基于虚拟仪器的谐波自动测量系统

第28卷第4期增刊

2007年4月

仪器仪表学报

Chinese Journal of Scientific Instrument

Vol 128No 14Apr 12007

基于虚拟仪器的谐波自动测量系统3

刘金清

(福建师范大学物理与光电信息科技学院　福州　350007)

摘　要:本文介绍微机技术和虚拟仪器技术在谐波自动测量中的应用,阐述了系统的组成、测量原理及设计方法。该系统能够实时动态地测量电信号的各谐波含量,而且能够实时显示分析的数据和波形,具有较广的应用价值。关键词:虚拟仪器;谐波分量;自动分析;计算机技术

Automatic measurement system of harmonic based on virtual instrument

Liu Jinqing

(School of Physics and O ptoelect ronics Technology ,Fuj ian N ormal Universit y ,Fuz hou 350007,China )

Abstract :The application of personal comp uter technique and virt ual inst rument technique for automatic anal 2ysis of harmonic was int roduced.The configuration and t he measurement principle of analysis system were al 2so int roduced.Each harmonic content of elect ric signal could be measured ,and t he analysis result s were dis 2played by system timely.It may have wide 2range application.

K ey w ords :virt ual instrument ;harmonic content ;automatic analysis ;comp uter technique

3基金项目:福建省科技厅基金(KD0212)资助项目

1　引 言

随随着计算机技术、大规模集成电路技术和通讯

技术的飞速发展,电子测量仪器技术发生了巨大的变化,新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断出现,在许多方面己经冲破了传统仪器的概念[1]。在这种背景下,美国国家仪器公司(N I )于20世纪80年代中期首先提出基于计算机技术的虚拟仪器(V I )的概念。所谓虚拟仪器[2],就是用户通过应用程序将通用计算机与仪器硬件结合起来,用户可以通过友好的图形界面,即虚拟前面板,操作这台计算机,就像在操作一台传统的仪器设备一样。

虚拟谐波自动测量系统是一种智能化的仪器,它能准确实时地测量电网中或电器生产线上的电流各谐波含量,分析电网污染情况,而分析的结果能够实时准确地显示出来。

2　虚拟仪器的系统构成

任何一台仪器都由以下3大功能块组成:信号的采集与控制、信号的分析与处理、结果的表达与输出。虚拟谐波自动测量系统由硬件系统和软件系统2大部分构成,其基本组成框图如图1所示

。

图1　谐波自动测量系统组成框图

3　虚拟谐波分析的硬件系统[3]

硬件系统是由B H5104采集卡、计算机、输入输出接口电路组成。B H5104卡是IBM -PC/A T 总线

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兼容的数据采集板,可直接插入IBM -PC/A T 总线兼容的计算机内的任一总线扩展槽(ISA )中,构成电信号的数据采集、波形分析和处理系统,也可构成工业生产过程或电网控制监控系统。B H5104板上装有12b 分辨率的A/D 转换器和D/A 转换器。为用户提供了8双/16单的模拟输入通道和2路模拟输出通道。输入信号幅度可以经程控增益仪表放大器调到合适的范围,保证最佳转换精度。程控增益可选择1、2、4、8或1、10、100、1000倍。A/D 转换器输入信号范围±5V 或0～+10V 。B H5104板支持软件触发、定时触发和程控阈值电平触发3种A/D 电路启动转换工作方式。支持软件查询、DMA 、中断等数据传送方式。

4　谐波分析的基本原理

电网上或生产线上的电流信号通过B H5104板,经A/D 转换器后,得到采集的数字信号,分别存储于计算机中。再通过FFT 程序[4]计算后可得被测信号的各次谐波含量,同时还可以测出总谐波畸变率THD 。通过软件编程实现分析结果的显示及打印等。

5　程序设计

本系统选用Visual Basic 6.0软件开发虚拟仪器的前面板,并完成数据的采集与处理,虚拟谐波分析仪的设计界面如图2所示

。

图2　谐波自动测量系统界面6　数据实时处理

本系统设计中,为了提高数据吞吐率以及实现实

时数据处理(如随时取数、随时暂停设备、随时开始传输、随时存盘、随时显示波形、随时设备控制输出等功能),采用一种最新、最灵活的设计思想,即数据采集传输和数据处理相独立的思想。用本文所创建的设备对象在Windows 系统空间里开辟一个固定长度128K B ,且连续的非分页环形内存池Buffer ,这个内

存池与用户数据缓冲区相独立,设备对象在后台只负责数据采集和传输,并将其数据填充在环形内存池中,且维护一个当前指针,它指向环形内存池中最新数据的位置(用户可以通过GetBu 2ffer IndexAD 捕获这个指针),如图3所示

。

图3　环形内存池指针一个周期内的流向

7　结 论

本文通过VB 编程方法实现虚拟谐波分析功能的

开发。系统界面友好,操作方便,测量准确,本系统可测量电网或生产线上的通电电流波形、各次谐波分量、频率、幅值、有效值等参数。本系统已应用于福州某电子节能灯生产线上测量电子节能灯的通电电流波形、各谐波分量、频率、幅值、有效值等参数,对FZZN18W 型电子节能灯的测量结果如图4所示。本系统测量的结果与青岛青智仪表公司的8793A 型节能灯专用测量仪的测量结果误差在1%以内,取得良好的测量效果。

本系统的开发方法具有较高的借鉴作用。

图4　FZZN18W 型电子节能灯的测量结果

参考文献

[1]　杨乐平.虚拟仪器技术概念[M ].北京:电子工业出版

社,2003.

[2]　秦树人.虚拟仪器[M ].北京:中国计量出版社,2004.[3]　卢晓红,麻硕士,贾振元.虚拟波形发生器的研究与开

发[J ].仪器仪表学报(增刊III ),2006,27(6):

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[4]　孙金甫,李兰芳,刘开培.基于FFT 和小波变换的电能

质量分析方法[J ].仪器仪表学报(增刊上),2005,26

(8):1152116.