局部放電信號採集裝置製造方法
2023-05-27 10:51:31 4
局部放電信號採集裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種局部放電信號採集裝置，包括採樣主板以及通過數據總線相互連接的信號處理板、觸發信號電路和至少兩個多通道AD子板，所述觸發信號電路設置在所述採樣主板上，所述信號處理板安插在所述採樣主板的第一卡槽內，各所述多通道AD子板安插在所述採樣主板的第二卡槽內。實施本實用新型，既可滿足多傳感器多監測點數據採集的需要，又能適應更高頻段的局部信號的採樣要求。分散採樣壓力的同時，增加採樣的魯棒性。
【專利說明】局部放電信號採集裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及信號處理【技術領域】，特別是涉及一種局部放電信號採集裝置。
【背景技術】
[0002]電力系統高壓設備的局部放電信號的數據採集裝置，可將各類傳感器採集到的信號通過模數轉換傳送到後臺伺服器供進一步數據處理的功能。目前的局部放電信號的數據採集裝置主要通過自製的或已有的數據採集卡來實現。
[0003]但是，目前的數據採集裝置在對多個高壓設備的檢測或進行故障定位時，需要採集的傳感器的個數增多，無法快速有效的採集多個傳感器的數據。
實用新型內容
[0004]基於此，有必要針對上述數據採集裝置無法快速有效的採集多個傳感器的數據的問題，提供一種局部放電信號採集裝置。
[0005]一種局部放電信號採集裝置，包括採樣主板以及通過數據總線相互連接的信號處理板、觸發信號電路和至少兩個多通道AD子板，所述觸發信號電路設置在所述採樣主板上，所述信號處理板安插在所述採樣主板的第一卡槽內，各所述多通道AD子板安插在所述採樣主板的第二卡槽內。
[0006]上述局部放電信號採集裝置，可通過採樣主板以及通過數據總線相互連接的信號處理板、觸發信號電路和至少兩個多通道AD子板進行分布式的數據採集，既可滿足多傳感器多監測點數據採集的需要，又能適應更高頻段的局部信號的採樣要求。分散採樣壓力的同時，增加採樣的魯棒性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型局部放電信號採集裝置第一實施方式的結構示意圖；
[0008]圖2是本實用新型局部放電信號採集裝置第二實施方式的結構示意圖；
[0009]圖3是本實用新型局部放電信號採集裝置第三實施方式的結構示意圖；
[0010]圖4是本實用新型局部放電信號採集裝置第四實施方式的結構示意圖；
[0011]圖5是本實用新型局部放電信號採集裝置第五實施方式的結構示意圖；
[0012]圖6是本實用新型局部放電信號採集裝置第六實施方式的結構示意圖；
[0013]圖7是本實用新型局部放電信號採集裝置第七實施方式的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0015]請參閱圖1，圖1是本實用新型的局部放電信號採集裝置第一實施方式的結構示意圖。
[0016]本實施方式的所述局部放電信號採集裝置可包括採樣主板100以及通過總線相互連接的信號處理板300、觸發信號電路和至少兩個多通道AD子板200，所述觸發信號電路設置在採樣主板100上，信號處理板300安插在採樣主板100的第一卡槽內，各多通道AD子板200安插在採樣主板100的第二卡槽內。
[0017]信號處理板300可用於向觸發信號電路發送控制信號。
[0018]觸發信號電路可用於響應所述控制信號向多通道AD子板200發送採樣觸發信號。
[0019]多通道AD子板200可用於響應所述採樣觸發信號採集電力系統的各個傳感器500傳送的局部放電信號。
[0020]信號處理板300還可用於讀取多通道AD子板200採集的局部放電信號，並對所述局部放電信號進行預處理。
[0021]本實施方式，可通過採樣主板以及通過數據總線相互連接的信號處理板、觸發信號電路和至少兩個多通道AD子板進行分布式的數據採集，既可滿足多傳感器多監測點數據採集的需要，又能適應更高頻段的局部信號的採樣要求。分散採樣壓力的同時，增加採樣的魯棒性。
[0022]其中，對於採樣主板100，優選地為插卡式主板，多通道AD子板200和信號處理板300均可以板卡的形式插在採樣主板100的對應卡槽內。這樣的結構便於各塊多通道AD子板200和信號處理板300的更換，同時各多通道AD子板200和信號處理板300分別為一個模塊，每個模塊負責各自功能，便於系統集成，提高軟硬體開發效率。
[0023]進一步地，採樣主板100是多通道AD子板200和信號處理板300的母板，可為它們多通道AD子板200和信號處理板300提供插槽、總線接口、I2C接口、電源以及部分輔助功能。如信號處理板300所需的所述觸發信號電路、多通道AD子板200的各個通道的傳感器類型識別等。
[0024]對於多通道AD子板200，可為包括兩個採樣通道的AD子板。優選地，多通道AD子板200的數目可為兩個以上。根據實際的局部放電環境和採集需求設定具體數目。
[0025]優選地，多通道AD子板200可包括雙通道ADC晶片。
[0026]對於信號處理板300，為本實用新型的局部放電信號採集裝置的核心，通過信號處理板300實現信號採集的計算和控制。
[0027]優選地，本實用新型的局部放電信號採集裝置還可包括後臺伺服器400，信號處理板300可通過乙太網與後臺伺服器400連接，進行採集的局部放電信號的傳輸。
[0028]對於觸發信號電路，用於控制多通道AD子板200的採集時序。當多通道AD子板200有多個時，觸發電控可控制各多通道AD子板200同步採集局部放電信號。
[0029]請參閱圖2，圖2是本實用新型的局部放電信號採集裝置第二實施方式的結構示意圖。
[0030]本實施方式的所述局部放電信號採集裝置與第一實施方式的區別在於:多通道AD子板200可包括相互連接的複雜可編程邏輯器件、雙通道AD晶片和靜態隨機存取存儲器，其中:
[0031]所述複雜可編程邏輯器件用於響應所述採樣觸發信號向所述雙通道AD晶片發送採樣控制信號。
[0032]所述雙通道AD晶片用於響應所述採樣控制信號接收各個傳感器傳送的局部放電信號，並向所述複雜可編程邏輯器件傳送。
[0033]所述複雜可編程邏輯器件還用於向所述靜態隨機存取存儲器發送寫入控制信號，將所述局部放電信號緩存入所述靜態隨機存取存儲器。
[0034]本實施方式，可進行分布式的數據採集，滿足多傳感器多監測點數據採集的需求。使數據的採樣控制、讀寫時序和控制較好。
[0035]優選地，所述雙通道AD晶片可包括14位雙通道數模轉換晶片。所述複雜可編程邏輯器件(CPLD)可實現雙通道AD晶片的採樣控制、數據讀寫時序和對SRAM的讀寫控制等邏輯。CPLD還可對採樣信號的預處理、總線接口時序等
[0036]進一步地，CPLD可為XC95144，XC95144提供了 144個宏單元和3200個可用門，144個管腳，117個用戶1/0，該XC95144可運行在高達178MHZ的時鐘頻率上，同時只有5個ns的管腳到管腳的邏輯延時。可運行在較高的頻率下，滿足高速採樣的需要，同時價格低廉。
[0037]更進一步地，所述雙通道AD晶片的最高頻率為60MH，可以適應更高頻段的局放信號採集要求。
[0038]在一個實施例中，多通道AD子板200還可包括差分轉單端和低通濾波，差分轉單端由放大器實現，低通濾波由低通濾波器實現。多通道AD子板200接收的兩路差分模擬信號(局部放電信號)可經由放大器轉為單端信號，而後經由低通濾波器進行濾波，接著濾波後的信號經信號變壓器隔離後送入雙通道AD晶片，此時雙通道AD晶片已在CPLD的控制下開始信號採樣。同時，雙通道AD晶片的數據總線與CPLD、所述靜態隨機存取存儲器(SRAM)存儲陣列的數據總線是連在一起，CPLD可以靈活的處理AD晶片的採樣輸出數據。可以將數據讀入CPLD中進行一些濾波處理，再將數據存入本地緩存中，或可直接給出SRAM的寫控制信號，將採樣數據寫入本地緩存。由SRAM組成的存儲器陣列充當大容量的本地存儲器，對採樣數據進行緩存，等待後端的CPU將採樣數據取走。
[0039]請參閱圖3，圖3是本實用新型的局部放電信號採集裝置第三實施方式的結構示意圖。
[0040]本實施方式的所述局部放電信號採集裝置與第一實施方式的區別在於:所述雙通道AD晶片可為AD9248，AD9248是14位雙通道數模轉換晶片，該AD9248可採用3.3V供電，速度可包括20MS/s、40MS/s和60MS/s三種，擁有兩個獨立的SHA和ADC，一個集成在晶片內部的電壓參考。
[0041]請參閱圖4，圖4是本實用新型的局部放電信號採集裝置第四實施方式的結構示意圖。
[0042]本實施方式的所述局部放電信號採集裝置與第一實施方式的區別在於:所述靜態隨機存取存儲器可包括兩個16位的異步互補金屬氧化物半導體靜態隨機存取存儲器。16位的異步互補金屬氧化物半導體靜態隨機存取存儲器可採用IS61LV51216作為本地存儲器。IS61LV51216是3.3V供電的512K16bit異步CMOS靜態RAM，具有高速低功耗的特點。
[0043]請參閱圖5，圖5是本實用新型的局部放電信號採集裝置第五實施方式的結構示意圖。
[0044]本實施方式的所述局部放電信號米集裝置與第一實施方式的區別在於:信號處理板300可為DSP信號處理板，可用於:
[0045]分別從多通道AD子板200的讀取所述局部放電信號。
[0046]對所述局部放電信號進行預處理。
[0047]通過擴展的網絡通信模塊組成的組網將預處理後的局部放電信號向相應設備發送。
[0048]本實施方式，採用DSP信號處理板為數據處理核心，對採集的海量數據進行信號預處理和數據壓縮等工作，並利用擴展的網絡通信模塊，實現多裝置間的組網功能。
[0049]優選地，連接在總線上的各多通道AD子板的數據由DSP信號處理板讀取並存儲在SDRAM中，DSP信號處理板的HPI 口提供了主機與DSP的通訊，目前使用數據選擇器，分別連接主機接口與USB接口，FLASH存儲程序，看門狗監控系統運行，LED提供當前程序運行狀態。採集數據在DSP中進行各種信號預處理，如去噪、取樣分析等，由網絡接口實現各裝置間的組網功能。
[0050]請參閱圖6，圖6是本實用新型的局部放電信號採集裝置第六實施方式的結構示意圖。
[0051]本實施方式的所述局部放電信號採集裝置與第一實施方式的區別在於:所述總線可包括從屬設備與總線主控設備之間進行數據傳輸的總線、從屬設備與總線主控設備之間進行傳送地址信息的總線。
[0052]優選地，所述總線(自定義總線)可包括從屬設備與總線主控設備之間進行數據傳輸的總線(Data BUS)、從屬設備與總線主控設備之間進行傳送地址信息的總線(AddressBUS)、控制總線主要完成對存儲器、I/O、中斷、DMA、及CPU之間的操作的總線(ControlBUS)，還包括主控時鐘、系統同步、系統復位等功能總線結構中最簡單的一組信號總線(Power&Ground BUS)。圖 6 所不總線為 Data BUS、Address BUS、Control BUS 和其他電源線、信號線的集合。
[0053]總線控制邏輯可由多通道AD子板200上的CPLD來完成。
[0054]請參閱圖7，圖7是本實用新型的局部放電信號採集裝置第七實施方式的結構示意圖。
[0055]本實施方式的所述局部放電信號採集裝置與第一實施方式的區別在於:所述觸發信號電路可包括相互連接的比較器LM211和施密特觸發器輸入的非門，所述比較器LM211的正輸入端連接信號處理板，所述施密特觸發器輸入的非門的輸出端連接所述多通道AD子板，其中:
[0056]所述比較器LM211用於將正弦波信號整形為方波信號；
[0057]所述施密特觸發器輸入的非門用於對所述方波信號進一步整形，生成過零點波形信號，將所述過零點波形信號作為同步採樣觸發信號向多通道AD子板200發送。
[0058]本實施方式，可實現對多通道AD子板的同步控制。
[0059]優選地，所述觸發信號電路的採樣觸發信號為工頻信號，過零點波形作為採樣觸發信號進行同步採樣控制同步信號。
[0060]在一個實施例中，施密特觸發器輸入的非門為SN74LVC1G17是，由它對LM211的輸出波形做進一步的整形，已達到可使用的程度。
[0061]所述觸發信號電路置於採樣主板100上，在DSP信號處理板的控制下向各多通道AD子板200發出開始採集的信號，通過總線將該信號傳送到多通道AD子板200中。
[0062]在另一個實施例中，觸發信號電路還可包括1N4148 二極體D510、1N4148 二極體D511UN5819 二極體D514、第一電阻R511、第二電阻R512、第三電阻R513、第四電阻R515、第五電阻R527和電容C515。其中:
[0063]1N4148 二極體是點接觸型的小電流高頻開關二極體，速度高。兩個1N4148 二極體D510和D511構成鉗位電路，將輸入的正弦波形的頂部和底部保持在1N4148的導通電壓0.7V左右。
[0064]1N5819 二極體的特點是速度超快(開關損耗低)，正向壓降特低(電壓損耗低)，不過反向耐壓也低，通常少於60V。本實施例中使用1N5819 二極體D514作為輸入保護二極體，防止輸入過電壓對比較器晶片U507的損害。
[0065]第一電阻R511、第二電阻R512構成分壓電路，使得比較器晶片U507的負向輸入端輸入電壓約為0.7V。
[0066]第三電阻R513、第四電阻R515也構成分壓電路，配合D510和D511鉗位電路來決定比較器晶片U507的正向輸入端的輸入電壓大小。當輸入波形在正負0.7V以內時，由於D510和D511均沒有導通，所以此時比較器晶片U507的正向輸入電壓等於R513和R515的分壓2.5V ;當輸入波形在正負0.7V以外時，D510或D511中的一個將導通，則U507的正向輸入電壓被鉗位至0.7V左右。由此，比較器晶片U507的輸出將隨著這一波形變化翻轉，實現工頻50Hz正弦波形的過零檢測。
[0067]第五電阻R527是抬壓電阻，將比較器晶片U507輸出的高電平拉高到3.3V。
[0068]電容C515與電阻R514構成簡單的阻容低通濾波電路，對比較器晶片U507的輸出波形進行濾波，濾除聞頻噪聲。
[0069]以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種局部放電信號採集裝置，其特徵在於，包括採樣主板、信號處理板和至少兩個多通道AD子板，所述採樣主板包括觸發信號電路，所述信號處理板、所述多通道AD和所述觸發信號電路通過總線相互連接，所述信號處理板安插在所述採樣主板的第一卡槽內，所述多通道AD子板安插在所述採樣主板的第二卡槽內。
2.根據權利要求1所述的局部放電信號採集裝置，其特徵在於，所述多通道AD子板包括相互連接的複雜可編程邏輯器件、雙通道AD晶片和靜態隨機存取存儲器。
3.根據權利要求2所述的局部放電信號採集裝置，其特徵在於，所述靜態隨機存取存儲器包括兩個16位的異步互補金屬氧化物半導體靜態隨機存取存儲器。
4.根據權利要求2所述的局部放電信號採集裝置，其特徵在於，所述雙通道AD晶片包括14位雙通道數模轉換晶片。
5.根據權利要求1所述的局部放電信號採集裝置，其特徵在於，所述信號處理板為DSP信號處理板。
6.根據權利要求5所述的局部放電信號採集裝置，其特徵在於，所述DSP信號處理板還包括外擴的網絡接口。
7.根據權利要求1所述的局部放電信號採集裝置，其特徵在於，所述觸發信號電路包括相互連接的比較器LM211和施密特觸發器輸入的非門，所述比較器LM211的正輸入端連接所述信號處理板，所述施密特觸發器輸入的非門的輸出端連接所述多通道AD子板。
8.根據權利要求1所述的局部放電信號採集裝置，其特徵在於，還包括後臺伺服器，所述信號處理板通過乙太網與所述後臺伺服器連接。
9.根據權利要求1至8中任意一項所述的局部放電信號採集裝置，其特徵在於，所述總線包括從屬設備與總線主控設備之間數據傳輸的總線以及從屬設備與總線主控設備之間傳送地址信息的總線。
【文檔編號】G01R31/12GK204166088SQ201420622510
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】陸國俊, 楊森, 李光茂, 熊俊, 劉宇, 羅祖為, 敖昌民, 吳傑, 楊珏, 鍾少泉, 黃炎光, 盛戈皞, 羅林根 申請人:廣州供電局有限公司, 上海交通大學