高精度大量程電流電壓的分級(jí)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于弱電電流、電壓信號(hào)的測(cè)量領(lǐng)域，特別適用大電流、大電壓信號(hào)的高精 度測(cè)量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)今弱電信號(hào)的電流電壓測(cè)量領(lǐng)域中，普遍采用萬用表、電流測(cè)量?jī)x等儀器進(jìn) 行測(cè)量。這些傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器由于受測(cè)量機(jī)理及器件性能的制約，無法同時(shí)兼顧量程與精 度，如對(duì)幅值超過1A的電流信號(hào)精確測(cè)量到pA級(jí)別。而在測(cè)量領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)這種"大幅值" 信號(hào)的高精度電流電壓檢測(cè)是十分必要的。
[0003] 經(jīng)查驗(yàn)相關(guān)文獻(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)?201410521569. 2,專利名稱：一種高精度電流 傳感器檢測(cè)電路及其檢測(cè)方法。該專利設(shè)計(jì)了一種由具有較大量程的第一電流傳感器和具 有較小量程的第二電流傳感器及ADC轉(zhuǎn)換器組成，該方法在大幅值信號(hào)時(shí)使用大量程傳感 器、在小幅值信號(hào)時(shí)使用小量程傳感器，無法對(duì)大量程信號(hào)進(jìn)行高精度測(cè)量。
[0004] 中國發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?201410182909. 3,專利名稱為：一種高精度電流檢測(cè)電路 及應(yīng)用該電路的限流裝置，該專利發(fā)明一種高精度電流檢測(cè)電路包括待測(cè)器件、放大器和 負(fù)載對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，但無法對(duì)大電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)無法完成大量程信號(hào)的高精度測(cè)量工作的問題， 提供了一種高精度大量程電流電壓的分級(jí)測(cè)量方法。
[0006] 本發(fā)明所述的高精度大量程電流電壓的分級(jí)測(cè)量方法，該方法利用n個(gè)不同量 程、不同精度的電流電壓傳感器對(duì)同一待測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；并將n個(gè)電流電壓傳感器按測(cè) 量精度由低到高的順序進(jìn)行排序依次測(cè)量待測(cè)信號(hào)；
[0007] 該測(cè)量方法包括以下步驟：
[0008] 步驟一、上位機(jī)控制第1級(jí)電流電壓傳感器測(cè)量待測(cè)信號(hào)，測(cè)量結(jié)果去掉最后一 位誤差位后，獲取第1級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(1)，并上傳給上位機(jī)，第1級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(1)的精確 度為千分位；
[0009] 步驟二、上位機(jī)生成控制信號(hào)，通過電流電壓基準(zhǔn)源產(chǎn)生第1路補(bǔ)償信號(hào)，第1路 補(bǔ)償信號(hào)是與第1級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(1)同等幅值的信號(hào)，將待測(cè)信號(hào)與第1路補(bǔ)償信號(hào)作差 獲取第1路中間彳目號(hào)；
[0010] 步驟三、上位機(jī)控制第2級(jí)電流電壓傳感器測(cè)量待測(cè)信號(hào)，測(cè)量結(jié)果與第1路中間 信號(hào)作差，去掉最后一位誤差位后，獲取第2級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(2)，并上傳給上位機(jī)，第2級(jí)測(cè) 量結(jié)果Res(2)的精確度為千分位；
[0011] 步驟四、上位機(jī)生成控制信號(hào)，通過電流電壓基準(zhǔn)源產(chǎn)生第2路補(bǔ)償信號(hào)，第2路 補(bǔ)償信號(hào)是第1級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(1)與第2級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(2)相加的和信號(hào)，將待測(cè)信號(hào) 與第2路補(bǔ)償信號(hào)作差獲取第2路中間信號(hào)；
[0012] 按照步驟三和步驟四的過程完成其它電流電壓傳感器測(cè)量，然后執(zhí)行步驟五；
[0013] 步驟五、由上位機(jī)將多級(jí)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理，并輸出最終測(cè)量結(jié)果Res_final:
[0014]
[0015] 其中：Res_bias為電流電壓基準(zhǔn)源輸出信號(hào)偏差。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明所述基于分級(jí)測(cè)量策略的高精度大量程電流電壓測(cè)量方法 精度高、量程大，采用分級(jí)測(cè)量的策略，在測(cè)量量程大的同時(shí)，保證了極高的測(cè)量精度。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明所述的高精度大量程電流電壓分級(jí)測(cè)量方法的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0018] 一：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的高精度大量 程電流電壓的分級(jí)測(cè)量方法，該方法利用n個(gè)不同量程、不同精度的電流電壓傳感器對(duì)同 一待測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；并將n個(gè)電流電壓傳感器按測(cè)量精度由低到高的順序進(jìn)行排序依次 測(cè)量待測(cè)信號(hào)；
[0019] 該測(cè)量方法包括以下步驟：
[0020] 步驟一、上位機(jī)控制第1級(jí)電流電壓傳感器測(cè)量待測(cè)信號(hào)，測(cè)量結(jié)果去掉最后一 位誤差位后，獲取第1級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(1)，并上傳給上位機(jī)，第1級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(1)的精確 度為千分位；
[0021] 步驟二、上位機(jī)生成控制信號(hào)，通過電流電壓基準(zhǔn)源產(chǎn)生第1路補(bǔ)償信號(hào)，第1路 補(bǔ)償信號(hào)是與第1級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(1)同等幅值的信號(hào)，將待測(cè)信號(hào)與第1路補(bǔ)償信號(hào)作差 獲取第1路中間彳目號(hào)；
[0022] 步驟三、上位機(jī)控制第2級(jí)電流電壓傳感器測(cè)量待測(cè)信號(hào)，測(cè)量結(jié)果與第1路中間 信號(hào)作差，去掉最后一位誤差位后，獲取第2級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(2)，并上傳給上位機(jī)，第2級(jí)測(cè) 量結(jié)果Res(2)的精確度為千分位；
[0023] 步驟四、上位機(jī)生成控制信號(hào)，通過電流電壓基準(zhǔn)源產(chǎn)生第2路補(bǔ)償信號(hào)，第2路 補(bǔ)償信號(hào)是第1級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(1)與第2級(jí)測(cè)量結(jié)果Res(2)相加的和信號(hào)，將待測(cè)信號(hào) 與第2路補(bǔ)償信號(hào)作差獲取第2路中間信號(hào)；
[0024] 按照步驟三和步驟四的過程完成其它電流電壓傳感器測(cè)量，然后執(zhí)行步驟五；
[0025] 步驟五、由上位機(jī)將多級(jí)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理，并輸出最終測(cè)量結(jié)果Res_final:
[0026]
[0027] 其中：Res_bias為電流電壓基準(zhǔn)源輸出信號(hào)偏差。
[0028] 電流測(cè)量精度從低到高依次為MA、kA、A、mA、yA、pA;電壓測(cè)量精度從低到高依次 為MV、kV、V、mV、yV、pV〇
[0029] 本實(shí)施方式的方案包括各級(jí)測(cè)量部件、高精度電流電壓基準(zhǔn)源、上位機(jī)三個(gè)部分。
[0030] 所述各級(jí)測(cè)量部件由若干不同量程、不同精度的電流電壓傳感器組成，量程越大、 精度越低的傳感器所處測(cè)量順序越靠前。再通過與基準(zhǔn)源部分、外圍電路部分和上位機(jī)部 分進(jìn)行配合實(shí)施分級(jí)測(cè)量策略，從而實(shí)現(xiàn)大電流、大電壓信號(hào)的高精度測(cè)量。
[0031] 電流電壓基準(zhǔn)源為一個(gè)或幾個(gè)高精度的電流或電壓源，作為分級(jí)測(cè)量策略中的基 準(zhǔn)源對(duì)實(shí)際需測(cè)信號(hào)進(jìn)行各測(cè)量部分的補(bǔ)償。
[0032] 上位機(jī)接收各級(jí)測(cè)量部件的測(cè)量結(jié)果并對(duì)各部分結(jié)果進(jìn)行拼接和整合從而給出 最終完整的測(cè)量結(jié)果；并在各個(gè)測(cè)量階段中控制電流電壓基準(zhǔn)源對(duì)需測(cè)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ) 償。
[0033] 使用分級(jí)測(cè)量的策略，即先由量程大、精度低的初級(jí)傳感器開始測(cè)量并取結(jié)果中 的精確部分，后通過電流電壓基準(zhǔn)源將實(shí)測(cè)信號(hào)中的已確定的精確部分進(jìn)行補(bǔ)償，并對(duì)剩 余信號(hào)進(jìn)行下一級(jí)的測(cè)量直至量程最小、精度最高的傳感器測(cè)量結(jié)束，再進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，從 而實(shí)現(xiàn)對(duì)弱電領(lǐng)域的大電流、大電壓信號(hào)的高精度測(cè)量。
[0034] 如圖1所示，先由測(cè)量范圍最大、分辨率最低的測(cè)量部件1對(duì)待測(cè)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量， 選取其中精確的部分作為測(cè)量結(jié)果的第一部分一一測(cè)量結(jié)果1，