精密时频和数字化测量和处理中的边沿效应及其应用

边沿效应,就是在进行如相位、频率、电压、以及被传感信号等量值测量时,因为装置的分辨率有限,会在测量目标附近形成一个模糊区。这常常是测量仪器发展的一种障碍。深入研究不同量值模糊区的边沿特性,发现利用边沿效应能够获得更好的处理结果,例如大幅度地提高测量精度、扩展测量的范围、取得更快的响应时间等。时频、尤其是相位处理的手段也同时是数字化技术进一步发展的基础。借助于“相位重合”的思路、高频时钟下A/D采样的“跳变沿”处数字转换值与实时模拟电压的拟合效应,边沿效应和等效相位处理思路的结合,在交流电压测量中利用8位A/D转换器能够得到与21位数字电压表一样的电压测量精度,同时又解决了传统的数字电压表无法精密测量高频电压的问题。反过来,这方面的成果用于数字化线性相位比对中,使得16位A/D转换器的数字化线性相位比对的分辨率(秒级)从-13量级进步到-14量级。时频测量具有所有物理量中的最高测量分辨率。把时频处理的原理、方法等通过相位概念的扩展并且结合边沿效应的应用移植到更广泛的数字化测量以及传感器应用中,具体在AD转换的数字/时刻、以及其变化率的跳变沿利用的处理等,能够解决广泛的测量和控制问题。例如,频标比对中的差拍周期法移植到更广泛的AD转换的数字测量中,通过时钟采样周期性地对于被测电压的相位步进,能够获得更高频率模拟量的准确波形变化参数以及其他信息。大幅度提高精度的同时也解决了特高频电压数字测量。