基于DAC阶梯信号基波的交流电压量值传递研究

The fundamental of DAC stepwise signal has a calculable properties of its amplitude and phase. By using directly comparison method, the fundamental of DAC stepwise signal can be used as calculable AC voltage transfer standard. The newest research progresses of AC voltage transfer standards in the world show the practiablity of this theory. By using this method,the effects of the DAC quantization, the transients between adjacent steps and dynamic noise affecting its fundamental wave should be studied.A directly fundamental comparison system also should to be constructed to achieve the AC voltage transfer system with accuracy at level of one parts in one million, in which serveral key technices must be solved. This project arms at achieving a new and more precise AC voltage transfer method, a traceablity AC voltage reference source, and to lay the foundation for the applications of this method in the area of AC precision metrology fields.

采用DAC正弦阶梯信号中的基波成份（一次谐波）作为可计算交流电压传递标准的理论分析及关键技术研究。研究发现，理想的DAC正弦阶梯信号中的基波具有幅值和相角可计算的特性。基于上述理论，利用已知基波的幅值和相角特性及交流信号直接比较测量技术，可将已知基波作为一个交流电压参考标准信号。这也是目前国际交流电压计量标准量值传递最新研究进展。利用此基波信号作为交流电压参考标准，需对DAC量化误差、阶梯过渡过程、动态噪声等影响因素进行深入理论研究和评估，同时还需实现高精度基波电压比较测量系统，解决系统实现中的诸多关键技术问题，实现精度在百万分之一到千万分之一量级的量值传递系统。本项目旨在突破目前交流电压传递瓶颈，为我国新可编程交流约瑟夫电压基准的量值传递提供一种新途径，同时实现一种可溯源的交流电压参考源，为该方法在精密交流电磁测量领域广泛应用奠定基础。

针对有效值进行交流电压量值传递存在问题，项目研究并提出了一种基于DAC基波直接比较的交流电压量值传递理论和方法。项目研究发现，理想的DAC正弦阶梯信号中的基波具有幅值和相角可计算的特性。基于上述理论，利用已知基波的幅值和相角特性及交流信号直接比较测量技术，可将已知基波作为一个交流电压参考标准信号。这也是目前国际交流电压计量标准量值传递最新研究进展。利用此基波信号作为交流电压参考标准，项目还对DAC量化误差、阶梯过渡过程、动态噪声等影响因素进行深入理论研究和评估，同时还研制了高精度基波电压比较测量系统，解决系统实现中的诸多关键技术问题，实现精度在百万分之一到千万分之一量级的量值传递系统。本项目完成成果有：1）提出基于DAC阶梯信号基波的交流电压量值传递理论及方法；2）实现阶梯波信号量化误差精确分析与补偿，补偿之后的量化残余误差不大于1/50 LSB；3）实现了阶梯波过渡过程精确建模与仿真；4）构建了DAC阶梯信号基波直接比较测量系统，在10-6量级实现了交流信号基波的精密比较测量；5）构建了1套通用DAC正弦阶梯信号发生系统以及1套基于PJVS的阶梯波交流量子电压的合成系统。DAC正弦阶梯信号输出稳定性指标达到1.5×10-6。6）通过项目研究，发表与项目研究相关论文10篇，其中3篇SCI检索，8篇EI检索；获国家发明专利授权1项，申请发明专利2项。7）在项目支持下，参加国内外学术交流5次，培养硕士研究生3名。项目研究提出一种基于基波直接比较的改进交流电压量值传递方法及可计算交流电压参考标准源，为我国交流电压量值传递提供一种高精度、宽频的新方法。