CN104459291A - 检测特定频率交流信号的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测特定频率交流信号的方法包括：通过空心线圈对电力机车中供电的直流电流进行滤波，提取所述直流电流中的交流信号；通过交流放大电路对所述交流信号进行放大；通过滤波电路对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号；该方法能够准确检测到直流电流中特定频率的交流信号。

Description

检测特定频率交流信号的方法及***

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种检测特定频率交流信号的方法及***。

背景技术

在直流供电机车，或者双流以及多流供电机车中的直流电流中经常会存在一些交流信号。这些交流信号的存在会造成机车信号***受到干扰，这样会直接影响到机车的运行安全。

现有的检测直流电流中特定频率的交流信号的方法是利用高速计算机实时监测机车特定电流幅值(例如50HZ电流幅值)；或者采用机车车载计算机实时监控机车特定电流幅值(例如50HZ电流幅值)。

但是利用高速计算机实时监测机车的方法对处理器和计算机的要求非常高，会造成成本高、体积大，但是精度还不能达到要求，不能满足现有应用的要求；利用机车车载计算机实时监控机车的方法，由于采用的是机车车载计算机***，因此存在采样速度慢，精度低，不能满足保护精度，因此常出现误动作。

因此，如何准确检测到直流电流中特定频率的交流信号，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测特定频率交流信号的方法，该方法能够准确检测到大幅值直流电流中特定频率的交流信号，保证机车信号***的正常运行；本发明的另一目的是提供一种检测特定频率交流信号的***。

为解决上述技术问题，本发明提供一种检测特定频率交流信号的方法包括：

通过空心线圈对电力机车中供电的直流电流进行滤波，提取所述直流电流中的交流信号；

通过交流放大电路对所述交流信号进行放大；

通过滤波电路对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号。

其中，所述提取所述交流信号包括：

当直流电流中存在交流信号时，空心线圈的两端输出交流电压信号；

利用电压积分器对所述交流电压信号进行处理，得到交流电流信号。

其中，所述通过滤波电路对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号包括：

利用0Hz～49.5Hz的高通滤波电路对所述放大后的交流信号进行滤波，得到49.5Hz以上的交流信号；

利用大于50.5Hz的低通滤波电路对所述49.5Hz以上的交流信号进行滤波，得到49.5Hz～50.5Hz的交流信号。

所述得到特定频率的交流信号后还包括：

将所述特定频率的交流信号通过变换电路转换为车载计算机能够识别的直流信号；

车载计算机对所述直流信号进行监测，当所述直流信号达到预定条件时，车载计算机按预定程序执行相对应的操作。

其中，所述将所述特定频率的交流信号通过变换电路转换为车载计算机能够识别的直流信号包括：

将所述特定频率的交流信号通过全桥整流变换电路转换为直流信号；

将所述直流信号经过直流斩波器DC/DC变换为车载计算机可以识别的直流电流信号。

其中，当检测的特定频率为49.5Hz～50.5Hz的交流信号时，所述车载计算机按预定程序执行相对应的操作包括：

若所述直流信号达到预定条件，车载计算机将控制直流快速断路器断开。

本发明所提供的一种检测特定频率交流信号的***包括：

空心线圈，用于对电力机车中供电的直流电流进行滤波，使得当直流电流中存在交流信号时，提取所述交流信号；

放大电路，用于对所述交流信号进行放大；

滤波电路，对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号。

其中，检测特定频率交流信号的***还包括：

转换电路，用于将特定频率的交流信号转换为车载计算机能够识别的直流信号；

车载计算机，用于对所述直流信号进行监测，当所述直流信号达到预定条件时，车载计算机按预定程序执行相对应的操作。

其中，所述转换电路包括：直流斩波器DC/DC，用于将直流信号变换为车载计算机可以识别的直流电流信号。

其中，检测特定频率交流信号的***还包括：

电压积分器，用于对空心线圈提取的交流电压信号进行处理，得到交流电流信号。

基于上述技术方案，本发明所提供的检测特定频率交流信号的方法，通过空心线圈对电力机车中供电的直流电流进行滤波，提取所述直流电流中的交流信号；通过交流放大电路对所述交流信号进行放大；通过滤波电路对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号；经过空心线圈对直流载体的滤波，当直流电流中不存在交流信号时，空心线圈中的磁场不会发生变化，空心线圈两端不会产生电压，当直流电流中存在交流信号时，空心线圈中的磁场会发生变化，空心线圈两端会产生交流信号，提取所述交流信号；由于该交流信号十分微弱，因此需要通过放大电路对所述交流信号进行放大；对放大后的交流信号进行特定频率的滤波电路，当该交流信号中存在所述特定频率的交流信号时，可以得到该特定频率的交流信号；该方法能够准确检测到直流电流中特定频率的交流信号，且该方法成本低，方便易行。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的检测特定频率交流信号的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的通过空心线圈对电力机车中供电的直流电流进行滤波的示意图；

图3为本发明实施例提供的经过空心线圈之前的电力机车中原边电流信号的示意图；

图4为本发明实施例提供的通过空心线圈对电力机车中供电的直流电流进行滤波后的结果的示意图；

图5为本发明实施例提供的提取所述交流信号的方法流程图；

图6为本发明实施例提供的利用电压积分器对所述交流电压信号进行处理，得到交流电流信号的示意图；

图7为本发明实施例提供的车载计算机的转换示意图；

图8为本发明实施例提供的检测特定频率交流信号的***的结构框图；

图9为本发明实施例提供的获得49.5HZ～50.5HZ交流信号的滤波电路示意图；

图10为本发明实施例提供的电压积分器的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的49.5HZ～50.5HZ交流信号通过转换电路到达车载计算机的电路示意图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种检测特定频率交流信号的方法，该方法能够准确检测到大幅值直流电流中特定频率的交流信号，保证机车信号***的正常运行；本发明的另一目的是提供一种检测特定频率交流信号的***。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前电力机车中直流供电站6脉波或12脉波整流器故障会导致产生特定频率的电流以及电路机车自生产生特定频率电流，这些特定频率的交流信号会对电力机车的信号***造成一定的影响。因此电力机车需要能够准确检测到这些特定频率的交流信号，当这些特定频率的交流信号达到一定的程度，电力机车需要采取相应的措施以保证电力机车的运行安全。又由于电力机车直流供电***中直流额定电流高达2000A，但是里面可能会产生的交流信号又是非常微弱，因此对直流电流传感器以及车载计算机等的精度要求非常高。现有的设备不能满足精度要求。通过本发明的检测特定频率交流信号的方法可以在不改变这些设备的精度的基础上，能够准确的检测到大幅值直流电流中特定频率的交流信号。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的检测特定频率交流信号的方法的流程图；该方法可以包括：

步骤s100、通过空心线圈对电力机车中供电的直流电流进行滤波，提取所述直流电流中的交流信号；

其中，由于电力机车直流供电***中直流额定电流高达2000A，但是里面可能会产生的交流信号又是非常微弱，因此要在这么大电流的基础上进行交流信号的采集非常困难；因此本发明采用空心线圈来将大幅值的直流电流过滤掉，且当该直流电流中存在交流信号时，又能够将该交流信号提取出来。

例如电力机车中供电的直流电流中的交流信号进行提取可以如图2所示，图2为本发明实施例提供的通过空心线圈对电力机车中供电的直流电流进行滤波的示意图；

其中，当直流电流通过电线时，空心线圈周围的磁场无变化，因此线圈两端不会产生电压输出。

当直流电流中存在交流成分时，空心线圈磁场发生变化，线圈两端同步产生交流电压输出，其输出电压为：

通过采用电流载体通过空心线圈过滤大幅值直流电流，同步还原出电流直流***的交流成分。其中，图3为本发明实施例提供的经过空心线圈之前的电力机车中原边电流信号的示意图；图4为本发明实施例提供的通过空心线圈对电力机车中供电的直流电流进行滤波后的结果的示意图。通过这两幅图可以清楚的看到利用空心线圈的处理效果，将直流信号全部滤除，提取出交流信号。

其中，优选的，空心线圈的参数可以设置为：

空心线圈匝数：2800

空心线圈圆心半径：100mm

空心线圈半径：8mm

步骤s110、通过交流放大电路对所述交流信号进行放大；

其中，通过图4可以看到提取出来的交流信号非常微弱，因此很容易受到干扰且也不方便后续的处理，直接进行后续的处理时，也需要精度非常高的仪器，且处理效果也无法保证；因此可以通过交流放大电路对所述交流信号进行放大；这样即防止了微弱信号被外界干扰，又使得后续处理方便。

步骤s120、通过滤波电路对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号。

其中，对放大后的交流信号进行滤波处理，因为并不是多有频率的交流信号都是会危机电力机车运行安全的，有一些频率的交流信号对电力机车没有影响，因此不必要对其进行监测或其他处理。但是有些特定频率的交流信号就必须能够精确的检测到，以便后续对其进行处理，例如对其进行监测，防止其对电力机车的运行造成威胁。例如50HZ的交流信号会对电力机车的信号***造成干扰，影响电力机车的正常运行。就必须能够利用滤波电路准确检测该交流信号中是否存在50HZ的交流信号，当存在时，必须能够准确检测到，并且获得该交流信号，以便后续对其进行监测。以保证电力机车的安全运行。

基于上述技术方案，本发明实施例所提供的检测特定频率交流信号的方法，经过空心线圈对直流载体的滤波，当直流电流中不存在交流信号时，空心线圈中的磁场不会发生变化，空心线圈两端不会产生电压，当直流电流中存在交流信号时，空心线圈中的磁场会发生变化，空心线圈两端会产生交流信号，提取所述交流信号；由于该交流信号十分微弱，因此需要通过放大电路对所述交流信号进行放大；对放大后的交流信号进行特定频率的滤波电路，当该交流信号中存在所述特定频率的交流信号时，可以得到该特定频率的交流信号；该方法能够准确检测到直流电流中特定频率的交流信号，且该方法成本低，方便易行。

请参考图5，图5为本发明实施例提供的提取所述交流信号的方法流程图；该方法可以包括：

步骤s200、当直流电流中存在交流信号时，空心线圈的两端输出交流电压信号；

步骤s200、利用电压积分器对所述交流电压信号进行处理，得到交流电流信号。

其中，由于提取得到的交流电压信号很微弱，又因为电压信号相比于电流信号更容易受到外界的干扰，因此为了更加准确的获得精确的结果，防止外接干扰，优选的这里将提取的输出交流电压信号通过电压积分器同步还原为对应的原边电流的交流成分也即交流电流信号。请参考图6，图6为本发明实施例提供的利用电压积分器对所述交流电压信号进行处理，得到交流电流信号的示意图；通过该图可以看到该交流信号的幅值更大，更容易后续处理。

通过上述处理可以使容易受到外界干扰的交流电压信号转变为更加稳定的交流电流信号；通过这样的转换，可以使得后续处理更加精确。

可选的，所述通过滤波电路对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号包括：

利用0Hz～49.5Hz的高通滤波电路对所述放大后的交流信号进行滤波，得到49.5Hz以上的交流信号；

利用大于50.5Hz的低通滤波电路对所述49.5Hz以上的交流信号进行滤波，得到49.5Hz～50.5Hz的交流信号。

其中，这里是若特定频率的交流信号为50Hz的交流信号时，可以利用带通滤波电路，或者低通和高通组合的滤波电路，对获得的交流信号中不需要的频率进行滤除，若该交流信号中存在所需要的频率时，将其提取。优选的，这里使用0Hz～49.5Hz的高通滤波电路将采集到的所有低于49.5HZ的交流信号进行滤波，电路输出49,5HZ以上电压信号以及大于50.5Hz的低通滤波电路对获取的交流信号将采集到的所有高于50.5HZ的交流信号进行滤波。经过滤波电路后，可以得到49.5Hz～50.5Hz的交流信号，这样在50Hz的交流信号上下多出0.5Hz可以保证全部的50Hz的交流信号都可以得到。

可选的，所述得到特定频率的交流信号后还包括：

将所述特定频率的交流信号通过变换电路转换为车载计算机能够识别的直流信号；

其中，由于目前的电力机车的车载计算机还不能够识别通过滤波电路或获取的特定频率的交流信号，因此需要将所述特定频率的交流信号通过变换电路转换为车载计算机能够识别的直流信号。

车载计算机对所述直流信号进行监测，当所述直流信号达到预定条件时，车载计算机按预定程序执行相对应的操作。

其中，车载计算机采集转换后的直流信号，并且对所述直流信号进行监测，当监测到的直流信号达到预定条件时，车载计算机按预定程序执行相对应的操作。例如断开直流快速断路器等。以保证电力机车的运行安全。不同特定频率的交流信号对应有不同的预定条件，在当特定频率的交流信号达到预定条件时，车载计算机会按照各个特定频率下的控制程序来控制相应的器件做出适应的操作。

通过利用精确检测到的特定频率的交流信号，将其精度变换为可以由车载计算机识别的情况，这样再由车载计算机进行监测，以及根据监测结果进行相应的处理则更加准确，且成本低，效果好。

优选的，所述将所述特定频率的交流信号通过变换电路转换为车载计算机能够识别的直流信号包括：

将所述特定频率的交流信号通过全桥整流变换电路转换为直流信号；

将所述直流信号经过直流斩波器DC/DC变换为车载计算机可以识别的直流电流信号。

其中，例如特定频率为49.5HZ～50.5HZ的交流信号时，49.5HZ～50.5HZ的交流信号可以经过全桥整流可以变换为0V～10V直流信号，直流信号电压信号经过DC/DC变换转换为车载计算机可以是别的可以为4mA～20mA电流信号。

可选的，当检测的特定频率为49.5Hz～50.5Hz的交流信号时，所述车载计算机按预定程序执行相对应的操作包括：

若所述直流信号达到预定条件，车载计算机将控制直流快速断路器断开。

其中，电路机车车载计算机采集***将采集的4～20mA电流信号通过变换公式可以相对应的变换为1～60A的电流信号。可以如图7所述，图7为本发明实施例提供的车载计算机的转换示意图，4～20mA电流信号中每个数值与1～60A的电流信号相对应。

当车载计算机监测到49.5HZ～50.5HZ交流信号对应的1～60A的电流信号中出现达到预定条件，其中，该预定条件可以为电流值大于6A且该大于6A的电流信号的持续时间超过2S，车载计算机将控制直流快速断路器进行断开，以保护机车信号***不受50HZ电流干扰。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的检测特定频率交流信号的方法，经过空心线圈对直流载体的滤波，当直流电流中不存在交流信号时，空心线圈中的磁场不会发生变化，空心线圈两端不会产生电压，当直流电流中存在交流信号时，空心线圈中的磁场会发生变化，空心线圈两端会产生交流信号，提取所述交流信号；由于该交流信号十分微弱，因此需要通过放大电路对所述交流信号进行放大；对放大后的交流信号进行特定频率的滤波电路，当该交流信号中存在所述特定频率的交流信号时，可以得到该特定频率的交流信号；该方法能够准确检测到直流电流中特定频率的交流信号，且该方法成本低，方便易行。通过对精确提取的特定频率的交流信号进行监测，可以防止特定频率的交流信号对电力机车造成影响。且通过转换电路可以使获取的特定频率的交流信号满足车载计算机的识别精度，保证后续处理的准确程度，也降低了成本不需要在使用高精度的处理器。

本发明实施例提供了检测特定频率交流信号的方法，可以通过上述方法能够准确检测到大幅值直流电流中特定频率的交流信号。

下面对本发明实施例提供的检测特定频率交流信号的***进行介绍，下文描述的检测特定频率交流信号的***与上文描述的检测特定频率交流信号的方法可相互对应参照。

请参照图8，图8为本发明实施例提供的检测特定频率交流信号的***的结构框图；该***可以包括：

空心线圈100，用于对电力机车中供电的直流电流进行滤波，使得当直流电流中存在交流信号时，提取所述交流信号；

放大电路200，用于对所述交流信号进行放大；

其中，这里的放大电路200可以利用取样电阻进行，即经过取样电阻将电流信号放大为计算机可以识别的交流信号。

滤波电路300，对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号。

其中，对于50HZ的特定频率的交流信号，可以用滤波电路300来得到49.5HZ～50.5HZ交流信号以函括所有的50HZ的特定频率的交流信号。该49.5HZ～50.5HZ交流信号的滤波电路300可以如图9所示，图9为本发明实施例提供的获得49.5HZ～50.5HZ交流信号的滤波电路示意图；

可选的，本发明实施例提供的检测特定频率交流信号的***还可以包括电压积分器，请参考图10，图10为本发明实施例提供的电压积分器的结构示意图；

电压积分器，用于对空心线圈提取的交流电压信号进行处理，得到交流电流信号。

可选的，本发明实施例提供的检测特定频率交流信号的***还可以包括：

转换电路，用于将特定频率的交流信号转换为车载计算机能够识别的直流信号；

车载计算机，用于对所述直流信号进行监测，当所述直流信号达到预定条件时，车载计算机按预定程序执行相对应的操作。

可选的，所述转换电路包括：直流斩波器DC/DC，用于将直流信号变换为车载计算机可以识别的直流电流信号。

其中，可以参照图11，图11为本发明实施例提供的49.5HZ～50.5HZ交流信号通过转换电路到达车载计算机的电路示意图；将49.5HZ～50.5HZ交流信号通过该图所示过程，可以被车载计算机所识别，并可以对其进行采集和监测；并通过监测的结果控制相应的电力机车执行机构进行相应的操作，以保护电力机车运行安全。

本发明实施例提供了检测特定频率交流信号的***，可以通过上述***能够准确检测到大幅值直流电流中特定频率的交流信号。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的检测特定频率交流信号的方法及***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种检测特定频率交流信号的方法，其特征在于，包括：

通过空心线圈对电力机车中供电的直流电流进行滤波，提取所述直流电流中的交流信号；

通过交流放大电路对所述交流信号进行放大；

通过滤波电路对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提取所述交流信号包括：

当直流电流中存在交流信号时，空心线圈的两端输出交流电压信号；

利用电压积分器对所述交流电压信号进行处理，得到交流电流信号。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过滤波电路对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号包括：

利用0Hz～49.5Hz的高通滤波电路对所述放大后的交流信号进行滤波，得到49.5Hz以上的交流信号；

利用大于50.5Hz的低通滤波电路对所述49.5Hz以上的交流信号进行滤波，得到49.5Hz～50.5Hz的交流信号。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述得到特定频率的交流信号后还包括：

将所述特定频率的交流信号通过变换电路转换为车载计算机能够识别的直流信号；

车载计算机对所述直流信号进行监测，当所述直流信号达到预定条件时，车载计算机按预定程序执行相对应的操作。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述特定频率的交流信号通过变换电路转换为车载计算机能够识别的直流信号包括：

将所述特定频率的交流信号通过全桥整流变换电路转换为直流信号；

将所述直流信号经过直流斩波器DC/DC变换为车载计算机可以识别的直流电流信号。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，当检测的特定频率为49.5Hz～50.5Hz的交流信号时，所述车载计算机按预定程序执行相对应的操作包括：

若所述直流信号达到预定条件，车载计算机将控制直流快速断路器断开。

7.一种检测特定频率交流信号的***，其特征在于，包括：

空心线圈，用于对电力机车中供电的直流电流进行滤波，使得当直流电流中存在交流信号时，提取所述交流信号；

放大电路，用于对所述交流信号进行放大；

滤波电路，对放大后的交流信号进行滤波处理，得到特定频率的交流信号。

8.如权利要求7所述的***，其特征在于，还包括：

转换电路，用于将特定频率的交流信号转换为车载计算机能够识别的直流信号；

车载计算机，用于对所述直流信号进行监测，当所述直流信号达到预定条件时，车载计算机按预定程序执行相对应的操作。

9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述转换电路包括：直流斩波器DC/DC，用于将直流信号变换为车载计算机可以识别的直流电流信号。

10.如权利要求7所述的***，其特征在于，还包括：电压积分器，用于对空心线圈提取的交流电压信号进行处理，得到交流电流信号。