[发明专利]自适应周期的频率测量系统与方法

说明书

一种自适应周期的频率测量系统与方法，包括频率测量接口、滤波与整形模块、信号测量模块、高稳温补晶振以及通信模块与接口。其中，频率测量接口用于输入被测信号；滤波与整形模块用于滤除测量范围外的干扰信号，并将滤除后的信号转化为方波信号；信号测量模块，用于捕获方波信号的信号边沿，进行脉冲计数和频率计算，采样信号周期数根据被测信号频率进行动态适应调节；以及通信模块与接口，用于传输频率数据。本发明的自适应周期的频率测量系统采用多周期同步频率测量方法对待测信号进行采样测量，采样信号周期数根据信号频率进行动态适应调节，在保证测量精度与响应速度的同时拓展系统测频范围。

技术领域

本发明属于传感器仪表技术与测控领域技术领域，具体涉及一种自适应周期的频率测量系统与方法。

背景技术

航空领域对数据采集的速率和精度要求均较高。如，航空用谐振式压力传感器频率采集速率要求50次/秒，传感器频率测量精度优于±0.1Hz。由于谐振式压力传感器工作原理的特殊性，其输出频率直接表征压力示值，因而具有相对较宽的频率变化范围，通常居于40～150kHz频率范围。因此需要在较宽的频率范围和较短采样时间要求下，实现高精度频率测量的方法。

传统的测频方法包括测周法和计数法两种。测周法适用于低频段信号，频率越低，测量相对精度越高，但响应速度慢；计数法适用于高频段，频率越高，测量相对精度越高。为兼顾测量精度与响应速度的问题，发展出了多周期同步测频法。它是在指定信号周期内同时对待测信号和标准信号进行计数，根据待测信号和标准信号的计数值求解被测信号频率的方法。通常情况下，多周期同步测频法采用固定的周期值对待测信号进行测量，因而不同频率信号将占用不同采样时间，导致其测量误差与频率信号本身相关。此外在数字信号处理过程中的一个主要误差来源是数字信号的计数误差。为减小测量误差，通常需要延长采样时间，实现计数误差的平均效果，从而导致其测量响应速度变慢。文献表明，在相对精度为10^-6条件下，对应的采样时间为0.1s。因此，为同时保证响应速度和测频精度还需要新的测试方法与技术。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自适应周期的频率测量系统与方法，以便解决上述问题的至少之一。

本发明是通过如下技术方案实现的：

作为本发明的一个方面，提供一种自适应周期的频率测量系统，包括：频率测量接口，用于输入被测信号，且能够避免被测信号接入时对被测信号产生影响；滤波与整形模块，用于滤除从所述频率测量接口输入的信号中频率测量范围外的干扰信号，并将滤除后的信号转化为方波信号；信号测量模块，用于捕获经过所述滤波与整形模块转化的方波信号的信号边沿，进行脉冲计数和频率计算，所述信号测量模块具备捕获信号边沿同时锁存计数器寄存器的功能，采样信号周期数根据被测信号频率进行动态适应调节；高稳温补晶振，用于提供精准脉冲信号，供信号测量模块进行脉冲计数，作为频率测量的时间源；以及通信模块与接口，用于传输所述信号测量模块测量出的频率数据，实现所述频率测量系统与用户的交互。

优选地，所述频率测量接口为高阻态输入接口。

优选地，所述信号测量模块为MCU模块或FPGA模块。

优选地，所述MCU模块为支持输入捕获定时器配置的系列产品。

优选地，所述高稳温补晶振的频率值不超过所述MCU模块所支持的最大频率，以满足所支持最大频率为宜；其温度范围为涵盖所述测量系统使用温度的范围；其频率稳定度应至少2倍于频率测量系统的相对准确度；其输出信号为方波信号，且为MCU模块所支持的逻辑电平。