一、基本概念:Hz是周期的倒數(shù),也就是每秒鐘的運(yùn)行周期次數(shù),因此單位是1/s。(1代表周期個(gè)數(shù)的單位)
Sps是采樣率,是每秒鐘采樣點(diǎn)的數(shù)量,Sp代表采樣點(diǎn)數(shù)。在采樣時(shí),1個(gè)Sample就是的采樣的一個(gè)周期。因此,兩個(gè)單位在數(shù)值上應(yīng)該是相等的,不同的話就是頻率Hz可以是小數(shù)而采樣率S/s一定是整數(shù)。1KSPS=1KHz 1MSPS=1MHz,
例如現(xiàn)在微機(jī)繼電保護(hù)比較流行的AD芯片AD7656,指標(biāo)是最高吞吐率為250kSPS,就是說每秒鐘最多采樣250,000個(gè)點(diǎn)。
二、AD轉(zhuǎn)換器的選擇ADC(A/D轉(zhuǎn)換器)是數(shù)據(jù)采集電路的核心,在整個(gè)系統(tǒng)中占有重要的地位。沒有高精度ADC的保證,高次諧波的計(jì)算將毫無意義。ADC的選擇一般應(yīng)視具體的工程應(yīng)用而定,其原則通常有以下兩點(diǎn):
1、采樣精度ADC的采樣精度是電能質(zhì)量在線監(jiān)測精度的保證,沒有高精度的A/D轉(zhuǎn)換,裝置測量的精度無從談起。分辨率是決定A/D采樣精度的一個(gè)重要參數(shù),通常人們習(xí)慣用ADC輸出二數(shù)的位數(shù)來說明ADC對輸入信號的分辨能力。理論上講,n位輸出的ADC能區(qū)分 個(gè)不同等輸入模擬電壓,能區(qū)分輸入電壓的最小值為滿量程的 。
《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T 14549-93)附錄D5.3節(jié)中對A級諧波測量儀表的精度有明確要求,當(dāng)諧波電壓Uh小于標(biāo)稱電壓UN的百分之一時(shí),電壓允許誤差是0.05%,即Uh≤0.05%UN。也就是說ADC至少要能達(dá)到1/2000的分辨率,同時(shí),被測電流電壓信號都是雙極性信號,輸出數(shù)字信號中必定有一位符號位,這種情況下,12位ADC僅剛能在理論上滿足要求,14位ADC是最佳選擇。然而在實(shí)際應(yīng)用中,由于轉(zhuǎn)換誤差的存在,模數(shù)轉(zhuǎn)換不可能達(dá)到理想精度。為了提高裝置的性能及采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率,本裝置選用16位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
2、采樣速率A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率是選擇ADC的另一個(gè)重要的因素。為了降低頻率混疊成分,提高能正確分析的諧波次數(shù),需盡可能提高采樣率。但是提高采樣率又必需滿足下列條件:
①AD具有較短的轉(zhuǎn)換時(shí)間;
②AD具有較高的采樣轉(zhuǎn)換位數(shù),否則兩點(diǎn)之者的數(shù)據(jù)區(qū)分度不夠;
③最重要的也是最關(guān)鍵的一點(diǎn),軟件最長程序流程的執(zhí)行時(shí)間要求更短,須小于兩次采樣間隔時(shí)間,否則會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)阻塞和重疊。
采樣速率的高低主要取決于ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)。其中并行比較ADC的轉(zhuǎn)換速度最高,逐次比較型ADC次之,間接ADC速度最慢。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率與其轉(zhuǎn)換速率是相互制約的,ADC的分辨率越高,其轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間就越長,轉(zhuǎn)換速率也就越低。
例如設(shè)計(jì)的裝置檢測信號正常為工頻50Hz,每周波采集128個(gè)點(diǎn),采樣速率至少為50×128=6.4kSPS。綜合考慮采樣速度、精度要求、輸入模擬信號的范圍及輸入信號的極性等方面,本裝置最終選擇16位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7656。