【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種基于可編程約瑟夫森電壓標準的寬頻功率測量裝置及方法。
技術介紹
1、2019年5月20日，新的國際單位制(si)從正式實施，其基本單位來自一組物理常數，實現了量子化定義。在雙碳目標要求下，可再生能源等新型能源接入電網的需求不斷增加，我國新型電力系統“雙高”“雙峰”特征凸顯，要求電力計量標準與溯源體系向高精度、寬頻帶發展。隨著基本單位量子化變革，量子電壓與量子化霍爾電阻共同構成整個電學計量大廈的基石，進一步推進了精密電磁測量技術和溯源技術的發展。目前對于功率表的校準是要通過功率標準源進行的，而功率標準源輸出的標準功率的電壓、電流和相位角是否準確關系到對功率表校準的準確度，將基于量子電壓的交流功率測量方法與測量系統提上日程。
2、功率標準源需要具有多種頻率功率的輸出；然而，對于寬頻諧波功率的測量大多通過模數轉換器高速采集全波形后經傅里葉變換、小波變換等實現，但基于模數轉換器全波形采樣的功率計量性能會隨信號頻率的增高而明顯下降，且無法滿足目前扁平化溯源的需求。由于pjvs自身頻率限制，目前各國計量機構對交流量子功率測量的研究均集中在工頻信號，美國國家標準與技術研究院（national?institute?of?standards?andtechnology,nist）對功率標準源的校準還停留在對單一的工頻信號的校準方法，將功率標準源產生的兩路工頻電壓電流信號通過電壓放大器和跨導放大器轉換后施加于校準設備，將單個可編程約瑟夫森電壓標準（programjosephson?voltage?standard，pj
3、因此，將交流量子功率測量拓展至寬頻的主要難點為如何實現寬頻諧波電壓信號的高準確度測量以及如何搭建寬頻功率測量系統，該方面目前仍存在技術空缺。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供基于可編程約瑟夫森電壓標準的寬頻功率測量裝置及方法，克服可編程約瑟夫森電壓標準自身的頻率限制問題，設定待校準交流電壓、交流電流的交流頻率大于標準交流量子電壓的交流頻率，通過基于可編程約瑟夫森電壓標準的差分測量與下采樣方法的結合，實現寬頻功率的高準確度測量。
2、為了實現上述目的，本專利技術的方案是：
3、基于可編程約瑟夫森電壓標準的寬頻功率測量裝置，用于對功率標準源的校準，包括功率標準源模塊和可編程約瑟夫森電壓標準源，所述裝置還包括有任意波形發生器、電壓轉換模塊、電流轉換模塊、差分切換模塊、差分采樣器和上位控制機，其中：
4、所述可編程約瑟夫森電壓標準源產生一個臺階逼近型標準交流量子電壓，標準交流量子電壓輸出至差分切換模塊中差分比較器的一個比較輸入端；
5、所述功率標準源模塊為被校準功率標準源，所述被校準功率標準源輸出具有不同相位角的待校準交流電壓、交流電流，所述待校準交流電壓、交流電流經所述電壓轉換模塊、電流轉換模塊形成兩個與標準交流量子電壓幅值相等的定壓、定流信號，定壓、定流信號連接至差分切換模塊中切換開關的兩個輸入端，所述切換開關的輸出連接所述差分切換模塊中差分比較器的另一個比較輸入端，所述待校準交流電壓、交流電流的交流頻率 fac和相位角是由所述功率標準源確定的不限定為一種頻率的寬頻交流頻率 fac和相位角，并且，所述待校準交流電壓、交流電流的交流頻率 fac大于標準交流量子電壓的交流頻率 fpjvs，并與標準交流量子電壓的交流頻率 fpjvs呈正整數倍數關系；
6、所述差分切換模塊的輸出連接所述差分采樣器，差分采樣器將輸入的模擬信號轉換為數字信號輸出連接至上位控制機；
7、一個計數器輸出切換信號至所述差分切換模塊中切換開關的切換控制端，實現對定壓信號與所述標準交流量子電壓的差分信號，以及對定流信號與所述標準交流量子電壓的差分信號交替測量；
8、所述任意波形發生器根據功率標準源需求產生一個時鐘信號和一個方波信號，所述時鐘信號作為功率標準源的時鐘輸入連接所述功率標準源模塊，所述方波信號分別連接所述可編程約瑟夫森電壓標準源同步信號輸入端和所述計數器，方波信號上升沿觸發所述可編程約瑟夫森電壓標準源產生所述臺階逼近型標準交流量子電壓，所述方波信號的周期是1/（n× fpjvs），n為在標準交流量子電壓交流頻率一個周期交流波形內所含的臺階數，所述計數器對方波信號上升沿計數，當計數到達指定值 x× n時計數器輸出一個觸發信號使差分切換模塊切換輸出兩個所述差分信號，x是根據所需采集信號時長設定的標準交流量子電壓交流頻率周期數；
9、所述可編程約瑟夫森電壓標準源同步信號輸出端連接至功率標準源和差分采樣器，作為功率標準源同步輸出的觸發信號和差分采樣器同步采樣的觸發信號；
10、所述上位控制機根據同步獲取的兩個差分信號重構交流電壓波形和交流電流波形，將重構后得到的交流電壓有效值和交流電流有效值以及相位角與所述待校準具有相位角的交流電壓、交流電流比較實現對功率標準源的校準。
11、方案進一步是：所述上位控制機控制連接功率標準源模塊、任意波形發生器、差分切換模塊、差分采樣器和計數器。
12、方案進一步是：所述可編程約瑟夫森電壓標準源是基于外部時基信號產生一個臺階逼近型標準交流量子電壓，所述外部時基信號是10?mhz時鐘。
13、方案進一步是：所述任意波形發生器的型號為rigol?dg1022，所述計數器采用的型號為keysight?53220a，設置計數器為觸發計數模式，10?mhz時鐘同時連接任意波形發生器和計數器作為任意波形發生器和計數器的時鐘輸入。
14、方案進一步是：所述差分采樣器采用的是型號為pxi-5922的模數轉換器，所述差分采樣器時鐘輸入端連接任意波形發生器，由任意波形發生器產生差分采樣器所需的時鐘信號。
15、一種基于可編程約瑟夫森電壓標準的寬頻功率測量方法，包括上述的寬頻功率測量裝置本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于可編程約瑟夫森電壓標準的寬頻功率測量裝置，用于對功率標準源的校準，包括功率標準源模塊和可編程約瑟夫森電壓標準源，其特征在于：所述裝置還包括有任意波形發生器、電壓轉換模塊、電流轉換模塊、差分切換模塊、差分采樣器和上位控制機，其中：
2.根據權利要求1所述的寬頻功率測量裝置，其特征在于，所述上位控制機控制連接功率標準源模塊、任意波形發生器、差分切換模塊、差分采樣器和計數器。
3.根據權利要求1所述的寬頻功率測量裝置，其特征在于，所述可編程約瑟夫森電壓標準源是基于外部時基信號產生一個臺階逼近型標準交流量子電壓，所述外部時基信號是10MHz時鐘。
4.根據權利要求3所述的寬頻功率測量裝置，其特征在于，所述任意波形發生器的型號為RIGOL?DG1022，所述計數器采用的型號為Keysight?53220A，設置計數器為觸發計數模式，10?MHz時鐘同時連接任意波形發生器和計數器作為任意波形發生器和計數器的時鐘輸入。
5.根據權利要求1所述的寬頻功率測量裝置，其特征在于，所述差分采樣器采用的是型號為PXI-5922的模數轉換器，所述差分
6.一種基于可編程約瑟夫森電壓標準的寬頻功率測量方法，包括權利要求1所述的寬頻功率測量裝置，其特征在于：所述方法執行步驟包括：
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述將可編程約瑟夫森電壓標準源產生的臺階逼近型標準交流量子電壓的波形數據存入上位控制機，是通過存儲介質將從可編程約瑟夫森電壓標準源讀取的波形數據存入上位控制機。
8.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，在第三步，所述標準交流量子電壓交流頻率周期數x≥50。
9.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，在第四步，所述重構交流波形抽取的各臺階電壓值的有效計算點數中舍去每個臺階第一個交流波形的有效計算點數。
10.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述定壓信號與所述標準交流量子電壓的差分信號：是所述定壓信號與所述標準交流量子電壓同步測量的差分信號；所述定流信號與所述標準交流量子電壓的差分信號：是所述定流信號與所述標準交流量子電壓同步測量的差分信號。
...【技術特征摘要】
1.基于可編程約瑟夫森電壓標準的寬頻功率測量裝置，用于對功率標準源的校準，包括功率標準源模塊和可編程約瑟夫森電壓標準源，其特征在于：所述裝置還包括有任意波形發生器、電壓轉換模塊、電流轉換模塊、差分切換模塊、差分采樣器和上位控制機，其中：
2.根據權利要求1所述的寬頻功率測量裝置，其特征在于，所述上位控制機控制連接功率標準源模塊、任意波形發生器、差分切換模塊、差分采樣器和計數器。
3.根據權利要求1所述的寬頻功率測量裝置，其特征在于，所述可編程約瑟夫森電壓標準源是基于外部時基信號產生一個臺階逼近型標準交流量子電壓，所述外部時基信號是10mhz時鐘。
4.根據權利要求3所述的寬頻功率測量裝置，其特征在于，所述任意波形發生器的型號為rigol?dg1022，所述計數器采用的型號為keysight?53220a，設置計數器為觸發計數模式，10?mhz時鐘同時連接任意波形發生器和計數器作為任意波形發生器和計數器的時鐘輸入。
5.根據權利要求1所述的寬頻功率測量裝置，其特征在于，所述差分采樣器采用的是型號為pxi-5922的模數轉換...
【專利技術屬性】
技術研發人員：錢璐帥，賈依辰，施楊，王昊，周琨荔，趙建亭，楊雁，魯云峰，富雅瓊，屈繼峰，
申請(專利權)人：中國計量大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。