基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法

摘要

本发明提供一种基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法。本发明检测方法依据交流量信号及其经模数转换设备输出的物理层交流采样值信号，通过采样值信息获取且采样值信号再经数模转换还原为模拟量，以模数转换设备的模数转换迟延时间开关响应检测为基础，根据交流量信号、采样值信号、模拟量信号之间的实时响应特性检测，以及采样值信号及其携带信息的物理一致性检验，并综合采样值信号暂态的准同步特性与量测信息进行测算，可检验交流模数转换设备的交流信号至采样值转换的迟延时间、暂态测量准确性及其秒时域误差分布。该方法是目前交流稳态信号数字化采样检测方法的补充与完善，可深化交流信号数字化采样技术的物理溯源程度。

主权项

一种基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法，其特征在于：用到交流模数转换设备(1)、标准交流信号源(2)、示波器(3)、采样值数模转换器(4)、网络信号分析仪(5)、光电转换器(6)、电路连接器(7)以及光纤(9)，标准交流信号源(2)的交流信号输出口(21)与交流模数转换设备(1)的交流信号输入口(11)与示波器(3)的第一通道输入口(31)之间串联或并联，交流模数转换设备(1)的光信号通信输出口(12)与光电转换器(6)的光信号通信输入口(61)之间由光纤(9)连接，光电转换器(6)的电信号通信输出口(62)连接至示波器(3)的第二通道输入口(32)和电路连接器(7)的第三接口(73)，电路连接器(7)的第一接口(71)连接至采样值数模转换器(4)的电信号通信输入口(41)和网络信号分析仪(5)的电信号通信输入口(52)，采样值数模转换器(4)的标记脉冲信号输出口(42)和模拟量信号输出口(43)分别连接至示波器(3)的第四通道输入口(34)和第五通道输入口(35)，网络信号分析仪(5)的标记脉冲信号输出口(53)连接至示波器(3)的第六通道输入口(36)，网络信号分析仪(5)的电信号通信输出口(51)连接至示波器(3)的第三通道输入口(33)、光电转换器(6)的电信号通信输入口(63)和电路连接器(7)的第二接口(72)；所测试的交流模数转换设备实时响应能力的模数转换迟延偏差ΔT_DLY及模数转换准同步量测偏差ΔU_QSyn，经过以下步骤检出：步骤171：在标准交流信号源(2)设置交流信号输出口(21)输出的AC交流信号：置AC信号频率为f，若为交流电压信号ū则最大幅值为U且交流信号输出口(21)与交流信号输入口(11)和示波器(3)的第一通道输入口(31)之间为并联；若为交流电流信号ī则最大幅值为I且交流信号输出口(21)与交流信号输入口(11)和示波器(3)的第一通道输入口(31)之间为串联；并可知AC信号的半周期时间(ΔT/2)与半波参比基准积分值U_ST；步骤172：在交流模数转换设备(1)的人机接口(15)设置：模数转换系数(k)为1，采样值信号SV每秒时段内等间隔发送次数f_SV为10×f，SV的帧信息的模数转换迟延信息Dly置为常数C，每秒时段内顺次SV的帧信息的序号值信息Num为0至(f_SV‑1)；可知交流模数转换设备(1)的光信号通信输出口(12)或光电转换器(6)的电信号通信输出口(62)输出的SV采样间隔平均时间(δt)为1/f_SV；SV输出时刻的帧信息中的量测值信息Val，为该时刻模数转换迟延时间Δt_AD前的交流信号输入口(11)的AC信号瞬时量测信息；步骤173：在采样值数模转换器(4)的人机接口(45)设置：置数模转换系数(k')为1，电信号通信输入口(41)接收到SV后由标记脉冲信号输出口(42)输出标记脉冲、由模拟量信号输出口(43)输出模拟量；其中，采样值数模转换器(4)电信号通信输入口(41)接收到SV后，经标记脉冲响应时间Δt_RD将由标记脉冲信号输出口(42)输出标记脉冲，经数模转换阶跃响应时间Δt_DA并按照SV的Val值将由模拟量信号输出口(43)输出模拟量；步骤174：在网络信号分析仪(5)的人机接口(55)设置捕获某交流半波暂态过程SV数据：指定Num为n的SV为首个SV、Num为(n+5)的SV为SV'，若经电信号通信输入口(52)收到首个SV时则由标记脉冲信号输出口(53)的标记脉冲信号上升沿(53a)指向首个SV，并记录下Num为n的首个SV直至Num为(n+5)的SV'的数据组〔Num、Dly、Val〕；其中，标记脉冲信号输出口(53)的标记脉冲信号上升沿(53a)响应电信号通信输入口(52)接收首个SV结束时刻(52a)的响应时间为Δt_RN；步骤175：在示波器(3)设置：置显示与记录的时间域，由第六通道输入口(36)输入的网络信号分析仪(5)标记脉冲信号输出口(53)输出的标记脉冲信号上升沿(53a)触发锁定显示与记录域；步骤181：电路连接器(7)内部将第一接口(71)仅与第三接口(73)连接；步骤182：标准交流信号源(2)启动输出AC交流信号，示波器(3)的第一通道输入口(31)监测交流模数转换设备(1)的交流信号输入口(11)输入的AC信号正确；步骤183：交流模数转换设备(1)启动交流信号输入口(11)至光信号通信输出口(12)并经光电转换器(6)的电信号通信输出口(62)输出的SV模数转换，示波器(3)的第二通道输入口(32)监测光电转换器(6)电信号通信输出口(62)的SV正常；步骤184：采样值数模转换器(4)启动数模转换，示波器(3)的第四通道输入口(34)监测采样值数模转换器(4)的标记脉冲信号输出口(42)信号输出正常、模拟量信号输出口(43)信号输出正常；步骤185：网络信号分析仪(5)启动判断接收指定的首个SV直至SV'暂态过程的数据；当网络信号分析仪(5)的电信号通信输入口(52)接收到首个SV时，则由标记脉冲信号输出口(53)的标记脉冲信号上升沿(53a)启动步骤186，同时记录下首个SV的Num为n、Dly为C、Val为u0的数据组〔n、C、u0〕；网络信号分析仪(5)继续记录后续由电信号通信输入口(52)接收的Num为(n+5)的SV直至SV'，并得到数据组〔(n+1)、C、u1〕直至〔(n+5)、C、u5〕的记录，网络信号分析仪(5)的人机接口(55)保持数据组的显示并暂停工作；步骤186：示波器(3)由第六通道输入口(36)输入的标记脉冲信号输出口(53)的标记脉冲信号上升沿(53a)锁定显示与记录时间域；由已知Δt_RN、Δt_RD、Δt_DA，可测得响应首个SV至SV'暂态过程的首个SV传输结束T1时刻的标记脉冲信号输出口(42)标记脉冲沿(42a)和模拟量信号输出口(43)模拟量变化沿(43a)时刻T2，并可测得响应SV'传输结束时刻T1'的标记脉冲信号输出口(42)标记脉冲沿(42a')和模拟量信号输出口(43)模拟量变化沿(43a')的时刻T2'，且T2与T1之差以及T2'与T1'之差应与已知的Δt_DA相符；检查模拟量信号输出口(43)响应T1时刻且由T2起始至T2'的暂态过程，响应首个SV的模拟量信号输出口(43)模拟量变化沿(43a)的起始点p的信号值u'0点至响应SV'的模拟量信号输出口(43)模拟量变化沿(43a')的信号值u'5点之间的模拟量信号趋势，应与网络信号分析仪(5)的人机接口(55)记录的u1至u5数据值相符；由第五通道输入口(35)滞后于第一通道输入口(31)信号波形的趋势一致性，可测得相对第五通道输入口(35)的u'0至u'5点暂态过程的第一通道输入口(31)的AC信号过零点c和过零时刻Tc，并可核查AC信号半波参比基准值U_ST的正确性；若检测交流模数转换设备(1)实时响应能力的暂态过程首个SV至SV'相对AC信号的ΔT_DLY、模数转换准同步量测偏差ΔU_QSyn，则分别转至步骤301、步骤351；步骤301：在第一通道输入口(31)的AC信号过零点c相应第五通道输入口(35)的模拟量信号输出口(43)模拟量信号趋势的u'4至u'5点的过零轴时间段，可依据网络信号分析仪(5)的人机接口(55)的显示值u4与u5，修正u'4、u'5点分别为a'、b'点，作过a'与b'点辅助连线并与零轴相交得模拟量信号输出口(43)信号暂态过程相对AC信号c点的过零测算点c'和过零时刻Tc'，可测算得模拟量信号输出口(43)输出响应交流信号输入口(11)输入AC信号的过零响应修正测算时间Δt_ZC＝Tc'‑Tc；步骤302：由已知的采样值数模转换器(4)的Δt_DA，可测算得交流模数转换设备(1)的模数转换迟延时间的修正测算值Δt_AD＝Δt_ZC‑Δt_DA；步骤303：由模数转换迟延时间的修正测算值Δt_AD，以及由网络信号分析仪(5)的人机接口(55)显示的模数转换迟延时间常数值C，可得交流模数转换设备(1)在首个SV至SV'相对交流信号AC的暂态过程模数转换迟延时间偏差ΔT_DLY＝Δt_AD‑C；ΔT_DLY包含了从交流模数转换设备(1)的光信号通信输出口(12)经光纤和光电转换器(6)的光信号通信输入口(61)至电信号通信输出口(62)的SV光电转换迟延时间不确定度，且不确定度小于光电转换器(6)由电信号通信输入口(63)至光信号通信输出口(64)、经光纤(9)以及光信号通信输入口(61)至电信号通信输出口(62)共同组成的整体信号传输迟延时间Δt_LE；步骤351：在示波器(3)，可根据第六通道输入口(36)的标记脉冲信号上升沿(53a)，得到第二通道输入口(32)的首个SV至SV'的暂态过程，并相应得到第四通道输入口(34)的首个SV传输结束T1时刻的标记脉冲信号输出口(42)标记脉冲沿(42a)至响应SV'传输结束时刻T1'的标记脉冲信号输出口(42)标记脉冲沿(42a')以及第五通道输入口(35)的u'0至u'5的信号实时响应过程，可测得首个SV至SV'的暂态过程共6个采样信号之间的5个实际间隔时间值且顺次为δt1至δt5；步骤352：由第二通道输入口(32)或第四通道输入口(34)或第五通道输入口(35)测得的δt1至δt5，以及由网络信号分析仪(5)的人机接口(55)显示的u0至u5，可测算得交流模数转换设备(1)的准同步采样量测积分值U_QSyn；步骤353：由U_QSyn以及U_ST，可得交流模数转换设备(1)在首个SV至SV'相对交流信号AC的暂态过程的准同步量测偏差ΔU_QSyn＝U_QSyn‑U_ST。