音频信号转换为可控功率信号的装置及方法

摘要

本发明公开一种音频信号转换为可控功率信号的装置，包括：音频设备和信号放大设备，所述音频设备连接所述信号放大设备，向所述信号放大设备输出音频信号，所述信号放大设备将输入的所述音频信号转换为可控功率信号输出。本发明还公开一种将音频信号转换为可控功率信号的方法。通过本发明的装置，只需要一个音频设备和信号放大设备就能够实现将音频信号转换为可控功率信号的功能，不需要漫长和繁琐的嵌入式开发，且所用的设备都是常用设备，价格低，能够有效的降低成本。

权利要求

1.音频信号转换为可控功率信号的装置，包括：音频设备和信号放大设备，所述音频设备连接所述信号放大设备，向所述信号放大设备输出音频信号，所述信号放大设备将输入的所述音频信号转换为可控功率信号输出；

所述信号放大设备包括电压回路和电流回路，所述电压回路通过所述音频设备的其中一个声道接收所述音频信号转换为可控功率的电压信号输出，所述电流回路通过所述音频设备的另一个声道接收所述音频信号转换为可控功率的电流信号输出；

所述电压回路包括电位器、放大器和变压器，所述电压回路通过电位器调节所述音频信号的幅值，并通过放大器进行幅值和功率的放大，最后由变压器进一步放大和隔离后输出电压信号；

所述电流回路包括电位器、放大器、变压器和电阻回路，所述电流回路通过电位器调节所述音频信号的幅值，并通过放大器进行幅值和功率的放大，最后由变压器进行降压和隔离后输出电压信号，所述变压器的输出端通过连接电阻回路输出电流信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述信号放大设备还包括控制回路，所述控制回路分别连接所述电流回路和所述电压回路，根据输入的开关量，控制所述电流回路和所述电压回路输出的信号的大小。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述信号放大设备还包括指示灯回路，所述指示灯回路连接所述控制回路，根据输出的信号的大小，接通指示相应量程的指示灯的电路，使对应量程的指示灯亮。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述音频设备包括音频编辑模块和D/A转换模块，所述音频编辑模块根据参数设置生成音频文件，所述D/A转换模块将所述音频文件转换成模拟信号输出。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述音频设备为带有音频信号输出接口并能播放音频文件的设备。

6.一种应用权利要求1至5任一项所述装置的将音频信号转换为可控功率信号的方法，包括：根据设置参数生成音频信号通过音频设备的声道输出至电压回路的电位器；

所述电压回路的电位器根据外部操作调节所述音频信号的幅值后输出至电压回路的放大器；

所述电压回路的放大器根据外部操作将接收到的信号的幅值和功率放大后输出至电压回路的变压器；

所述电压回路的变压器将接收到的信号进一步放大和隔离后输出电压信号。

7.一种应用权利要求1至5任一项所述装置的将音频信号转换为可控功率信号的方法，包括：根据设置参数生成音频信号通过音频设备的声道输出至电流回路的电位器；

所述电流回路的电位器根据外部操作调节所述音频信号的幅值后输出至电流回路的放大器；

所述电流回路的放大器根据外部操作将接收到的信号的幅值和功率放大后输出至电流回路的变压器；

所述电流回路的变压器将接收到的信号降压和隔离后输出电压信号；

在所述电流回路的变压器的电压信号输出端连接电阻回路，输出电流信号。

说明书

音频信号转换为可控功率信号的装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种音频信号转换为可控功率信号的装置及方法。

背景技术

[0002] 在工业仪表领域(如智能配电仪表)，经常需要一个可控制的信号源，如50Hz可控幅值的交流信号或者是可控的谐波信号。这些信号的主要区别是所包含的频率分量不同。当前产生可控信号源的设备，主要是基于嵌入式开发实现产生指定频率的信号，而这种方式有其局限性。首先，嵌入式开发的周期长且设备的价格昂贵。其次，它们产生的信号往往都是低功率的，因而如果要产生一个大功率信号还要配合其他放大设备，增加整体的成本和复杂性。除此之外，此类设备一般在功能上比较单一，比如交流信号的频率只能是50Hz，谐波无法和标准信号混淆，且产生谐波的范围也有限。

发明内容

[0003] 根据本发明的一个方面，提供了一种音频信号转换为可控功率信号的装置，通过控制音频信号产生所需的交流信号(如可以是任意周期的，如100Hz；也可以单独产生谐波，甚至将谐波与标准信号混淆)，将与我们生活密不可分的声音转换为电压/电流信号，同时也可以将这个信号放大，转变为一个可控功率的信号源。该装置包括：音频设备和信号放大设备，音频设备连接信号放大设备，向信号放大设备输出音频信号，信号放大设备将输入的音频信号转换为可控功率信号输出。

[0004] 通过本发明的装置，只需要一个音频设备和信号放大设备就能够实现将音频信号转换为可控功率信号的功能，不需要漫长和繁琐的嵌入式开发，且所用的设备都是常用设备，价格低，能够有效的降低成本。而且，在功能上也更丰富，如产生的交流信号的频率范围较大(可以从50Hz到1K以上)。同时，谐波可以单独产生也可以与标准信号混叠，从而得到一个与实际信号更接近的交流信号。

[0005] 在一些实施方式中，信号放大设备包括电压回路和电流回路，电压回路通过音频设备的其中一个声道接收音频信号转换为可控功率的电压信号输出，电流回路通过音频设备的另一个声道接收音频信号转换为可控功率的电流信号输出。由此，可以实现将音频信号转换为可控功率的电压和电流信号。

[0006] 在一些实施方式中，电压回路包括电位器、放大器和变压器，电压回路通过电位器调节音频信号的幅值，并通过放大器进行幅值和功率的放大，最后由变压器进一步放大和隔离后输出电压信号。由此，用户通过电位器的板面调节信号波的幅值进行相应幅值的放大，以控制信号的大小，并经放大器进一步放大后通过变压器产生可控的电压信号。

[0007] 在一些实施方式中，电流回路包括电位器、放大器、变压器和电阻回路，电流回路通过电位器调节音频信号的幅值，并通过放大器进行幅值和功率的放大，最后由变压器进行降压和隔离后输出电压信号，变压器的输出端通过连接电阻回路输出电流信号。由此，用户通过电位器的板面调节信号波的幅值进行相应幅值的放大，以控制信号的大小，并经放大器进一步放大后通过变压器产生可控的电压信号，在电压信号输出端接入电阻回路，以产生电流信号。

[0008] 在一些实施方式中，信号放大设备还包括控制回路，控制回路分别连接电流回路和电压回路，根据输入的开关量，控制电流回路和电压回路输出的信号的大小。由此，用户通过调节装置面板上的量程开关，就可以控制输出的信号的量程，以产生可控功率的信号源。

[0009] 在一些实施方式中，信号放大设备还包括指示灯回路，指示灯回路连接控制回路，根据输出的信号的大小，接通指示相应量程的指示灯的电路，使对应量程的指示灯亮。由此，可以实现输出值测量的功能，可以精确测量当前电压电流信号的大小，方便用户查看和根据需求调控。

[0010] 在一些实施方式中，音频设备包括音频编辑模块和D/A转换模块，音频编辑模块根据参数设置生成音频文件，D/A转换模块将音频文件转换成模拟信号输出。由此，可以实现将音频文件以对应时域的模拟信号输出。同时，通过音频编辑模块可以进行参数设置，从而产生范围较大的交流信号频率(如可以从50Hz到1K以上)。也可以根据参数设置单独产生谐波信号，或产生谐波与标准信号混叠的信号，从而得到一个与实际信号更接近的交流信号。

[0011] 在一些实施方式中，音频设备为PC机或带有音频信号输出接口并能播放音频文件的设备。由此，音频设备本身就可以作为信号输出源并在音频输出时由设备自身进行D/A转换，以产生对应的模拟信号。

[0012] 根据本发明的一个方面，还提供了一种音频信号转换为可控功率信号的方法，包括：

[0013] 根据设置参数生成音频信号通过音频设备的声道输出至电压回路的电位器；

[0014] 电压回路的电位器根据外部操作调节音频信号的幅值后输出至电压回路的放大器；

[0015] 电压回路的放大器根据外部操作将接收到的信号的幅值和功率放大后输出至电压回路的变压器；

[0016] 电压回路的变压器将接收到的信号进一步放大和隔离后输出电压信号。

[0017] 该方法，通过音频设备输出音频信号，信号输入后经过电位器、放大器及变压器以形成最终可测量的可控功率的电压信号，完成音频信号到电压信号的转换，以向工业仪表领域提供可控的电压信号源。

[0018] 根据本发明的另一个方面，提供了一种音频信号转换为可控功率信号的方法，包括：

[0019] 根据设置参数生成音频信号通过音频设备的声道输出至电流回路的电位器；

[0020] 电流回路的电位器根据外部操作调节音频信号的幅值后输出至电流回路的放大器；

[0021] 电流回路的放大器根据外部操作将接收到的信号的幅值和功率放大后输出至电流回路的变压器；

[0022] 电流回路的变压器将接收到的信号降压和隔离后输出电压信号；

[0023] 在电流回路的变压器的电压信号输出端连接电阻回路，输出电流信号。

[0024] 由此，通过先将音频信号经电位器、放大器和变压器转换为电压信号，在电压信号输出端接入电阻回路，从而输出可测量的可控功率的电流信号，实现音频信号到电流信号的转换，以向工业仪表领域提供可控的电流信号源。

附图说明

[0025] 图1为本发明一实施方式的音频信号转换为可控功率信号的装置的原理图；

[0026] 图2为图1所示装置中信号放大设备的电流回路的原理图；

[0027] 图3为图1所示装置中信号放大设备的电压回路的原理图；

[0028] 图4为图1所示装置中信号放大设备的控制回路的原理图；

[0029] 图5为图1所示装置中信号放大设备的指示灯回路的原理图；

[0030] 图6为本发明一实施方式的音频信号转换为电压信号的方法流程图；

[0031] 图7为本发明另一实施方式的音频信号转换为电流信号的方法流程图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

[0033] 图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的音频信号转换为可控功率信号的装置。如图1所示，该装置包括音频设备10及信号放大设备11。音频设备10通过音频线缆连接信号放大设备11输入音频信号。其中，音频设备10可以选择PC机或带有音频信号输出接口并能播放音频文件的设备(如MP3)，通过现有的频谱编辑软件制作音频文件，然后通过D/A转换即可得到一个对应时域的音频信号。以音频设备选用PC为例，通过在PC端安装现有的频谱编辑软件或自己编写的专用软件，将PC的声卡作为信号输出源直接控制声卡的输出生成音频文件，并由PC机声卡的音频输出(为通用音频播放软件)对音频文件进行D/A转换，即可产生对应的模拟信号(即音频信号)输出到信号放大设备11进行转换。PC端软件可提供一个设置音频参数的界面，以根据设置的参数对声卡进行编辑输出音频文件，如通过设置界面设置两个声道的基波幅值、声道二相对于声道一的相位、各次谐波的含有率，频谱编辑软件根据这些参数设置控制声卡生成相应的音频文件。也可以通过COMTRADE标准(Common format for transient data exchange(COMTRADE)for power systems的简写，中文一般称为电力系统瞬态数据交换的通用格式。IEEE为了解决数字故障录波装置、数字保护、微机测试装置之间的数据交换问题，与1991年提出了这个标准，并于1999年进行了修订和完善。该标准是一种公用的数据传输格式标准，为不同厂家生产的设备所遵循。)的录波文件生成音频文件。通过音频编辑模块进行参数设置，可以产生范围较大的交流信号频率(如可以从
50Hz到1K以上)。也可以根据参数设置单独产生谐波信号，或产生谐波与标准信号混叠的信号，从而得到一个与实际信号更接近的交流信号。以上生成音频信号的方式都是通过现有技术即可实现的，在此不再一一赘述。

[0034] 信号放大设备11包括电压回路110和电流回路111，音频信号输入后经电压回路110放大转换后输出电压信号，经电流回路111放大转换后输出电流信号。图2示意性的显示了电流回路111的原理图。如图2所示，电流回路111包括电位器20、前置功率放大器21、变压器23及由R100电阻台26和R1电阻台27连接成的电阻回路。音频信号通过音频设备10的其中一个声道(例如左声道)输出后，通过音频线缆输入进信号放大设备11的电流回路111，首先经电位器20进行信号幅度值的调节，之后经过前置功率放大器21对音频信号的幅值和功率放大，经过放大器21之后电压信号输入到变压器23，由变压器23对电压信号做进一步的放大和隔离后在变压器输出端24输出电压信号，此时在输出端24连接R100电阻台26和R1电阻台27，将输出的信号进一步由电压信号转换为电流信号在输出端25输出。

[0035] 图3示意性的显示了电压回路110的原理图。如图3所示，电压回路110包括电位器30、前置功率放大器31及变压器32。音频信号通过音频设备10的其中一个声道(例如右声道)输出后，通过音频线缆输入进信号放大设备11的电压回路110，首先经电位器30进行信号幅度值的调节，之后经过前置功率放大器31对音频信号的幅值和功率放大，经过放大器
31之后电压信号输入到变压器32，由变压器32对电压信号做进一步的放大和隔离后在变压器输出端33输出。

[0036] 如图1所示，信号放大设备11中还包括控制回路112。其中控制回路112连接电压回路110和电流回路111的输出端，通过开关输入量控制电压回路110和电流回路111输出的电压和电流的量程。进一步的，信号放大设备11中还包括指示灯回路113，指示灯回路113连接控制回路112的信号输出端，根据输出的电压和电流的值，使相应的指示灯亮，以精确的测量当前电压和电流信号的大小。

[0037] 图4示意性的显示了控制回路112的原理图。如图4所示，控制回路112包括控制单元40，控制单元40根据输入开关量控制输出的电压和电流信号的量程。本实施例中为的控制单元为Rynon i8系列智能配电仪表，也可以为PLC控制系统。如图4所示，控制回路112的电压输入端接电压回路110，电流输入接口连接电流回路111，信号输出端接指示灯回路113。用户通过调节信号放大设备11面板上的输入开关，使控制回路112中相应的输入开关电路接通，调节输入的电压和电流信号，以输出开关指定量程的电压和电流信号。其中，Rynon i8系列智能配电仪表集测量与控制于一体，通过程序将输入与输出相对应，起到了控制功能。在本发明的装置中，输入与面板上各按钮相连，输出与装置内的继电器相连，当面板上的按钮按下时，Rynon i8接收到一个输入信号，则关联的输出将会动作，以控制相应的继电器闭合或断开，起到切换不同量程的作用。

[0038] 图5示意性的显示了指示灯回路113的原理图。如图5所示，指示灯回路113包括A/D转换模块50、110V电压指示灯51、220V电压指示灯52、安培级电流指示灯53及毫安级电流指示灯54。经控制回路112输出的电压和电流信号输入至指示灯回路113时，首先由A/D转换模块50将输入的模拟信号转换为数字信号，并根据数字信号的量程和大小接通相应的指示灯电路，使相应信号量的指示灯亮。其中，指示灯通过继电器触点连接在A/D模块的两端，当相应继电器触点闭合或者断开时，指示灯将亮起或熄灭。由于其显示逻辑与量程切换开关是一致的，在此不再赘述。

[0039] 用户在使用该设备生成可控功率的信号源时(如产生可控谐波信号、标准信号与谐波信号混合的信号或还原现场波形记录文件等)，只需要将音频设备(如PC机或MP3)通过音频线缆连接信号放大设备，并通过频谱编辑软件设置相应的音频参数生成需要的音频信号，然后通过信号放大设备的面板按钮调节电位器的音频信号幅值和控制模块的输入开关量，即可得到相应量程的电压和电流信号，并能够通过指示灯显示相应的输出信号的测量值。通过本发明提供的方法，只需要一个音频设备和一个信号放大设备，就能够实现将现实生活中常见的声音转换为电压/电流信号，即实现音频信号转换为可控功率的信号，为工业仪表领域提供可控制的信号源。相比现有技术中提供可控信号源的设备，本发明提供的装置简单方便、设备成本低，且不需要进行漫长的嵌入式开发，能够更好的促进仪表领域的发展。并且除了控制功能，本发明输出的信号为可测量信号，通过提供一个信号测量功能，音频信号输入后，不但能够进行控制和调节，同时在输出端还可以精确测量当前电压电流信号的大小，能够提供稳定可靠的可控信号源。

[0040] 图6示意性的显示了本发明一实施方式的音频信号转换为电压信号的方法流程。以音频设备选用PC机、在PC安装频谱编辑软件生成音频信号输入至信号放大设备进行信号转换为例，如图6所示，该方法包括：

[0041] 步骤S601：设置参数，生成音频文件，输出音频信号。

[0042] 通过PC端软件提供的设置音频参数的界面，设置两个声道的基波幅值、声道二相对于声道一的相位、各次谐波的含有率，频谱编辑软件根据这些参数设置控制声卡生成相应时域的音频文件。或者通过COMTRADE标准的录波文件生成音频文件，即通过软件操作界面选择要读取的记录文件和各声道对应的录波通道，PC端软件根据外部的选择生成相应时域的音频文件。之后，由PC机声卡的音频输出(通用音频播放软件)对音频文件进行D/A转换，从而使音频信号以模拟方式输出至左右声道。

[0043] 步骤S602：调节信号波的幅值，控制信号幅度。

[0044] 将信号放大设备的电压回路通过音频线缆连接音频设备的其中一个声道，如右声道，音频信号通过右声道输入至信号放大设备的电压回路，首先经过电位器。用户可以根据输出需要调节面板上的电位器的信号波的幅值，电位器根据面板输入控制信号的放大幅度后输入到放大器。

[0045] 步骤S603：将输入的音频信号的幅值和功率放大，输出电压信号。

[0046] 放大器将输入的音频信号的幅值和功率进行放大后，输出电压信号到变压器。

[0047] 步骤S604：进一步放大和隔离电压信号输出至控制回路。

[0048] 变压器将电压信号进一步放大和隔离后输出到控制回路。

[0049] 步骤S605：控制回路根据开关输入量程，输出相应量程的电压。

[0050] 控制回路接收外部通过面板选择输入的开关量程，将相应的开关控制电路接通，从而通过继电器调节控制输入的电压信号，使其以输入的量程值输出。

[0051] 步骤S606：指示灯回路将相应的电压信号经A/D转换后，使指示输出相应电压值的灯接通变亮。

[0052] 指示灯回路连接控制回路，接收输出的信号进行测量，首先通过A/D转换装置将模拟的电压信号转换为数字电压信号，并根据数字电压信号的值，接通相应量程的指示灯的开关电路，使相应量程的指示灯变亮。

[0053] 图7示意性的显示了本发明一实施方式的音频信号转换为电流信号的方法流程。以音频设备选用PC机、在PC安装频谱编辑软件生成音频信号输入至信号放大设备进行信号转换为例，如图7所示，该方法包括：

[0054] 步骤S701：设置参数，生成音频文件，输出音频信号。

[0055] 通过PC端软件提供的设置音频参数的界面，设置两个声道的基波幅值、声道二相对于声道一的相位、各次谐波的含有率，频谱编辑软件根据这些参数设置控制声卡生成相应时域的音频文件。或者通过COMTRADE标准的录波文件生成音频文件，即通过软件操作界面选择要读取的记录文件和各声道对应的录波通道，PC端软件根据外部的选择生成相应时域的音频文件。之后，由PC机声卡的音频输出(通用音频播放软件)对音频文件进行D/A转换，从而使音频信号以模拟方式输出至左右声道。

[0056] 步骤S702：调节信号波的幅值，控制信号幅度。

[0057] 将信号放大设备的电压回路通过音频线缆连接音频设备的其中一个声道，如右声道，音频信号通过右声道输入至信号放大设备的电压回路，首先经过电位器。用户可以根据输出需要调节面板上的电位器的信号波的幅值，电位器根据面板输入控制信号的放大幅度后输入到放大器。

[0058] 步骤S703：将输入的音频信号的幅值和功率放大，输出电压信号。

[0059] 放大器将输入的音频信号的幅值和功率进行放大后，输出电压信号到降压变压器。

[0060] 步骤S704：进一步放大和隔离电压信号输出至电阻回路转换成电流信号。

[0061] 降压变压器对电压信号进行降压和隔离后输出，输出信号端连接电阻回路，将电压信号转换为电流信号输出。

[0062] 步骤S705：控制回路连接电阻回路接收电流信号，根据开关输入量程，输出相应量程的电流。

[0063] 控制回路的信号输入端连接电阻回路的信号输出端，接收电流信号，根据面板开关选择的量程，通过继电器控制相应电路的开关接通，从而将电流信号以相应量程输出。

[0064] 步骤S706：指示灯回路将相应的电流信号经A/D转换后，使指示输出相应电流值的灯接通变亮。

[0065] 指示灯回路连接控制回路，接收输出的信号进行测量，首先通过A/D转换装置将模拟的电流信号转换为数字电流信号，并根据数字电流信号的值，接通相应量程的指示灯的开关电路，使相应量程的指示灯变亮。

[0066] 通过以上方法，本发明能够根据用户的需求，将声音信号转换为可控功率的电压/电流信号，为工业仪表领域提供可控的信号源，转换简单方便、设备成本低，且不需要进行漫长的嵌入式开发，能够更好的促进仪表领域的发展。并且除了控制功能，本发明输出的信号为可测量信号，通过提供一个信号测量功能，音频信号输入后，不但能够进行控制和调节，同时在输出端还可以精确测量当前电压电流信号的大小，能够提供稳定可靠的可控信号源。

[0067] 需要说明的是，通过本发明提供的装置和方法，输出的电压信号可达300V，输出的电流信号包括安培级和毫安级，最大可达6A。

[0068] 以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。