專利名稱：一種電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著用電負(fù)荷日趨復(fù)雜化和多樣化，大量具有非線性、沖擊性和不平衡特征的負(fù)荷造成供電網(wǎng)電能質(zhì)量的惡化；同時，現(xiàn)代工業(yè)大量使用的計算機系統(tǒng)、機器人和快速發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對電能質(zhì)量和供電可靠性要求卻越來越高。瞬變是衡量電能質(zhì)量優(yōu)劣最重要的指標(biāo)之一，其可導(dǎo)致設(shè)備絕緣破壞，引發(fā)事故，以及高精密設(shè)備和服務(wù)器復(fù)位和損壞等。瞬變一般是由于雷擊時線路感應(yīng)所致，一般尖峰脈沖的寬度為Us級，幅值最高達數(shù)千伏。傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測和分析系統(tǒng)的最大采樣率低于200kbps，這樣幾乎無法分析瞬態(tài)電能質(zhì)量信號。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在低速采集模塊上配備一個輔助的高速采集模塊，該高速采集模塊是低速采集模塊的一個有力補充，兩者結(jié)合構(gòu)建了一個完整的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，所述電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)，包括順次電連接的低速采集模塊、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA模塊、數(shù)字信號處理模塊和中央處理器，其特點是，所述電能質(zhì)量采集系統(tǒng)還包括高速采集模塊，所述高速采集模塊包括順次電連接的運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、以及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述低速采集模塊與所述運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊電連接，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與所述FPGA模塊電連接。優(yōu)選的是，所述低速采集模塊包括順次連接的濾波模塊、運算放大模塊、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字隔離模塊，輸入至低速采集模塊的多路電壓經(jīng)所述濾波模塊、運算放大模塊、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字隔離模塊的處理后輸入至所述FPGA模塊，其中，所述輸入至低速采集模塊的多路電壓同時輸入至所述高速采集模塊內(nèi)，經(jīng)所述運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、以及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的處理后輸入至所述FPGA模塊。優(yōu)選的是，所述高速采集模塊中，所述運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊中的型號為AD8616的運算放大器進行電壓/電流轉(zhuǎn)換后，驅(qū)動型號為HCNR201的線性光耦，經(jīng)過所述線性光耦的隔離后，再經(jīng)過運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊中的型號為AD8616的運算放大器進行電流/電壓轉(zhuǎn)換得到測量范圍內(nèi)的電壓；并且，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用型號為ADS5233的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)過一高速模擬開關(guān)連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。[0008]本實用新型的有益效果在于，所述電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)在原有的低速采集模塊上配備了一個輔助的高速采集模塊，該高速采集模塊是低速采集模塊的一個有力補充，兩者結(jié)合構(gòu)建了一個完整的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)。其中，低速采集模塊的采樣率為40. 96kbps左右，用于分析電壓電流有效值、功率、諧波、間諧波、驟升、驟降、中斷、快速電壓變化、閃變等，而高速采集模塊的采樣頻率則最高5Mbps，專用于分析瞬態(tài)信號。本專利額外增加較少的器件就可以同時實現(xiàn)低速采集和高速采集，提升了國內(nèi)廠商在瞬態(tài)采集領(lǐng)域的弱勢地位；另外，本專利的采集速度高、精度高、安全性高。

圖I示出了本實用新型所述的電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)的電路示意圖，其中虛線框包圍的部分為高速采集模塊。圖2示出了圖I中高速采集模塊的電路示意圖。圖3示出了圖I中第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的電路示意圖。圖4示出了圖I中的FPGA模塊的電路示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步詳細(xì)的說明圖I示出了本實用新型所述的電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)的電路示意圖，其中虛線框包圍的部分為高速采集模塊2，如圖I所示，所述電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)，包括順次電連接的低速采集模塊I、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA模塊3、數(shù)字信號處理模塊(DSP4)和中央處理器(CPU5)。在低速采集模塊I的基礎(chǔ)上，所述電能質(zhì)量采集系統(tǒng)還包括高速采集模塊2。其中，如圖I中虛線框包圍的部分所示，所述高速采集模塊2包括順次電連接的運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊21、線性光耦22、運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊23、以及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊24，所述低速采集模塊I與所述運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊21電連接，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊24與所述FPGA模塊3電連接。具體地，所述低速采集模塊I包括順次連接的濾波模塊、運算放大模塊、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字隔離模塊，輸入至低速采集模塊I的四路電壓經(jīng)所述濾波模塊、運算放大模塊、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字隔離模塊的處理后輸入至所述FPGA模塊3，其中，所述輸入至低速采集模塊I的四路電壓同時輸入至所述高速采集模塊2內(nèi)，經(jīng)所述運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊21、線性光耦22、運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊23、以及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊24的處理后輸入至所述FPGA模塊3。參考圖2，由于整個系統(tǒng)是一個測量3+1的系統(tǒng)，因此這里同時可檢測四路瞬態(tài)信號。從低速采集模塊I的源頭即電壓通道電阻分壓抽頭引至高速采集模塊2部分，高速采集模塊2中的運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊21中的型號為AD8616的運算放大器進行電壓/電流轉(zhuǎn)換后，驅(qū)動型號為HCNR201的線性光耦22，經(jīng)過所述線性光耦22的隔離后，再經(jīng)過運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊23中的型號為AD8616的運算放大器進行電流/電壓轉(zhuǎn)換得到測量范圍內(nèi)的電壓。并且，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊24采用型號為ADS5233的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該高速轉(zhuǎn)換器只具有兩個通道，而同時有四個通道需要測試，因此這里通過高速模擬開關(guān)進行切換，即，所述運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊23經(jīng)過一高速模擬開關(guān)連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊24。這里運放AD8616的增益帶寬為20M，線性光耦22的LED最高帶寬為9M,因此預(yù)留一定余量后帶寬設(shè)計為5M。圖3示出了圖I中第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊24的電路示意圖，如圖3所示，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊24的兩個通道數(shù)字輸出均引至FPGA模塊3的端口，因此兩個通道的數(shù)據(jù)可同時采集和讀出。ADS5232是TI公司的雙通道12bit高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，每個通道的最高采樣率為65Mbps，因此通過高速模擬開關(guān)切換后每個通道可獲得不低于30Mbps的采樣率(損失的35Mbps預(yù)留給高速模擬開關(guān)的切換)，這里只需要5M即可。該第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊24輸入的公共端由其52腳輸出，其時鐘信號由FPGA模塊3提供，頻率設(shè)為30MHz，兩個并行總線均連接至FPGA模塊3，當(dāng)?shù)谝荒?shù)轉(zhuǎn)換模塊24采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，其22腳(DVB)和26腳(DVA)將產(chǎn)生一個下降沿信號，因此FPGA模塊3可通過此信號來判斷何時讀取數(shù)據(jù)。圖4示出了圖I中的FPGA模塊3的電路示意圖，如圖4所示，F(xiàn)PGA模塊3控制采集及數(shù)據(jù)讀取部分，并將同時讀取的兩個通道數(shù)據(jù)進行計算，當(dāng)超過設(shè)定的門限后，將讀取的數(shù)據(jù)進行緩存，然后批量發(fā)送給數(shù)字信號處理模塊(DSP4)，這里指已經(jīng)校準(zhǔn)后。校準(zhǔn)的流程如下，當(dāng)DSP4通過串口接收到校零和校滿指令后，給FPGA模塊3 —個握手信號，F(xiàn)PGA模塊3連續(xù)讀取100次的采集值，計算出平均值后發(fā)送給DSP4，這里校零時外部信號選擇為100V的直流信號，校滿時選擇1000V的直流信號。這里的設(shè)置參數(shù)例如采集速度、采集個數(shù)、觸發(fā)門限等均由中央處理器(CPU5 )通過SPORT 口發(fā)送給DSP4，上電后或者重新設(shè)置后DSP4再發(fā)給FPGA模塊3留存。當(dāng)FPGA模塊3采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過計算后超過觸發(fā)門限，便開始緩存此批數(shù)據(jù)，緩存器即將滿時FPGA模塊3發(fā)送給DSP4 —個握手信號，DSP4提前做好接收的準(zhǔn)備。當(dāng)DSP4收完數(shù)據(jù)后再將數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU5進行存儲。綜上所述僅為本實用新型較佳的實施例，并非用來限定本實用新型的實施范圍。即凡依本實用新型申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本實用新型的技術(shù)范疇。
權(quán)利要求1.一種電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)，包括順次電連接的低速采集模塊、現(xiàn)場可編程門陣列FPGA模塊、數(shù)字信號處理模塊和中央處理器，其特征在于所述電能質(zhì)量采集系統(tǒng)還包括高速采集模塊，所述高速采集模塊包括順次電連接的運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、以及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述低速采集模塊與所述運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊電連接，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與所述FPGA模塊電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)，其特征在于所述低速采集模塊包括順次連接的濾波模塊、運算放大模塊、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字隔離模塊，輸入至低速采集模塊的多路電壓經(jīng)所述濾波模塊、運算放大模塊、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字隔離模塊的處理后輸入至所述FPGA模塊，其中，所述輸入至低速采集模塊的多路電壓同時輸入至所述高速采集模塊內(nèi)，經(jīng)所述運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、以及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的處理后輸入至所述FPGA模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)，其特征在于所述高速采集模塊中，所述運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊中的型號為AD8616的運算放大器進行電壓/電流轉(zhuǎn)換后，驅(qū)動型號為HCNR201的線性光耦，經(jīng)過所述線性光耦的隔離后，再經(jīng)過運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊中的型號為AD8616的運算放大器進行電流/電壓轉(zhuǎn)換得到測量范圍內(nèi)的電壓；并且，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用型號為ADS5233的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)過一高速模擬開關(guān)連接所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種電能質(zhì)量分析儀中的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)，其包括順次連接的低速采集模塊、FPGA模塊、數(shù)字信號處理模塊和中央處理器，其還具有的高速采集模塊包括順次連接的運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，低速采集模塊與運算放大及電壓/電流轉(zhuǎn)換模塊連接，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與FPGA模塊連接。本專利在低速采集模塊上配備了高速采集模塊，后者是前者的一個有力補充，兩者結(jié)合構(gòu)建了一個完整的電能質(zhì)量采集系統(tǒng)。前者用于分析電壓電流有效值、功率、諧波、間諧波等，而后者專用于分析瞬態(tài)信號。本專利額外增加較少的器件就可以同時實現(xiàn)低速采集和高速采集，采集速度高、精度高、安全性高。
文檔編號G01R31/00GK202815120SQ20122050342
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者王瑞 申請人:深圳市亞特爾科技有限公司