本發(fā)明屬于高壓斷路器振動信號測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高壓斷路器的強振動傳感器電路及強振動信號采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要、典型的電氣設(shè)備，其運行可靠性至關(guān)重要，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，若無法及時開斷線路、切斷故障，可能產(chǎn)生重大事故，因此常設(shè)計故障診斷系統(tǒng)。對于振動信號的數(shù)據(jù)采集的有效性、真實性是診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，振動傳感器在高壓斷路器故障檢測中一直發(fā)揮重要的作用。在更高等級的高壓斷路器領(lǐng)域里，對大量程、高可靠性的振動傳感器有著更加迫切的需求，目前振動傳感器系統(tǒng)加速度等級在10000g以內(nèi)，由于高電壓等級下的斷路器會有強振動信號，振動信號一般遠大于10000g左右，常規(guī)的振動傳感器系統(tǒng)測試電路達不到接收如此大的強振動信號電荷量，加之電磁環(huán)境惡劣，會影響傳感器系統(tǒng)的動態(tài)響應，導致分檔誤差大，可靠性降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為克服現(xiàn)有技術(shù)中強振動信號采集可靠性較低的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于高壓斷路器的強振動傳感器電路及信號采集系統(tǒng)，以進一步提高設(shè)備的可靠性和傳感器的量程。

技術(shù)方案：為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種用于高壓斷路器的強振動傳感器電路，包括串聯(lián)在振動傳感器輸出端的電荷電壓變換單元、二階低通濾波器單元和多檔放大單元；

所述電荷電壓變換單元包括第一運算放大器，與第一運算放大器反相輸入端相連的第三電容，并聯(lián)在第一運算放大器反相輸入端與輸出端之間的第一電容和第三電阻，串聯(lián)在第三電容與振動傳感器電荷輸出端之間的第六電阻，以及與第一運算放大器同相輸入端相連的第十一電阻，第一運算放大器的輸出端與二階低通濾波器單元的輸入端相連；

所述多檔放大單元包括第三運算放大器，串聯(lián)在第三運算放大器反相輸入端與二階低通濾波器單元輸出端之間的第七電阻和第五電阻，并聯(lián)在第三運算放大器反相輸入端與輸出端之間的多個檔位電阻，檔位開關(guān)，以及與第三運算放大器同相輸入端相連的第十二電阻，第三運算放大器的輸出端經(jīng)第十電阻與信號輸出端口相連。

作為優(yōu)選，所述第五電阻采用電位器。

作為優(yōu)選，所述第三電容為隔直電容。

作為優(yōu)選，所述第一運算放大器和第三運算放大器采用型號為lf353的運算放大器。

作為優(yōu)選，所述振動傳感器為石英晶體加速度傳感器。

作為優(yōu)選，所述二階低通濾波器單元采用二階巴特沃斯濾波器。

作為優(yōu)選，所述二階低通濾波器單元包括第二運算放大器、第二電容、第四電容、第八電阻和第九電阻；第八電阻和第九電阻串聯(lián)在第一運算放大器輸出端與第二運算放大器同相輸入端之間，第二電容一端連接在第八電阻和第九電阻之間，另一端連接在第二運算放大器反相輸入端，第二運算放大器反相輸入端與輸出端相連，第四電容一端與第二運算放大器同相輸入端相連，另一端接地。

作為優(yōu)選，所述第二運算放大器采用型號為lf353的運算放大器。

一種用于高壓斷路器的強振動信號采集系統(tǒng)，在振動傳感器與采集設(shè)備之間設(shè)置上述強振動傳感器電路。

有益效果：本發(fā)明提供的強振動傳感器電路可以接收高電壓等級的傳感器測試高壓斷路器的強振動信號產(chǎn)生的巨大電荷量，即使在電磁環(huán)境惡劣的情況下，仍然可以穩(wěn)定工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點：

1、輸入端串聯(lián)隔直電容(第三電容)，使電路具有隔直功能，將振動信號中的直流信號去除，便于后續(xù)處理，提高了信號的抗干擾能力。

2、第一電容與第三電阻的并聯(lián)使電路具有自放電功能，具備設(shè)備的自保護。

3、后級放大器采用固定電阻拼接換擋，電阻值分散性小，分檔準確。

4、第五電阻的存在起到抵消傳感器的分散性，解決高加速度下電荷靈敏度低、高電壓等級下電磁環(huán)境差的缺陷。

5、電路原理簡單，元器件成本低廉，設(shè)計巧妙，可以進行分檔調(diào)整，可以消除干擾信號，適用于采集強振動、電磁環(huán)境惡劣的場合，有利于推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的電路結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2是本發(fā)明實施例的采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步的說明：

本發(fā)明實施例公開的一種用于高壓斷路器的強振動傳感器電路，包括電荷電壓變換單元、二階低通濾波器單元和多檔放大單元。電荷電壓變換單元連接振動傳感器的輸出端，輸出的電壓信號經(jīng)二階低通濾波器單元濾除高頻信號后由多檔放大單元歸一化并放大至±5v輸出。

圖1為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的電路原理圖。圖1中，振動傳感器采用石英晶體加速度傳感器，如yd-50，yd-50加速度傳感器幅值線性度大、大沖擊后回零性、穩(wěn)定性好，是國內(nèi)用于爆炸、碰撞等高速度沖擊測量的專用壓電加速度傳感器。振動傳感器將接收的振動信號轉(zhuǎn)化為電荷信號，振動傳感器的輸出端與m5電纜線輸入端口相連，m5電纜線輸出端口p1與電荷電壓變換單元輸入端相連。

電荷電壓變換單元包括第一運算放大器u1、第一電容c1、第三電容c3、第三電阻r3、第六電阻r6和第十一電阻r11。第三電容c3與第一運算放大器u1反相輸入端相連，第六電阻r6串聯(lián)在第三電容c3與振動傳感器電荷輸出端之間，第一電容c1和第三電阻r3并聯(lián)在第一運算放大器u1反相輸入端與輸出端之間，第十一電阻r11一端接第一運算放大器u1同相輸入端，另一端接地。電荷電壓變換單元中采用輸入端串聯(lián)第三電容c3設(shè)計的隔直電路，將振動信號中的直流信號去除,便于后續(xù)處理,提高了信號的抗干擾能力。積分電路中第一電容c1與第三電阻r3的并聯(lián)，使電路具有自放電功能，具備設(shè)備的自保護。本實施例中運算放大器采用型號為lf353的雙運放，不同單元的運算放大器可共用同一運算放大器芯片，也可以選用其它型號的運算放大器。

經(jīng)過電荷電壓變換單元中第一運算放大器u1輸出的電壓信號輸入到二階低通濾波器單元濾除高頻信號。二階低通濾波器單元可采用二階低通巴特沃斯濾波器，保證在20khz以內(nèi)信號幅值基本保證不變，即對有用信號無衰，減抗干擾能力強。二階低通巴特沃斯濾波器，包括第二運算放大器u2、第二電容c2、第四電容c4、第八電阻r8和第九電阻r9；第八電阻r8和第九電阻r9串聯(lián)在第一運算放大器u1輸出端與第二運算放大器u2同相輸入端之間，第二電容c2一端連接在第八電阻和r8第九電阻之間r9，另一端連接在第二運算放大器u2反相輸入端，第二運算放大器u2反相輸入端與輸出端相連，第四電容c4一端與第二運算放大器u2同相輸入端相連，另一端接地。二階低通巴特沃斯濾波器，濾除高頻信號，其阻帶衰減特性的斜率為－40db/10oct，克服了一階低通濾波器阻帶衰減太慢的缺點。

濾除高頻后的電壓信號輸出到多檔放大單元，多檔放大單元將前級電壓信號歸一化并放大到±5v輸出，本實施例中采用歸一化三檔位放大，包括第三運算放大器u3、第七電阻r7、第五電阻r5、第一電阻r1、第二電阻r2、第四電阻r4和第十二電阻r12。第七電阻r7一端與第二運算放大器u2輸出端相連，另一端與第五電阻r5一端相連，第五電阻r5另一端與第三運算放大器u3反相輸入端相連，第十二電阻r12一端與第三運算放大器u3同相輸入端相連，另一端接地。第一電阻r1、第二電阻r2、第四電阻r4的電阻值大小不同，并聯(lián)在第三運算放大器u3反相輸入端與輸出端之間，通過撥動檔位開關(guān)k1來決定r1、r2、r4電阻工作的選擇，實現(xiàn)三個檔位不同的放大增益，從而實現(xiàn)傳感器的三個不同量程。多檔放大單元采用固定電阻拼接換擋，電阻值分散性小，分檔準確。第五電阻r5采用電位器，其存在起到抵消傳感器的分散性，以此解決高加速度下電荷靈敏度低、高電壓等級下電磁環(huán)境差。采用電阻歸一化三擋放大，從而保證電路輸出電壓穩(wěn)定，改進了常規(guī)電荷放大器采用電容換擋，而電容分散性大，伴隨著接線有電感及電阻，會影響動態(tài)特性，分檔誤差大、可靠性低的缺點，有助于精確的換檔位。

放大后的電壓信號通過第三運算放大器u3的輸出端與第十電阻r10的一端相連，r10的另一端連接到bnc信號輸出端口，通過bnc輸出端口(p2)輸出±5v的信號到采集卡，從而實現(xiàn)振動傳感器的功能。

圖2為采用上述強振動傳感器電路的采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。包括固定安裝在斷路器本體的振動傳感器，設(shè)置在振動傳感器與采集設(shè)備之間的強振動傳感器電路。振動傳感器將斷路器的機械振動量接收下來，經(jīng)過本發(fā)明的強振動傳感器電路將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷碾娏?，輸出到采集設(shè)備。強振動傳感器電路使用±15v電源供電，通過bnc線到達采集設(shè)備。采集設(shè)備即為現(xiàn)有的采集或檢測儀器。

在強振動下，產(chǎn)生的電荷特別大，在斷路器不同故障下，加速度大小不同，產(chǎn)生的電荷量大小不同，本發(fā)明可以調(diào)節(jié)檔位按鈕使電路滿足工程要求。

綜上所述，本發(fā)明能夠測試強振動加速度等級下的振動信號，電路原理簡單，元器件成本低廉，設(shè)計巧妙，可以進行分檔調(diào)整，隔直電路的作用可以消除干擾信號，適用于采集強振動、電磁環(huán)境惡劣的場合，有利于推廣。