專利名稱：一種空間磁場檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及空間磁場檢測，特別是涉及ー種以數(shù)字信號鎖定為特征的空間磁場檢測器。
背景技術(shù)：
在配電網(wǎng)發(fā)生単相接地故障吋，為了實現(xiàn)線路故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，人們通過檢測故障線路中電流所形成的空間磁場，獲得故障線路的特征信息，從而判斷出線路的故障位置。在這個故障定位技術(shù)中，準(zhǔn)確獲得電流所形成的空間磁場信息，是故障定位的核心技術(shù)之一。現(xiàn)有的空間磁場檢測技術(shù)是，通過空心線圈感應(yīng)出空間磁場信號，將信號輸入到一個濾波器中，然后通過模擬電路進(jìn)行信號幅度的檢測，然后顯示到數(shù)碼管或者液晶顯示器上。然而，這種技術(shù)存在以下不足(I)所使用的濾波器只能對以某個中心頻點(diǎn)為中心的一個頻帶的信號進(jìn)行濾波或者提取，這個頻帶一般比較寬，難以做到對某個頻點(diǎn)信號的測量， 這樣難以提高故障定位精度；(2)所使用信號幅度模擬電路只能進(jìn)行信號幅度檢測，不能提供信號檢測中所需要的相位和頻率等信息；(3)所使用的檢測電路是模擬電路，不能進(jìn)行信號FFT計算，不便于信號的進(jìn)ー步分析；(4)所使用的檢測電路只能實現(xiàn)信號幅值的顯示，不能輸出到其它設(shè)備進(jìn)行記錄和分析。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供ー種以數(shù)字信號鎖定為特征的空間磁場檢測器，實現(xiàn)對空間磁場的多頻帶和多頻點(diǎn)的信號測量，測量信息實時顯示，并以模擬量的形式將測量的空間磁場信息輸出到其它設(shè)備中。本實用新型具體采用以下技術(shù)方案。ー種空間磁場檢測器，包括空心線圈12、空間磁場信號預(yù)制單元11、數(shù)字鎖定信號處理單元10和預(yù)制信號發(fā)生器9，其特征為空心線圈12的輸出端連接到所述空間磁場信號預(yù)制單元11的輸入端，空間磁場信號預(yù)制單元11的輸出端和預(yù)制信號發(fā)生器9的輸出端均與所述數(shù)字鎖定信號處理單元 10的輸入端相連，所述數(shù)字鎖定信號處理單元10的控制信號輸出端分別連接到空間磁場信號預(yù)制單元11和預(yù)制信號發(fā)生器9的反饋信號輸入端。所述數(shù)字鎖定信號處理單元10包括中央處理器6、液晶顯示器8、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器4、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器7，所述中央處理器6分別與液晶顯示器8、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器4、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器7相連?？臻g磁場信號預(yù)制單元11由初級放大器I、頻帶定制濾波器2、后級放大器3順次連接組成。空間磁場信號預(yù)制單元由初級放大器、頻帶定制濾波器、后級放大器組成；所述初級放大器由電阻R11、R12、R13和電位器R14以及運(yùn)算放大器Ul構(gòu)成，電阻R12跨接在空心線圈輸出端和運(yùn)算放大器Ul的第2腳之間，電阻R13跨接在運(yùn)算放大器Ul的第3腳和信號地之間，電阻Rll跨接在運(yùn)算放大器Ul的第2腳和第6腳之間，電位器R14跨接在運(yùn)算放大器Ul的第I腳和第5腳之間，電位器R14的調(diào)節(jié)端接到運(yùn)算放大器Ul的第4腳； 所述頻帶定制濾波器由濾波器U3、電壓跟隨器U4、U6和數(shù)字電位器U5構(gòu)成，濾波器U3的第2腳連接運(yùn)算放大器Ul的第6腳，電阻R31跨接在濾波器U3的第2腳和信號地之間，電阻R32跨接在濾波器U3的第12腳和第8腳之間，電容C31跨接在濾波器U3的第7 腳和第8腳之間，電容C32跨接在濾波器U3的第I腳和第14腳之間，數(shù)字電位器U5的第 6腳連接到濾波器U3的第14腳，數(shù)字電位器U5的第7腳連接到濾波器U3的第3腳，電壓跟隨器U4跨接在數(shù)字電位器U5的第I腳和第7腳之間，電壓跟隨器U6跨接在數(shù)字電位器 U5的第19腳和第11腳之間，數(shù)字電位器U5的第9腳和第14腳與數(shù)字鎖定信號處理單元相連接；所述后級放大器由電阻R21、R22、R23和運(yùn)算放大器U2構(gòu)成，電阻R22跨接在濾波器U3的第I腳和運(yùn)算放大器Ul的第2腳之間，電阻R23跨接在運(yùn)算放大器Ul的第3腳和信號地之間，電阻R21跨接在運(yùn)算放大器Ul的第2腳和第6腳之間，運(yùn)算放大器Ul的第6 腳與數(shù)字鎖定信號處理單元相連接。預(yù)制信號發(fā)生器由AD9833、AD584、0P07和有源晶振OSC CXO和電阻R41、R42、 R43、R44構(gòu)成，有源晶振OSC CXO連接到AD9833的第5腳，AD9833通過由800歐姆電阻與
0.01uF、20pF、IuF電容所構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)與電阻R43連接，AD584的第1、2腳與電阻R42連接，電阻R42、R43與0P07的同相端連接，電阻R41與0P07的反相端連接，電阻R44跨接在 0P07的反相端和輸出端之間，0P07的輸出端與數(shù)字鎖定信號處理單元相連接。數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測器采用手持式結(jié)構(gòu)，利用電池供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型的優(yōu)點(diǎn)如下(I)通過空間磁場信號預(yù)制單元和預(yù)制信號發(fā)生器與中央處理器構(gòu)成數(shù)字信號鎖定，可以實現(xiàn)對空間磁場的任意頻點(diǎn)和任意頻段的信號檢測。(2)通過中央處理器和空間磁場信號預(yù)制單元，可以對所采集到的信號進(jìn)行數(shù)值計算，實現(xiàn)對信號的幅值、相位、頻率以及FFT計算。(3)通過中央處理器和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，可以實現(xiàn)輸出與空間磁場信號成比例的模擬電壓信號，方便連接到其它設(shè)備上進(jìn)行分析和存儲。

圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是空間磁場信號預(yù)制單元的原理圖；圖3是預(yù)制信號發(fā)生器的原理圖；圖4是數(shù)字鎖定信號處理單元的原理圖；圖中標(biāo)號I-初級放大器，2-頻帶定制濾波器，3-后級放大器，4-A/D模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器， 5-鍵盤，6-CPU中央處理器，7-D/A數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，8-液晶顯示器，9-預(yù)制信號發(fā)生器， 10-數(shù)字鎖定信號處理單元，11-空間磁場信號預(yù)制單元，12-空心線圈。
具體實施方式
本實用新型提供了ー種以數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測器，
以下結(jié)合附圖，通過具體實施對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)ー步詳細(xì)說明?？招木€圈12的信號輸入到空間磁場信號預(yù)制單元11中，空間磁場信號預(yù)制單元 11的輸出信號和預(yù)制信號發(fā)生器9的輸出信號輸入到數(shù)字鎖定信號處理單元10中，數(shù)字鎖定信號處理單元10根據(jù)空間磁場信號的特征輸出控制信號到空間磁場信號預(yù)制單元11和預(yù)制信號發(fā)生器9中，實時調(diào)整空間磁場信號預(yù)制單元11和預(yù)制信號發(fā)生器9，構(gòu)成信號閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)，數(shù)字鎖定信號處理單元10接收并對空間磁場信號和預(yù)制信號進(jìn)行計算，在液晶顯示器8上顯示，同時驅(qū)動數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器7，輸出與空間磁場信號成比例的模擬電壓信號?？臻g磁場信號預(yù)制單元的原理圖如圖2所示，空間磁場信號預(yù)制單元11由初級放大器I、頻帶定制濾波器2、后級放大器3組成，初級放大器I由電阻R11、R12、R13和電位器 R14以及運(yùn)算放大器0P07U1構(gòu)成，電阻R12跨接在空心線圈12輸出端和運(yùn)算放大器0P07U1 的第2腳之間，電阻R13跨接在運(yùn)算放大器0P07U1的第3腳和信號地之間，電阻Rll跨接在運(yùn)算放大器0P07U1的第2腳和第6腳之間，電位器R14跨接在運(yùn)算放大器0P07U1的第 I腳和第5腳之間，電位器R14的調(diào)節(jié)端接到運(yùn)算放大器0P07U1的第4腳。頻帶定制濾波器2由濾波器UAF42U3、電壓跟隨器0P07U4、0P07U6和數(shù)字電位器X9241U5構(gòu)成，濾波器 UAF42U3的第2腳連接運(yùn)算放大器Ul的第6腳，電阻R31跨接在濾波器UAF42U3的第2腳和信號地之間，電阻R32跨接在濾波器UAF42U3的第12腳和第8腳之間，電容C31跨接在濾波器UAF42U3的第7腳和第8腳之間，電容C32跨接在濾波器UAF42U3的第I腳和第14腳之間，數(shù)字電位器X9241U5的第6腳連接到濾波器UAF42U3的第14腳，數(shù)字電位器X9241U5 的第7腳連接到濾波器UAF42U3的第3腳，電壓跟隨器0P07U4跨接在數(shù)字電位器X9241U5 的第I腳和第7腳之間，電壓跟隨器0P07U6跨接在數(shù)字電位器X9241U5的第19腳和第11 腳之間，數(shù)字電位器X9241U5的第9腳和第14腳與數(shù)字鎖定信號處理單元10相連接。后級放大器3由電阻R21、R22、R23和運(yùn)算放大器0P07U2構(gòu)成，電阻R22跨接在濾波器UAF42U3 的第I腳和運(yùn)算放大器0P07U1的第2腳之間，電阻R23跨接在運(yùn)算放大器0P07U1的第3 腳和信號地之間，電阻R21跨接在運(yùn)算放大器0P07U1的第2腳和第6腳之間，運(yùn)算放大器 0P07U1的第6腳與數(shù)字鎖定信號處理單元10相連接。預(yù)制信號發(fā)生器的原理圖如圖3所示，預(yù)制信號發(fā)生器9由AD9833、AD584、0P07 和有源晶振OSC CXO和電阻R41、R42、R43、R44構(gòu)成，AD9833的第8、7、6腳分別與中央處理器CPU8051F040的端ロ PO. 4、PO. 5、PO. 6對應(yīng)相連，AD9833的第3和4腳之間跨接0. IuF 的電容，AD9833的第I和2腳之間跨接0. OluF的電容，有源晶振OSC CXO連接到AD9833 的第5腳，AD9833通過由800歐姆電阻與0. 01uF、20pF、IuF電容所構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)與電阻 R43連接，AD584的第1、2腳與電阻R42連接，AD584的第6和7腳之間跨接0. OluF的電容，電阻R42、R43與0P07的同相端連接，電阻R41與0P07的反相端連接，電阻R44跨接在 0P07的反相端和輸出端之間，0P07的輸出端與數(shù)字鎖定信號處理單元10相連接。數(shù)字鎖定信號處理單元的原理圖如圖4所示，由中央處理器CPU 8051F040、液晶顯示器 LCM046 和鍵盤構(gòu)成，8051F040 的 PL 0、P1. 1、P12、P1. 3 分別與 LCM046 的端 ロ /CS、 /RD、/WR、DA對應(yīng)連接，光電耦合器TLP521-201、02、03、和04中的發(fā)光二極管的正極與500 歐姆電阻連接后接到+9V電源上，光電耦合器TLP521-201、02、03、和04中的發(fā)光二極管的負(fù)極與鍵盤開關(guān)Kl、K2、K3和K4連接后接到電源地上，光電耦合器TLP521-201、02、03、和04中的光敏三極管的集電極分別與5. 6K歐姆電阻連接后接到+3. 3V電源上，光電耦合器 TLP521-201、02、03、和04中的光敏三極管的發(fā)射極分別與500歐姆電阻連接后接到電源地上，光電耦合器TLP521-201、02、03、和04中的光敏三極管的發(fā)射極分別與8051RM0的卩1.4、？1.5、？1.6、？1.7對應(yīng)連接，805卟040的P3.0、P3. I的端點(diǎn)P30、P31與空間磁場信號預(yù)制單元的輸出端點(diǎn)Pad和預(yù)制信號發(fā)生器的輸出端Pll相連接，8051F040的P4. O、P4. I 的端點(diǎn)P40、P41與空間磁場信號預(yù)制單元的端點(diǎn)PI、P2相連接，8051F040的P2. 0的端點(diǎn) Pout輸出模擬量信號。
權(quán)利要求1.ー種空間磁場檢測器，包括空心線圈(12)、空間磁場信號預(yù)制單元(11)、數(shù)字鎖定信號處理單元(10)和預(yù)制信號發(fā)生器(9)，其特征為空心線圈(12)的輸出端連接到所述空間磁場信號預(yù)制單元(11)的輸入端，空間磁場信號預(yù)制單元(11)的輸出端和預(yù)制信號發(fā)生器(9)的輸出端均與所述數(shù)字鎖定信號處理単元(10)的輸入端相連，所述數(shù)字鎖定信號處理單元(10)的控制信號輸出端分別連接到空間磁場信號預(yù)制單元(11)和預(yù)制信號發(fā)生器(9)的反饋信號輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間磁場檢測器，其特征為所述數(shù)字鎖定信號處理單元(10)包括中央處理器￠)、液晶顯示器(8)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(4)、數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)換器(7)，所述中央處理器(6)分別與液晶顯示器(8)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(4)、數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)換器(7)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間磁場檢測器，其特征為空間磁場信號預(yù)制單元(11)由初級放大器(I)、頻帶定制濾波器(2)、后級放大器(3)順次連接組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空間磁場檢測器，其特征為數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測器采用手持式結(jié)構(gòu)，利用電池供電。
專利摘要本實用新型公開了一種數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測器，包括空心線圈(12)、空間磁場信號預(yù)制單元(11)、數(shù)字鎖定信號處理單元(10)和預(yù)制信號發(fā)生器(9)，空心線圈(12)的輸出端連接到所述空間磁場信號預(yù)制單元(11)的輸入端，空間磁場信號預(yù)制單元(11)的輸出端和預(yù)制信號發(fā)生器(9)的輸出端均與所述數(shù)字鎖定信號處理單元(10)的輸入端相連，所述數(shù)字鎖定信號處理單元(10)的控制信號輸出端分別連接到空間磁場信號預(yù)制單元(11)和預(yù)制信號發(fā)生器(9)的反饋信號輸入端。本實用新型技術(shù)成熟、可靠性高。
文檔編號G01R33/02GK202339402SQ20112051687
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者李巖松, 李硯, 王妍艷, 王曄, 賀鴻鵬, 齊鄭 申請人:北京丹華昊博電力科技有限公司, 華北電力大學(xué)