攝譜儀器在變流電荷數字搜集中運用
1.采樣頻率的選擇在交流采樣技術中，為了防止“頻率混疊”現象出現，使采樣信號能夠不失真還原，根據奈奎斯特采樣定理，高頻率fh的2倍，即fs≥2fh。但是采樣頻率選擇得過高，即采樣間隔小，每個采樣周期采樣點數過多，則會造成數據存儲量過大和計算時間過長。
2.電壓、電流的采樣根據周期連續函數的有效值及平均功率的定義，將連續函數離散化，可得到電壓、電流表達式為式中，N為每周期均勻采樣總數；Uk，ik為第k點電壓、電流采樣瞬時值。
3.相位測量同時對兩個同頻信號x1（t）、x2（t）采樣，得時間序x1（k）、x2（k），k＝0，1，2，…N－1求出它們的基波傅里葉系數a11、b11及a12、b12，計算式為分別求出兩個同頻信號的初相位ψ11、ψ12ψ11＝arctgψ12＝arctg最后兩個信號的相位差ψ是名個信號的相位角之差，即：ψ＝ψ11－ψ12。
4.失真度測量通常將信號波形相對某一比較波形出現差異的現象叫做信號畸變。
我國電力部門對電網波形失真規定，對6～10kV等級的電網，規定電網電壓失真度不能超過4％。
輸出波形的畸變常用動態頻率誤差來描述，因為這種波形畸變產生的主要原因是測量系統本身動態性能不理想，頻帶不夠寬所致。但該問題可以采用補償法給予修正。
為防止泄漏，應使截取信號長度tp為信號周期T的整數倍，即：tp＝NT（N為正整數）。在tp＝NT時間內的采樣點數N要足夠多，以使獲得的譜線數n＝1（基波）至n＝N／2（最高諧波次數）滿足失真度分析精度的要求。
5.功率、視在功率、有功功率、無功功率測量功率、視在功率、有功功率、無功功率可直接按電工公式得到，在此省略。
數據采集系統的基本結構數據采集就是將外部電壓、電流、溫度、壓力等物理信號進行數字量化后送入計算機系統進行處理的過程。計算機數據采集系統的基本結構如所示。
連續的模擬輸入信號先經過一個低通濾波電路濾波，然后由采樣保持器（Sampling－and－HoldingAmplifier，SHA）每隔一個采樣間隔采集保存一個信號量，再由模數轉換器量化為二進制碼，即計算機可接受的數字信號，接著轉換的數據經過各種途徑進入計算機系統進行處理。
計算機數據采集系統由傳感器、信號調理、數據采集硬件、數據傳輸總線、計算機主機和軟件組成，簡要介紹如下。
1）傳感器把各種需采集的物理信號轉換成電信號。
2）信號調理從傳感器輸出的信號必須經過調理才能夠進入數據采集部分。
3）數據采集硬件包括采樣保持器和模數轉換器，是決定采集系統性能的核心。
4）數據傳送總線數據采集單元和計算機通過各種總線實現連接，各種總線的數據寬度、頻率、傳輸協議等決定數據傳輸的快慢和采集卡在系統中的使用性能。
5）軟件由驅動軟件和應用軟件組成。驅動軟件管理著系統的操作以及計算機資源的組合，是驅動硬件工作，發揮其作用的關鍵。應用軟件是一般計算機數據采集系統區別于虛擬儀器的關鍵所在：一般計算機數據采集系統應用軟件開發環境為普通高級語言開發環境，虛擬儀器應用軟件開發環境為專門的虛擬儀器開發環境，其選擇是否恰當與虛擬儀器系統功能是否容易實現有密切關系。
1.數據采集總體方案a11b11a12b12前置電路采樣保持器ADC計算機總線計算機存儲器數據采集系統基本結構1N∑Nk＝1uk2U＝1N∑Nk＝1ik2I＝Nk＝0N2∑N－1x1（k）coska11＝2πNk＝0N2∑N－1x2（k）coska12＝2πNk＝0N2∑N－1x1（k）sinkb11＝2πNk＝0N2∑N－1x2（k）sinkb12＝2π輯在硬件結構上，該測試系統可以看成計算機數據采集系統，因此，其硬件構成主要由前端信號調理板和數據采集卡兩部分。在軟件構成上，需要進行設備驅動程序的設計和運用虛擬儀器開發環境進行虛擬面板的開發，總體設計框圖如所示。
2.數據采集卡的設計（1）數據傳送電路方案的選定目前，三種數據傳送方式較為常見：基于PCI總線的傳輸電路、基于USB總線的傳輸電路和基于ISA總線的傳輸電路。基于PCI總線數據傳輸是當前流行的接口方式，具有數據傳輸速度快、數據吞吐量大、中斷設置靈活等優點，但PCI總線結構和協議復雜；基于USB2.0總線數據傳輸是今后的發展方向，具有傳輸接口簡單、支持即插即用等優點，但軟件協議復雜；基于ISA總線數據傳輸是目前在工業控制領域里仍廣泛采用的方案，具有協議簡單，設計簡單，開發周期短，開發難度低，數據傳輸速度較快等優點。因此，選擇ISA總線數據傳輸方案。
（2）硬件同步采集方案選擇解決同步采樣和鎖相問題是解決電力系統各種測量問題的基本保證。為了保證對采集的交流電信號進行FFT分析的精度，必須使FFT的計算周期與信號周期同步，否則將引起較大誤差；當對電力信號所采集的N個等間隔樣本點并不恰好均勻地分布在一個整周波內時，就會造成測量誤差。因此，硬件同步采集方案采用同步采集技術和頻率跟蹤鎖相技術來實現。
（3）數據讀入方式選擇數據采集電路將調理后的現場信號以一定頻率進行采集并存儲在片內或片外的緩存器后，需要盡快地通知PC總線，以便PC機能及時地將數據取走，有以下三種方式。
1）查詢方式通過程序依次查詢某地址單元，然后讀取數據，編程雖簡單，但實時性差，在此不宜采用。
2）DMA方式將外部存儲器地址與PC機內存統一編址，易實現高速數據傳輸，CPU負擔最小，數據吞吐量最大，但需DMA芯片支持，硬件電路實現相對復雜。
3）中斷方式數據轉換完成后，以硬中斷信號的方式，通知PC機讀取，具有執行速度快，可實時處理，不占用CPU過多時間等優點。
綜合上面三種方式，我們選擇基于PC中斷方式讀取數據。
3.軟件方案設計在虛擬儀器的概念中，“軟件就是儀器”。虛擬儀器系統所用的軟件，除了計算機所必須的操作系統等基本軟件外，還需要設備驅動程序軟件和用戶應用程序。
目前有兩種較流行的虛擬儀器開發環境：傳統高級編程語言，如VB、VC＋＋等；可視化圖形編程語言，如LabVIEW、HPVEE等。采用傳統語言作為虛擬儀器開發環境，不僅復雜，而且有些功能無法實現，源代碼效率低，從開發效率和效果看，不是最佳方案。為此采用美國NI公司的LabVIEW來編制虛擬儀器系統應用程序，而與數據采集卡驅動程序的通信采用Windows環境下動態鏈接庫（DLL）實現，這樣不僅可以實現較復雜的接口功能，而且還可以發揮LabVIEW應用的靈活性，使得虛擬儀器開發起來簡單快捷。
LabVIEW是專門用于虛擬儀器開發的圖形化軟件編程平臺，目前最新版本為8.0.在這個平臺上，各專業領域的工程師、科學家們通過定義和連接代表各種功能模塊的圖標來方便迅速地建立高水平的應用程序。
在這個軟件環境中，提供了一種像數據流一樣的編程模式，用戶只要連接各個邏輯框圖即可構成程序。同時，還以圖形方式提供了大量的波形顯示和信號分析處理程序庫，利用此軟件平臺可大大縮短虛擬儀器測控軟件的開發時間，而且在這個平臺上用戶可以建立自己的測試方案。http://www.pc256.com
