以输出频率F与输入的模拟电压Vin成正比。AD652芯片输出频率F的最大值和稳定性由卫星授时模块所输入的时钟信号决定，与外部元件的精度、工作环境温度和湿度基本无关。
[0067]而周期Ttl受AD652芯片的时钟控制，因此外部时钟频率的稳定性和精度直接影响了输出频率信号的稳定度和线性误差。
[0068]卫星授时模块所输入的时钟信号决定AD652芯片输出频率F的范围，同时AD652芯片的时钟的稳定性也必将影响输出频率F的稳定性。由于采用卫星授时的方式提供时钟信号，保证了 AD652芯片时钟输入信号的高稳定性和高精确性。因此AD652芯片可以实现高线性度的V/F转换。本发明计量装置采用能提供高精度时钟信号的卫星授时模块和具有高稳定特性的V/F转换器，使得本发明计量装置的测量结果具有高精确性。
[0069]处理模块通过接收来自AD652芯片和卫星授时模块的精确时钟信号，即可计算出当前频率值。通过该频率值，即可换算出待测信号的电压幅值。
[0070]处理模块对AD652芯片输出的频率信号F进行定时采样，计数器得到采样计数值，定时采样的定时周期T与分辨率的关系表达式如下:
计数值=F(max)*T ；
分辨率=信号幅值/计数值=信号幅值/(F*T)；
通过AD652芯片的最大输出频率F(max)和定时采样周期T，计算求得采样计数值，并根据输入信号的最大幅值，计算得到测量分辨率。再根据AD652芯片的实际输出频率F和定时采样周期T，计算求得实际的采样计数值。最后根据该实际采样计数值和测量分辨率，计算得到待测量的输入信号的幅值Vin。
[0071]当AD652芯片的输出频率F为ΙΟΟΚΗζ，采样周期T为I秒时，计数值=100,000。
[0072]显然，当输入信号的最大幅值为IV，即信号幅值=IV时，测量分辨率将达到(1/100000) V = 1uV ;如果采样计数值=50000时，输入信号幅值=1uVX 50000=0.5V。
[0073]通过处理模块中的计数单元，得到采样计数值，即可测量输入电压、电流信号的大小。由于本发明计量装置采用卫星授时做为AD652芯片的时钟信号和采集定时时间，而卫星授时时钟信号是精准、可信、可靠、可溯源的。因此通过本发明计量装置所测量出该输入信号的测量值具有准确性、可信性、可靠性和可溯源性。
[0074](四)电压精密计量方法
如图5所示，基于卫星导航系统的电压精密计量方法，它包括以下步骤:
步骤(1)，产生可溯源时钟信号:卫星授时模块接收卫星发出的时钟信号，并根据卫星授时时钟信号和高稳晶振之间的时差，采用驯服算法实时调整晶振的时钟精度，为电压-频率转换模块和处理模块提供高精度和可溯源的时钟信号；
步骤(2)，信号调理:电压信号调理模块接收待测量的电压信号，对输入电压信号进行增益和降噪处理，再将该处理后的电压信号送人后续的电压-频率转换模块执行电压-频率转换；
步骤(3)，电压-频率转换:电压-频率转换模块接收处理后的电压信号和卫星授时模块输出的高精度时钟信号，并将该处理后的电压信号转换成与该电压信号幅值成正比的频率信号，再把该频率信号传送给处理模块进行待测电压信号的幅值换算；
步骤(4)，计算待测电压信号幅值:处理模块接收到电压-频率转换模块输出的频率信号和卫星授时模块输出的时钟信号后，计算出当前频率信号的频率值，通过该频率值换算出待测量电压信号幅值的测量值。
[0075]若输入的待测信号不是电压信号时，还需先通过信号转换器将待测输入信号转换成电压信号后，再通过后续的电压信号调理模块和电压-频率模块对其进行处理。
[0076]所述的待测电压信号幅值的计算方式为:
处理模块根据卫星授时模块输出的高精度时钟信号，对电压-频率转换模块输出的频率信号进行定时采样，定时采样的定时周期与分辨率的关系表达式为:
计数值=输出频率X定时周期；
分辨率=信号幅值/最大计数值=信号幅值/ (最大输出频率X定时周期)；
待测量的电压信号幅值的计算公式为:
信号幅值=计数值X分辨率=输出频率X定时周期X分辨率。
[0077](五)电流精密计量方法
如图6所示，基于卫星导航系统的电流精密计量方法，它包括以下步骤:
步骤(1)，产生可溯源时钟信号:卫星授时模块接收卫星发出的时钟信号，并根据卫星授时时钟信号和高稳晶振之间的时差，采用驯服算法实时调整晶振的时钟精度，为电流-频率转换模块和处理模块提供高精度和可溯源的时钟信号；
步骤(2)，信号调理:电流信号调理模块对输入电流信号进行增益和降噪处理，再将该处理后的电流信号送人后续的电流-频率转换模块执行电流-频率转换；
步骤(3)，电流-频率转换:电流-频率转换模块接收待测量的电流信号，首先将该待测电流信号转换成电压信号后，再根据其所接收到的卫星授时模块输出的高精度时钟信号，把该电压信号转换成与该电压信号幅值成正比的频率信号，并将该频率信号传送给后续处理模块进行待测电流信号的幅值换算；
步骤(4)，计算待测电流信号幅值:处理模块接收到电压-频率转换模块输出的频率信号和卫星授时模块输出的时钟信号后，计算出当前信号的频率值，通过该频率值换算出待测量电流信号幅值的测量值。
[0078]若输入的待测信号不是电流信号时，还需先通过信号转换器将待测输入信号转换成电流信号。再通过后续的电流信号调理模块和电压-频率模块对其进行处理。
[0079]所述的待测电压或电流信号幅值的计算方式为:
处理模块根据卫星授时模块输出的高精度时钟信号，对电流-频率转换模块输出的频率信号进行定时采样，定时采样的定时周期与分辨率的关系表达式为:
计数值=输出频率X定时周期；
分辨率=信号幅值/最大计数值=信号幅值/ (最大输出频率X定时周期);
待测量的电流信号幅值的计算公式为:
信号幅值=计数值X分辨率=输出频率X定时周期X分辨率。
[0080]本发明计量装置采用高线性度、高稳定度的电压-频率转换模块采用AD652芯片，将输入的电流、电压信号转换成与输入电流、电压信号大小成正比的频率信号，然后通过处理对AD652的输出频率信号进行定时采样，以此得到输入电流、电压信号的幅值大小。
[0081]本发明的关键点在于，电压-频率转换模块(AD652芯片)的时钟源和处理模块的定时采样周期均来自卫星导航系统所提供的高精度时钟信号，保证了测量结果的高精度、可信性、可靠性和可溯源性。
[0082]本发明电压计量装置、电流计量装置和电压/电流计量装置还可增设显示模块、通信接口和键盘，所述的显示模块的输入与处理模块的测量输出连接，对测量结果进行显示；所述的处理模块通过通信接口实现与外接设备连接，与外接设备进行数据交换；所述的键盘与处理模块连接。
[0083]如图7所示，本发明电压计量装置、电流计量装置和电压/电流计量装置均可增设信号转换器，当输入信号非电压信号和电流信号时，可通过信号转换器，将该输入信号转换为电压信号或电流信号，从而实现对该输入信号的计量。
[0084]所述的信号转换器包括光电传感器、压力传感器、声音传感器、位移传感器、速度传感器、温湿度传感器、硬度传感器、密度传感器等等，可根据各种传感器各自的参数转换关系，通过本发明计量装置测量出该传感器所检测参数的数值。例如，当输入信号为光信号时，需要先通过增设的信号转换器，如光电传感器，将该光信号转换成电信号后，再通过V/F转换器和处理模块，完成该光信号的光强度测量。
【权利要求】
1.基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:它包括电压-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块； 所述的电压-频率转换模块的输入端连接待测电压信号，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电压-频率转换模块和处理模块的时钟输入连接，为电压-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。
2.根据权利要求1所述的基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:它还包括电压信号调理模块，所述的电压信号调理模块的输入端与连接待测电压信号，电压信号调理模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的基于卫星导航系统的电压精密计量装置，其特征在于:所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GLONASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。
4.基于卫星导航系统的电流精密计量装置，其特征在于:它包括电流-频率转换模块、处理模块和卫星授时模块； 所述的电流-频率转换模块的输入端连接待测电流信号，电流-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电流-频率转换模块和处理模块的时钟输入连接，为电流-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。
5.根据权利要求4所述的基于卫星导航系统的电流精密计量装置，其特征在于:所述的电流-频率转换模块包括电流-电压转换模块和电压-频率转换模块； 所述的电流-电压转换模块的输入端连接待测电流信号，电流-电压转换模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接。
6.根据权利要求4或5所述的基于卫星导航系统的电流精密计量装置，其特征在于:它还包括电流信号调理模块，所述的电流信号调理模块的输入端连接待测电流信号，电流信号调理模块的输出端与电流-频率转换模块的输入端连接。
7.根据权利要求4所述的基于卫星导航系统的电流精密计量装置，其特征在于:所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GLONASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。
8.基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置，其特征在于:它包括处理模块、卫星授时模块、电压-频率转换模块和电流-频率转换模块； 所述的电压-频率转换模块的输入端连接待测电压信号，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接；所述的电流-频率转换模块的输入端连接待测电流信号，电流-频率转换模块的输出端与处理模块连接，所述的卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，卫星授时模块的时钟输出分别与电压-频率转换模块、电流-频率转换模块和处理模块的时钟输入连接，为电压-频率转换模块、电流-频率转换模块和处理模块提供时钟基准。
9.根据权利要求8所述的基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置，其特征在于:它还包括电压信号调理模块和电流信号调理模块； 所述的电压信号调理模块的输入端与连接待测电压信号，电压信号调理模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接； 所述的电流信号调理模块的输入端连接待测电流信号，电流信号调理模块的输出端与电流-频率转换模块的输入端连接。
10.根据权利要求8所述的基于卫星导航系统的电压、电流精密计量装置，其特征在于:所述的电流-频率转换模块包括电流-电压转换模块和电压-频率转换模块； 所述的电流-电压转换模块的输入端连接待测电流信号，电流-电压转换模块的输出端与电压-频率转换模块的输入端连接，电压-频率转换模块的输出端与处理模块连接。
11.根据权利要求8所述的基于卫星导航系统的电流精密计量装置，其特征在于:所述的卫星授时模块包括GPS卫星授时模块、北斗卫星授时模块、GLONASS卫星授时模块和伽利略卫星授时模块中的任意一种或多种的组合。
12.基于卫星导航系统的电压精密计量方法，其特征在于:它包括以下步骤: S11，产生可溯源时钟信号:卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，为电压-频率转换模块和处理模块提供高精度、可溯源的时钟信号； S12，电压-频率转换:电压-频率转换模块接收待测量的电压信号和卫星授时模块输出的高精度时钟信号后，将该待测电压信号转换成与该电压信号幅值成正比的频率信号，再把该频率信号传送给后续的处理模块； S13，计算待测电压信号幅值:处理模块接收到电压-频率转换模块输出的频率信号和卫星授时模块输出的时钟信号后，计算出当前频率信号的频率值，通过该频率值换算出待测量电压信号幅值的测量值。
13.根据权利要求12所述的基于卫星导航系统的电压精密计量方法，其特征在于:它还包括信号调理步骤，所述的信号调理步骤为:通过电压信号调理模块对待测量的电压信号进行增益和降噪处理，再将处理后的电压信号发送给后续的电压-频率转换模块。
14.根据权利要求12所述的基于卫星导航系统的电压精密计量方法，其特征在于:所述的待测电压信号幅值的计算步骤为: 处理模块根据卫星授时模块输出的高精度时钟信号，对电压-频率转换模块输出的频率信号进行定时采样，定时采样的定时周期与分辨率的关系表达式为: 计数值=输出频率X定时周期； 分辨率=信号幅值/最大计数值 =信号幅值/ (最大输出频率X定时周期)； 待测量的电压信号幅值的计算公式为: 信号幅值=计数值X分辨率 =输出频率X定时周期X分辨率。
15.基于卫星导航系统的电流精密计量方法，其特征在于:它包括以下步骤: S21，产生可溯源时钟信号:卫星授时模块从卫星导航系统接收授时信号并提取出时钟信号，为电流-频率转换模块和处理模块提供高精度和可溯源的时钟信号； S22，电流-频率转换:电流-频率转换模块接收待测量的电流信号和卫星授时模块输出的高精度时钟信号，将该电流信号转换成与该电压信号幅值成正比的频率信号，并将该频率信号传送给后续处理模块； S23，计算待测电流信号幅值:处理模块接收到电压-频率转换模块输出的频率信号和卫星授时模块输出的时钟信号后，计算出当前频率信号的频率值，通过该频率值换算出待测量电流信号幅值的测量值。
16.根据权利要求15所述的基于卫星导航系统的电流精密计量方法，其特征在于:在电流-频率转换步骤中，电流-电压转换模块接收待测量的电流信号，并将该待测量的电流信号转换成电压信号，电压-频率模块再根据卫星授时模块输出的高精度时钟信号将该电压信号转换成与其幅值成正比的频率信号。
17.根据权利要求15所述的基于卫星导航系统的电流精密计量方法，其特征在于:它还包括信号调理步骤，所述的信号调理步骤为:通过电流信号调理模块对待测量的电流信号进行增益和降噪处理，再将处理后的电流信号发送给后续的电流-频率转换模块。
18.根据权利要求15所述的基于卫星导航系统的电压、电流精密计量方法，其特征在于:所述的待测电压或电流信号幅值的计算步骤为: 处理模块根据卫星授时模块输出的高精度时钟信号，对电流-频率转换模块输出的频率信号进行定时采样，定时采样的定时周期与分辨率的关系表达式为: 计数值=输出频率X定时周期； 分辨率=信号幅值/最大计数值 =信号幅值/ (最大输出频率X定时周期)； 待测量的电流信号幅值的计算公式为: 信号幅值=计数值X分辨率 =输出频率X定时周期X分辨率。
【文档编号】G01R35/00GK104316890SQ201410634216
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】黄茂彪, 杨衡 申请人:成都天兴电气有限公司