【技术实现步骤摘要】
本申请涉及高精度测量，尤其是涉及一种单通道双增益的高精度测量方法、系统、设备及介质。
技术介绍
1、电力系统智能配电终端与柱上高压开关配套，通过传感器将电网的相电压、零序电压和相电流、零序电流等一次大信号转换为智能终端可采集的二次小信号，其中采样信号的输入信号幅度在不同工况下可能区别很大。例如正常运行时的轻载状态，二次信号幅值可能为0.1倍额定，而对于故障状况，二次信号幅值可能为20倍额定，但仍要求系统对0.001倍额定的变化做出响应；如图1所示的超量程信号，图1中的信号测量量程较小，其考虑一个来自传感器的输入信号，其相对于输入范围一般非常小，但可能超量程(例如启动期间或故障状况下)，相对于故障状况，继电器保护应用的信号量程一般很小，但用户可能希望同时测量标称状况和故障状况。
2、而现有的单通道单增益方案只能配置一个采样通道作为信号检测，如图2所示，一路交流信号，经过两级预调理放大器(图2中的u22c和u22d)后，到达要采样的adc输入端。
3、目前，数据采集系统主要采用先放大再滤波，最后采样量化的方式，当数据采集系统要求分辨率很高时，基于传统的方法会遇到奈奎斯特抽样速率的瓶颈问题与adc位数及价格的制约；以电压为正弦波1mv至20v的工业控制为例：16位转换器系统，波峰值为+32767，波谷值为-32767，则该信号的理论分辨率是√2*20000/32767＝0.863mv，根据应用的精度要求，用户可能希望精度高于0.5s，而转换器之前调理信号本身的不精确性，即累积噪声，很难达到0.5s的需求。>
4、综上所述，数据采集系统存在有信号的测量量程较小，且信号的解析精度较低的缺陷，亟需进行改进。
技术实现思路
1、为了能够同时测量信号的标称状况和故障状况，提供更宽的信号测量量程，提高信号解析精度，本申请提供一种单通道双增益的高精度测量方法、系统、设备及介质。
2、第一方面，本申请的专利技术目的采用如下技术方案实现：
3、一种单通道双增益的高精度测量方法，包括：
4、设定过采样率，基于所述过采样率对模拟输入信号进行过采样时，实现达到预设高数值的信噪比；所述过采样率与信号采样频率、奈奎斯特频率之间存在关联映射；
5、将两个模数转换器通道合并以对同一模拟输入信号进行采样；两个所述模数转换器的通道均设有编程增益放大器，配置成可接收不同数值大小的输入信号采样操作，并使用不同的增益级别扩展模数转换器的信号捕获范围；
6、在执行信号采样时，基于所述过采样率和不同数值的信号输入范围进行信号采样操作。
7、通过采用上述技术方案，本专利技术提供一种单通道双增益的高精度信号测量方法，为实现能够同时测量信号的标称状况和故障状况，提供更宽的信号测量量程，提高信号解析精度的目的，本专利技术利用模数转换器(如ad7616)通过设定过采样率，对模拟输入信号进行过采样以实现高达预设高数值的信噪比(如采用ad7616的16位转换器系统的信噪比达到92.9db)，并通过该过采样率表示信号采样频率和奈奎斯特频率之间的关联映射；在实际应用中，适当增大采样率可减小系统中的噪声的功率，且过采样并不会影响信号的功率，所以过采样在减小噪声功率且不影响信号功率的条件下实现了信噪比的提高，以确保采样测量精度达到更高的信噪比；同时通过将两个模数转换器合并以对同一模拟输入信号进行采样，并通过使用不同的增益，实现较大动态范围，具体地，通过单通道双增益实现最高dr(动态范围)是指利用单个通道内的不同增益设置来扩展adc(模数转换器)能够捕获的信号范围，从而提高整体的动态范围适用于同时测量大范围和小范围信号的应用；其中，模数转换器的通道均设有编程增益放大器，配置成可接收不同数值大小的输入信号采样操作，即通过较小的adc通道配置电压范围，能够检测系统过压和过流状况，通过较大的adc通道配置电压输入范围，以捕获故障状况的量程幅度，从而本专利技术通过更高信噪比、更宽动态范围的配置、测量方法使得较小输入信号和较大输入信号能够同时解析到所需的测量精度。
8、本申请在一较佳示例中：所述两个所述模数转换器的通道均设有编程增益放大器，配置成可接收不同数值大小的输入信号，并使用不同的增益级别扩展模数转换器的信号捕获范围之后，还包括：
9、设定第一增益阈值和第二增益阈值并分别与两个模数转换器进行一一对应关联；
10、通过所述第一增益阈值和第二增益阈值动态调整单通道双增益系统的增益值；
11、所述通过所述第一增益阈值和第二增益阈值动态调整单通道测量系统的增益值，包括：在基于所述过采样率和不同数值的信号输入范围进行信号采样操作之后，对采样得到的输入信号进行快速傅里叶变换和增益计算，得到信号幅值；
12、将所述信号幅值分别与第一增益阈值和第二增益阈值进行比对，得到比对结果，基于所述比对结果自动切换对应的模拟输入增益端。
13、通过采用上述技术方案，编程增益放大器(pga，programmable gain amplifier)可以由外部信号或程序控制器增益的放大器，以便于根据精度测量需求调整方法倍数，本专利技术将pga应用在调整模数转换器(adc)的输入信号的增益，有利于确保输入信号在模数转换器的线性范围内；第一增益阈值和第二增益阈值是设定的参考值，可根据当前的单通道双增益系统的参数进行适应性参数定义，本专利技术通过比较输入信号的幅值与增益阈值，决定是够以及如何调整编程增益放大器的增益；快速傅里叶变换(fft，fast fouriertransform)用于分析采样后的信号频谱，确定信号的幅值，本专利技术通过fft和增益计算，可以准确评估信号的强度，并据此调整增益，确保信号始终处于最优处理状态，既不过载也不失真。
14、本申请在一较佳示例中：所述过采样率与信号采样频率、奈奎斯特频率之间存在关联映射，包括：
15、基于公式(1)表征过采样率osr与信号采样频率fs、奈奎斯特频率fm：
16、
17、单通道测量系统的白噪声功率基于公式(2)计算：
18、
19、式中，erms为噪声的平均功率。
20、通过采用上述技术方案，过采样率表示了采样过程中采样点数相对于最低必要采样点数的倍数；通过提高采样频率，可以有效提高信号的信噪比；白噪声功率是单位带宽内的噪声功率，用于描述系统中的噪声水平，通过合理选择过采样率和计算白噪声功率，能够实现对模拟输入信号的高精度测量，白噪声功率的计算为噪声抑制提供了数据依据。
21、本申请在一较佳示例中：基于公式(3)确定过采样率：
22、fos＝4w*fs (3)
23、式中，fos为过采样频率，w为额外增加的分辨率位数；过采样率osr取值4。
24、通过采用上述技术方案，在实际应用时，可设置w为1，通过公式(3)计算过采样频率，确定实际的采样频率；通过合理选择过采样率和额外增加的分辨率位数，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单通道双增益的高精度测量方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种单通道双增益的高精度测量方法，其特征在于，所述两个所述模数转换器的通道均设有编程增益放大器，配置成可接收不同数值大小的输入信号，并使用不同的增益级别扩展模数转换器的信号捕获范围之后，还包括：
3.根据权利要求1所述的一种单通道双增益的高精度测量方法，其特征在于，所述过采样率与信号采样频率、奈奎斯特频率之间存在关联映射，包括：
4.根据权利要求3所述的一种单通道双增益的高精度测量方法，其特征在于，基于公式(3)确定过采样率：
5.根据权利要求4所述的一种单通道双增益的高精度测量方法，其特征在于，所述模数转换器为AD7616；W取值1；
6.根据权利要求2所述的一种单通道双增益的高精度测量方法，其特征在于，所述将所述信号幅值分别与第一增益阈值和第二增益阈值进行比对，得到比对结果，基于所述比对结果自动切换对应的模拟输入增益端，包括：
7.根据权利要求6所述的一种单通道双增益的高精度测量方法，其特征在于，所述方法还包括：
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