電能表計量、諧波分析等待應用場景需要用到交流采樣，相應地當采集的信號是變換平緩的直流信號時叫直流采樣。

1、采樣方法

一般交流采樣有三種方式：同步采樣法、非同步采樣法、準同步采樣法。

2、頻譜泄露問題

當交流信號經采樣、AD轉換后進行數字處理時, 由于計算機能處理的數據能力是有限, 分析時必須對連續的時域信號進行截斷和對連續的頻譜進行離散取樣處理。在這個近似處理過程中信號時域截斷引起了能量泄漏誤差,頻譜離散非同步取樣引起了柵欄效應誤差。如果這兩個誤差解決不好,會使計算結果和實際值出現較大偏差。在用算法計算信號頻譜前,對信號加窗是減小這種偏差的一種簡單有效的途徑。

3、同步采樣的問題

信號周期的測量不會絕對準確,并且信號周期有時還是變化

定時器的定時不可能絕對準確,其精度至少要受到最小定時單位分辨率的限制

ADC轉換、程序執行等都會產生時間延遲。

因為采樣同步偏差的存在,給頻譜分析帶來或多或少的誤差。為減少采樣同步偏差,可采用PLL?鎖相環的是硬件同步。

硬同步的方式：將待采樣的信號進過整形后送到PLL鎖相環倍頻，將PLL輸出的信號驅動ADC進行采集。

4、軟同步采樣

也可以叫軟同步，通過軟件算法和代碼動態調節ADC的采樣時間間隔，例如，固定一周期波形要采集1024個點，那么可以通過測量待測波形的上一個運行周期時間T，將T作為本周期的參考時間，然后計算出本周期每個ADC采樣的間隔時間T/1024。這種方式不用PLL進行鎖相，通過動態調節ADC采樣率實現。要求是必須增加周期統計模塊。

5、加窗的用途

加窗主要是在FFT分析的時候用到，FFT分析準確的前提是待分析波形的ADC采樣值包括完整的N個波形，也就是波形的收尾是連接上的。FFT對離散的有限長度波形分析，其實就是對無窮的離散的波形加了一個矩形窗。加窗必然會對原始信號進行截斷。

加窗實際上就是對被分析信號在不同時刻加不同的權值，以使信號截斷的影響盡可能地小。窗口寬度和窗口形狀決定了窗函數的特征，基本要求是

【窗函數的頻譜主瓣寬度應盡可能小，主瓣與第一旁瓣的高度應盡可能大,并且旁瓣的衰減越快越好】

一般來說，主瓣寬度越小，頻率分辨率越高，但幅值精度降低主瓣與旁瓣的高度比越大，主瓣的寬度又會變大,提高了幅值的精度，但降低了頻率的分辨率。故需要靈活選擇最佳匹配。應用于諧波測量中的窗函數有很多，如矩形窗、三角窗、漢寧窗一升余弦窗、海明窗一改進的升余弦窗、布萊克曼窗以及凱澤一貝塞爾窗等。

加窗函數則是把時域被測函數與某種低旁瓣特性的函數相乘之后，再進行所需的數據運算或處理。采用這種方法的優點是采樣周期不要求與被測信號周期嚴格同步,但它以較長的測量時間為代價，而且也會帶來有效頻率加寬或變模糊等不良后果。窗函數的基本指標是中心峰寬和旁瓣衰減。中心峰的寬度越窄，旁瓣衰減程度越大，對頻譜的分辨能力越強，因而越有助于抑制頻譜泄露。

在信號測量中應用較多的主要有三種：

• 第一種窗具有旁瓣幟值衰減最快的特點,如hanning窗、blackman窗、rife-vincent窗等;?
• 第二種窗在旁瓣幅值一定時具有最小的主瓣寬度,如hamming窗、rife-vincent窗、dolplychebyshev窗、blackman-harries一窗等
• 第三種則是上面兩種的折衷,如rife-vincent窗等。

矩形窗過渡帶窄,但紋波較大海明窗平滑,但過渡帶變寬,泄漏大。由于各種窗的選擇與性能指標間并無嚴格的解析關系,設計時必須反復試湊才能獲得較為理想的結果。

一般對于電網信號主要含有整數次諧波，重點研究基于余弦窗的組合窗。

這類窗具有這樣的特點只要選取觀測時間是信號周期的整數倍，其頻譜在各次整數倍諧波頻率處幅值為零，因而諧波之間不發生相互泄漏,即使信號頻率做小范圍波動，泄漏誤差也較小。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的电网交流采样的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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