一種用于配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號(hào)調(diào)理電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種局部放電超聲波信號(hào)調(diào)理電路，專門應(yīng)用于配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，超聲波法是國內(nèi)對(duì)配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測領(lǐng)域普遍采用的技術(shù)手段之一。由于配電設(shè)備局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)需在空氣中傳播一段距離才能被超聲波傳感器接收，聲信號(hào)在傳播過程中容易受到環(huán)境噪聲的干擾，從而影響監(jiān)測結(jié)果，要嚴(yán)格確定判斷、區(qū)分配電設(shè)備局部放電產(chǎn)生的聲場是十分困難的。目前，在配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測領(lǐng)域中大多缺乏信號(hào)甄別與抗噪處理，導(dǎo)致信號(hào)失真，影響監(jiān)測結(jié)果。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種用于配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號(hào)調(diào)理電路，其可對(duì)信號(hào)進(jìn)行甄別與抗噪處理，避免信號(hào)失真，監(jiān)測結(jié)果較好。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種用于配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號(hào)調(diào)理電路，包括依次連接的匹配耦合電路、差分放大電路和帶通濾波電路，匹配耦合電路的輸入端為信號(hào)輸入端，帶通濾波電路的輸出端為信號(hào)輸出端；
[0006]上述匹配耦合電路的耦合電容采用nF級(jí)的電容；
[0007]上述差分放大電路的信號(hào)放大器采用INA217集成儀表放大器；
[0008]上述帶通濾波電路的濾波器采用無限增益多路負(fù)反饋二階帶通濾波器。
[0009]上述無限增益多路負(fù)反饋二階帶通濾波器的運(yùn)算放大器的型號(hào)為AD8058。
[0010]采用上述方案后，本實(shí)用新型的一種用于配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號(hào)調(diào)理電路，通過匹配耦合電路對(duì)輸入的超聲波信號(hào)進(jìn)行耦合后，再采用對(duì)共模噪聲有強(qiáng)抑制作用的INA217集成儀表放大器對(duì)微弱的超聲波信號(hào)進(jìn)行差分放大，避免了信號(hào)的失真以及有效的濾除共模噪聲，最后再由具有較強(qiáng)的噪聲干擾抑制能力的無限增益多路負(fù)反饋二階帶通濾波器進(jìn)行濾波，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、放大以及除噪的功能，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備局部放電在線實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【附圖說明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型的電路原理框圖；
[0012]圖2為圖1中匹配耦合電路和差分放大電路的電路原理圖；
[0013]圖3為圖1中帶通濾波電路的電路原理圖；
[0014]圖4為圖3中帶通濾波器的仿真曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]超聲波在線測量提供超聲信號(hào)源的三個(gè)參數(shù)特征，分別為峰值信號(hào)、與基波調(diào)制的相關(guān)程性(50Hz相關(guān)性)和與兩倍基波的調(diào)制相關(guān)性(100Hz相關(guān)性)。需要考慮信號(hào)的相關(guān)性，這樣測量通道就要求線性處理。按照本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思路，通過傳感器檢測的超聲波信號(hào)，依次經(jīng)過匹配耦合、差分放大、帶通濾波等環(huán)節(jié)處理，進(jìn)而由CPU對(duì)信號(hào)分析以確定設(shè)備的絕緣狀況。
[0016]本實(shí)用新型的一種用于配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號(hào)調(diào)理電路，如圖1所示，包括依次連接的匹配耦合電路100、差分放大電路200和帶通濾波電路300，匹配親合電路100的輸入端為信號(hào)輸入端，帶通濾波電路300的輸出端為信號(hào)輸出端。
[0017]通常選用的超聲波探頭需要匹配的輸入阻抗約為3.7K，由于探頭輸出的信號(hào)含有直流分量，所以需要通過匹配耦合電路100對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合。本實(shí)用新型中，匹配耦合電路100的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，由于超聲波信號(hào)的頻率為40KHZ，所以，匹配耦合電路100選用的耦合電容(C42、C39)應(yīng)選擇nF級(jí)的電容，具體地，耦合電容C42、C39均選用39nF電容。
[0018]傳感器的諧振頻率為40KHz，考慮到傳感器產(chǎn)生的信號(hào)非常微弱，從幾十微伏到幾毫伏，很容易受到噪聲的污染，所以首先需先通過差分放大電路200將信號(hào)進(jìn)行放大后，才能進(jìn)行后續(xù)處理。如圖2所示，本實(shí)用新型中，差分放大電路200的信號(hào)放大器采用儀表放大器，儀表放大器擁有差分式結(jié)構(gòu)，對(duì)共模噪聲有很強(qiáng)的抑制作用，同時(shí)擁有較高的輸入阻抗和較小的輸出阻抗，非常適合對(duì)微弱信號(hào)的放大。具體地，儀表放大器選用INA217集成儀表放大器。INA217集成儀表放大器(增益G=1+10K/RG，這里的RG=R45=10 Ω )是一種低噪聲、低失調(diào)、差動(dòng)輸入的集成儀表放大器，輸入電壓噪聲只有1.3nV/ V Hz，共模擬制比CMRR: 116dB (G=10) ；80dB (G=10);可編程增益范圍寬達(dá)I?10000，輸入阻抗為60MΩ，增益在1000倍時(shí)，增益誤差也只有±0.3%，INA217集成儀表放大器獨(dú)特的失調(diào)消除電路使其即使在高增益時(shí)也能把失調(diào)減到最低。
[0019]由于輸入的信號(hào)很容易被噪聲污染，信號(hào)經(jīng)過放大后，噪聲相應(yīng)的也會(huì)放大，因此需經(jīng)過帶通濾波電路300進(jìn)行濾波。另外為了使輸出電壓在40KHz以外的信號(hào)以更快的速度下降，提高低通濾波器濾除噪聲的能力，普通的單階濾波難以滿足要求，如圖3所示，本實(shí)用新型中，帶通濾波電路300的濾波器選擇了無限增益多路負(fù)反饋二階帶通濾波器結(jié)構(gòu)，此無限增益多路負(fù)反饋二階帶通濾波器的運(yùn)算放大器的型號(hào)為AD8058，該濾波器性能穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的噪聲干擾抑制能力。有用信號(hào)的中心頻率為，取R48=33K，R55=250, R46=62K，R，56=62K，C38=C40=lnF。帶通濾波電路300的帶通濾波仿真波形如圖4所示。經(jīng)過仿真，該帶通濾波器的_3dB處的低頻值為38.9KHz,高頻處為41.1KHz,中心頻率為40KHz。可見這個(gè)濾波器與傳感器自身的中心頻率匹配。頻帶外信號(hào)抑制能力較強(qiáng)，保證濾除頻帶外噪聲的干擾，提高信號(hào)的準(zhǔn)確性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于:包括依次連接的匹配耦合電路、差分放大電路和帶通濾波電路，匹配耦合電路的輸入端為信號(hào)輸入端，帶通濾波電路的輸出端為信號(hào)輸出端； 上述匹配耦合電路的耦合電容采用nF級(jí)的電容； 上述差分放大電路的信號(hào)放大器采用INA217集成儀表放大器； 上述帶通濾波電路的濾波器采用無限增益多路負(fù)反饋二階帶通濾波器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于:上述無限增益多路負(fù)反饋二階帶通濾波器的運(yùn)算放大器的型號(hào)為AD8058。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于配電設(shè)備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號(hào)調(diào)理電路，其包括依次連接的匹配耦合電路、差分放大電路和帶通濾波電路，匹配耦合電路的輸入端為信號(hào)輸入端，帶通濾波電路的輸出端為信號(hào)輸出端。通過匹配耦合電路對(duì)輸入的超聲波信號(hào)進(jìn)行耦合后，再采用對(duì)共模噪聲有強(qiáng)抑制作用的INA217集成儀表放大器對(duì)微弱的超聲波信號(hào)進(jìn)行差分放大，避免了信號(hào)的失真以及有效的濾除共模噪聲，最后再由具有較強(qiáng)的噪聲干擾抑制能力的無限增益多路負(fù)反饋二階帶通濾波器進(jìn)行濾波，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備局部放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、放大以及除噪的功能，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備局部放電在線實(shí)時(shí)監(jiān)測。
【IPC分類】G01R31/12
【公開號(hào)】CN204719180
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520391785
【發(fā)明人】李漢鋒, 紀(jì)尚昆, 蔡怡然, 李文斐, 許志銪
【申請(qǐng)人】廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司欽州供電局, 廈門紅相電力設(shè)備股份有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月9日