信号处理方法、装置、电子设备及计算机存储介质与流程

本申请属于信号处理技术领域，尤其涉及一种信号处理方法、装置、电子设备及计算机存储介质。

背景技术：

直流大电流测量技术广泛应用于工业生产和科学研究：直流高压输电、金属电解、高铁机车、电动汽车等产业都需要准确测量直流大电流，以测量线路损耗、电流效率或进行安全监控、电能计量。直流大电流准确、有效测量，需要可靠地溯源到国家计量基准。工业生产和科学研究中对直流电流测量的大小和准确度差异很大，电流从几百安培到几十万安培，准确度从百分之一到百万分之一；目前主要采用磁调制原理传感器来实现高精度测量，但是由于受大电流强磁场干扰和在实际工作状态下各种参数的影响，基于磁调制技术的现场计量用电流传感器虽然在实验室能够实现准确度高达百万分之一，但是现场测试却难以突破万分之一。严重限制了产业技术发展，影响了国防军工、电力等行业实现现场计量标准的溯源。这主要存在两大技术难题：一是大电流母线产生的强磁场干扰影响严重；二是缺少在实际大电流和实际干扰磁场下的解决方法。

因此，如何排除信号所受环境变量的影响是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种信号处理方法、装置、电子设备及计算机存储介质，能够排除信号所受环境变量的影响。

第一方面，本申请实施例提供一种信号处理方法，包括：

获取激励方波信号；

基于激励方波信号，感应生成感应信号；

放大感应信号的二次谐波分量，并抑制感应信号的其他谐波分量，得到差模信号；其中，其他谐波分量为非二次谐波分量的谐波分量；

滤除差模信号中的其他谐波分量，得到交流电信号。

可选的，该方法还包括：

对交流电信号进行相敏整流，得到直流电信号。

可选的，对交流电信号进行相敏整流，得到直流电信号，包括：

在以同频率同相位的信号为基准的条件下，对交流电信号进行全波整流，得到直流电信号。

可选的，该方法还包括：

对直流电信号进行平滑滤波，得到稳定直流电信号。

第二方面，本申请实施例提供了一种信号处理装置，包括：

获取模块，用于获取激励方波信号；

生成模块，用于基于激励方波信号，感应生成感应信号；

放大抑制模块，用于放大感应信号的二次谐波分量，并抑制感应信号的其他谐波分量，得到差模信号；其中，其他谐波分量为非二次谐波分量的谐波分量；

滤除模块，用于滤除差模信号中的其他谐波分量，得到交流电信号。

可选的，装置还包括：

相敏整流模块，用于对交流电信号进行相敏整流，得到直流电信号。

可选的，相敏整流模块，用于在以同频率同相位的信号为基准的条件下，对交流电信号进行全波整流，得到直流电信号。

可选的，装置还包括：

平滑滤波模块，用于对直流电信号进行平滑滤波，得到稳定直流电信号。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，电子设备包括：处理器以及存储有计算机程序指令的存储器；

处理器执行计算机程序指令时实现如第一方面所示的信号处理方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序指令，计算机程序指令被处理器执行时实现如第一方面所示的信号处理方法。

本申请实施例的信号处理方法、装置、电子设备及计算机存储介质，能够排除信号所受环境变量的影响。该信号处理方法，获取激励方波信号；基于激励方波信号，感应生成感应信号；放大感应信号的二次谐波分量，并抑制感应信号的其他谐波分量，得到差模信号；其中，其他谐波分量为非二次谐波分量的谐波分量；滤除差模信号中的其他谐波分量，得到交流电信号。可见，该方法放大感应信号的二次谐波分量，抑制并滤除感应信号的其他谐波分量，能够排除信号所受环境变量的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一个实施例提供的信号处理方法的流程示意图；

图2是本申请一个实施例提供的二次谐波检波电路的结构示意图；

图3是本申请一个实施例提供的相敏整流电路的结构示意图；

图4是本申请一个实施例提供的平滑滤波电路的结构示意图；

图5是本申请一个实施例提供的信号处理装置的结构示意图；

图6是本申请一个实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，而不是限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

由背景技术部分可知，现有技术中信号受环境变量的影响。为了解决现有技术问题，本申请实施例提供了一种信号处理方法、装置、电子设备及计算机存储介质。下面首先对本申请实施例所提供的信号处理方法进行介绍。

图1示出了本申请一个实施例提供的信号处理方法的流程示意图。如图1所示，该信号处理方法的执行主体可以是基于磁调制技术的现场计量用电流传感器，该方法包括：

s101、获取激励方波信号。

s102、基于激励方波信号，感应生成感应信号。

s103、放大感应信号的二次谐波分量，并抑制感应信号的其他谐波分量，得到差模信号；其中，其他谐波分量为非二次谐波分量的谐波分量。

s104、滤除差模信号中的其他谐波分量，得到交流电信号。

该方法放大感应信号的二次谐波分量，抑制并滤除感应信号的其他谐波分量，能够排除信号所受环境变量的影响。

在一个实施例中，步骤s103和步骤s104由二次谐波检波电路执行。二次谐波检波电路的结构如图2所示，磁通门感应线圈出来的信号为上下交替的脉冲，含有二次谐波分量及与被测磁场探头轴向分量无关的其他谐波分量。其中，二次谐波分量为有用信号，其他分量为噪声信号。谐振电路的功能是尽可能提高差分放大电路输入端的信噪比，使差分放大电路能够保持信号放大的准确性。磁通门探头输出阻抗以电感为主，感应线圈自身存在电阻r2，添加电容c2使感应线圈回路形成rlc谐振回路。调整谐振电容c2的大小，使整个回路的谐振频率刚好在2f1＝31.25khz上，放大信号2f1频率分量，抑制信号其他谐波分量。谐振只与l1、c2和谐振频率f相关，其谐振条件为：

其中，f为二次谐波频率2f1＝31.25khz，l1为1.4162mh，电阻值r2＝22.57ω，计算得到理想的电容值c2＝18.3nf，实际电路调试过程中采用的电容为19.3nf。谐振电路的品质因数q值大小决定谐振电路的频率选择性。q值越大，谐振电路的选择性越好。

当信号经过rlc谐振环节之后，经由差分放大电路提取感应线圈两端的感应电动势，可有效抑制共模抑制比。其输出vo＝2(v1－v2)；经过差分放大环节后的磁通门信号，二次谐波信号和噪声都得到放大。中心频率为2f1在带通滤波环节可将噪声滤掉，得到有用的二次谐波信号。本实施例采用六阶有源带通滤波电路，中心频率为31.25khz，带通滤波电路提取并放大了二次谐波信号，有效地除去了信号噪声。

在一个实施例中，该方法还包括：对交流电信号进行相敏整流，得到直流电信号。在一个实施例中，对交流电信号进行相敏整流，得到直流电信号，包括：在以同频率同相位的信号为基准的条件下，对交流电信号进行全波整流，得到直流电信号。其中，对交流电信号进行相敏整流可由相敏整流电路执行，相敏整流电路的结构示意图如图3所示，相敏检波是在以同频率同相位的信号为基准的条件下，将周期性交变信号进行全波整流，再经过平滑滤波来确定信号的幅度大小。相敏检波电路的另一个作用是能彻底消除奇次谐波的影响。在本实施例中，带通滤波后的磁通门信号需相敏检波。虽然在震荡激励电路中，产生的f1频率方波与2f1频率的方波同相位。但带通滤波后的磁通门信号相位与2f1频率的基准方波信号相位不同步。若是直接将两个信号进行相乘则相敏检波效率很低，则倍频基准信号需要经过移相，才能与带通滤波后的磁通门信号同步。本实施例设计了输入信号相位可调的相敏检波电路如图3所示。电路中双可再触发单稳态触发器采用cd4098芯片。模拟开关采用cd4053芯片，该芯片具有2通道模拟开关。单稳态触发器外接rc阻容网络可进行脉冲延时和脉冲宽度的调整。利用cd4098的一个单稳态触发器外接阻容网络去调整基准信号的脉冲宽度(即调节图3中r14的电阻值大小)，调整的脉冲宽度等于需移相的角度；然后用该脉冲的下降沿去触发cd4098的另一个单稳态触发器，调整与该单稳态触发器外接的rc阻容网络(即调节图3中r15的大小)，使其输出脉冲与相敏检波输入信号的频率和相位保持一致，则cd4098中引脚10输出的方波信号与相敏检波输入信号频率和相位均一致。将相敏检波输入信号同时输入到cd4053的两个通道，用cd4098输出的方波信号控制cd4053通道模拟开关的两个开关。当方波信号为高电平时使其中的一个模拟开关闭合；当方波信号为低电平时使另外一个模拟开关闭合，这样相敏检波输入信号就在两个通道的输出端(即cd4053的14、15引脚)达到了双半波整流的效果。

在一个实施例中，该方法还包括：对直流电信号进行平滑滤波，得到稳定直流电信号。在一个实施例中，对直流电信号进行平滑滤波可由平滑滤波电路执行，平滑滤波电路的结构如图4所示，所示的双半波整流信号还不能直接被检测，需先转换成直流信号。该电路为外接rc阻容网络的运算放大器，有差分平滑滤波的功能。两信号分别接入运算放大器的同相端和反相端，输出直流模拟信号。改变磁通门探头轴向分量的磁场强度，发现输出的直流信号会随着磁场强度的变化而变化。

图5示出了本申请实施例提供的信号处理装置的结构示意图。如图5所示，该信号处理装置，包括：

获取模块501，用于获取激励方波信号；

生成模块502，用于基于激励方波信号，感应生成感应信号；

放大抑制模块503，用于放大感应信号的二次谐波分量，并抑制感应信号的其他谐波分量，得到差模信号；其中，其他谐波分量为非二次谐波分量的谐波分量；

滤除模块504，用于滤除差模信号中的其他谐波分量，得到交流电信号。

在一个实施例中，该装置还包括：相敏整流模块，用于对交流电信号进行相敏整流，得到直流电信号。

在一个实施例中，相敏整流模块，用于在以同频率同相位的信号为基准的条件下，对交流电信号进行全波整流，得到直流电信号。

在一个实施例中，该装置还包括：

平滑滤波模块，用于对直流电信号进行平滑滤波，得到稳定直流电信号。

图5所示装置中的各个模块/单元具有实现图1中各个步骤的功能，并能达到其相应的技术效果，为简洁描述，在此不再赘述。

图6示出了本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。

电子设备可以包括处理器601以及存储有计算机程序指令的存储器602。

具体地，上述处理器601可以包括中央处理器(cpu)，或者特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)，或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

存储器602可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说而非限制，存储器602可包括硬盘驱动器(harddiskdrive，hdd)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(universalserialbus，usb)驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器602可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，存储器602可在电子设备的内部或外部。在特定实施例中，存储器602可以是非易失性固态存储器。

在一个实例中，存储器602可以是只读存储器(readonlymemory，rom)。在一个实例中，该rom可以是掩模编程的rom、可编程rom(prom)、可擦除prom(eprom)、电可擦除prom(eeprom)、电可改写rom(earom)或闪存或者两个或更多个以上这些的组合。

处理器601通过读取并执行存储器602中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意一种信号处理方法。

在一个示例中，电子设备还可包括通信接口603和总线610。其中，如图6所示，处理器601、存储器602、通信接口603通过总线610连接并完成相互间的通信。

通信接口603，主要用于实现本申请实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。

总线610包括硬件、软件或两者，将电子设备的部件彼此耦接在一起。举例来说而非限制，总线可包括加速图形端口(agp)或其他图形总线、增强工业标准架构(eisa)总线、前端总线(fsb)、超传输(ht)互连、工业标准架构(isa)总线、无限带宽互连、低引脚数(lpc)总线、存储器总线、微信道架构(mca)总线、外围组件互连(pci)总线、pci-express(pci-x)总线、串行高级技术附件(sata)总线、视频电子标准协会局部(vlb)总线或其他合适的总线或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，总线610可包括一个或多个总线。尽管本申请实施例描述和示出了特定的总线，但本申请考虑任何合适的总线或互连。

另外，本申请实施例可提供一种计算机存储介质来实现。该计算机存储介质上存储有计算机程序指令；该计算机程序指令被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种信号处理方法。

需要明确的是，本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是，本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤，本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能模块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(asic)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本申请的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、rom、闪存、可擦除rom(erom)、软盘、cd-rom、光盘、硬盘、光纤介质、射频(rf)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

还需要说明的是，本申请中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本申请不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。

上面参考根据本申请的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本申请的各方面。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机、或其它可编程数据处理装置的处理器，以产生一种机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行的这些指令使能对流程图和/或框图的一个或多个方框中指定的功能/动作的实现。这种处理器可以是但不限于是通用处理器、专用处理器、特殊应用处理器或者现场可编程逻辑电路。还可理解，框图和/或流程图中的每个方框以及框图和/或流程图中的方框的组合，也可以由执行指定的功能或动作的专用硬件来实现，或可由专用硬件和计算机指令的组合来实现。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。