CN203909138U - 一种通用三相交流信号同步采样装置 - Google Patents
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Abstract
一种通用三相交流信号的同步采样装置，包括交流传感器、隔离滤波器、A/D模数转换器、过零检测电路和锁相倍频电路，其中交流传感器的输出端与隔离滤波器的输入端相连，隔离滤波器的输出端分为六路，六路均与A/D模数转换器的输入端相连，六路中的任意一路经过零检测电路、锁相倍频电路与A/D模数转换器的输入端相连。本实用新型采用高精度高速多通道AD模数转换器构建的性能优异的数据采集***，最大限度地提高三相交流参数的采集准确度和可靠性，真实再现了信号特征，具备成本低廉、操作简单、适应面广，整个电路高效实用，实时性高，通用性强，还具备优良的可扩展性，可模块化集成于各种三相交流采样测试设备中使用。
Description
技术领域
本实用新型属于计算机应用领域，具体涉及一种通用三相交流信号同步采样装置。
背景技术
三相交流信号的采样中，如果要达到比较理想的采样效果，实现信号的实时分析，不仅要测量某一时刻被测电压、电流的幅值与精度，更重要的是在交流信号周期变化时，都要能实现对三相交流信号的同步采样。由于严格意义上的同步采样是难以实现的，所以如何减少采样同步偏差一直是一个重要研究的问题。考虑到三相交流信号周期的不稳定性，以及对周期的测量也会存在一定的偏差，如果以固定周期进行采样,往往会出现采样区间和信号周期不同步,产生频谱泄漏问题，造成诸如电压有效值、功率值等计算结果的误差，采样精度较低。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种通用三相交流信号同步采样装置，实现了三相交流信号的同步采样。
为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：包括交流传感器、隔离滤波器、A/D模数转换器、过零检测电路和锁相倍频电路，其中交流传感器的输出端与隔离滤波器的输入端相连，隔离滤波器的输出端分为六路，六路均与A/D模数转换器的输入端相连，六路中的任意一路经过零检测电路、锁相倍频电路与A/D模数转换器的输入端相连。
所述过零检测电路包括比较电路芯片、电阻、第一二极管和第二二极管，比较电路芯片包括第一输入端和第二输入端，第一输入端与电阻的一端相连，电阻的另一端与隔离滤波器的输出端相连，比较电路芯片的第二输入端接地，第一输入端与第二输入端之间设置第一二极管和第二二极管，第一二极管的正极接地，第一二极管的负极与比较电路芯片的第一输入端相连，第二二极管的正极与比较电路芯片的第一输入端相连，第二二极管的负极接地；比较电路芯片的输出端与锁相倍频电路的输入端相连。
所述比较电路芯片的型号为LM319。
所述锁相倍频电路包括锁相环电路以及倍频电路，倍频电路的输入端、过零检测电路的输出端分别与锁相环电路的两个输入端相连，锁相环电路的输出端分为两路，一路与倍频电路的输入端相连，另一路与A/D模数转换器相连。
所述锁相环电路为CD4046锁相环电路。
所述倍频电路为计数器电路CD4024。
所述A/D模数转换器为模数转化器ADS8556。
与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：本实用新型通过设置交流传感器、隔离滤波器、A/D模数转换器、过零检测电路和锁相倍频电路，三相交流电各相电压和各相电流信号经交流传感器、隔离滤波器后，作为待测信号被送至多通道A/D模数转换器采样各通道的输入端，同时将其中一路经过零检测电路转换成与待测信号同频的方波信号，将此方波信号送至锁相环电路的输入端，利用硬件锁相倍频电路产生2N个采样脉冲，该采样脉冲作为高速多通道同步并行A/D模数转换器各通道采样的触发信号启动采样，完成对三相交流电各相电压及各相电流信号的同步准确实时采样。本实用新型克服现有技术中采用***软件算法复杂的模式，并提高采样精度，通过过零检测电路结合硬件锁相环倍频电路来实现一个周期内对交流信号的同步跟踪及多点脉冲的产生，采用多通道的高速A/D模数转换器实现一个周期内对三相交流电压电流信号的多点同步实时采样，避免由采样区间和信号周期不同步所产生的频谱泄漏问题，对信号一定范围频率的变化具有良好的跟踪特性，可以保证对三相交流电各相电压电流的同步实时准确可靠采样，提高了实时性。
本实用新型采用硬件锁相环电路及过零检测电路实现了三相交流信号的同步采样；采用高精度高速多通道AD模数转换器构建的性能优异的数据采集***，最大限度地提高三相交流参数的采集准确度和可靠性，真实再现了信号特征。
本实用新型采用简单的元器件，实现三相交流同步采样，具备成本低廉、操作简单、适应面广，整个电路高效实用，实时性高，通用性强，还具备优良的可扩展性，可模块化集成于各种三相交流采样测试设备中使用。
进一步的，本实用新型中A/D模数转换器为模数转化器ADS8556，对于并行630kSPS采样速率的ADS8556，完全能够满足精确采样要求。
附图说明
图1为本实用新型的电路实现原理框图。
图2为过零检测电路示意图。
图3为12/24倍频的锁相倍频电路。
图4为本实用新型应用实例中每个交流电工频周期内采样12/24点采样脉冲及采样波形示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的内容做进一步详细说明，但本实用新型的实际制作结构并不仅限于下述的实施例。
参见图1，本实用新型包括交流传感器1、隔离滤波器2、A/D模数转换器3、过零检测电路4、锁相倍频电路5，其中交流传感器1的输出端与隔离滤波器2的输入端相连，隔离滤波器2的输出端分为六路，六路分别为A相正压正弦波信号、B相电压正弦波信号、C相电压正弦波信号、A相电流正弦波信号、B相电流正弦波信号、C相电流正弦波信号，六路均与A/D模数转换器3的输入端相连，六路中的任意一路经过零检测电路4、锁相倍频电路5与A/D模数转换器的输入端相连。交流传感器1用于接收三相交流电各相电压和各相电流信号，过零检测电路用于接收三相交流电中一相电压或一相电流信号。
所述锁相倍频电路包括锁相环电路以及倍频电路，倍频电路的输入端、过零检测电路的输出端分别与锁相环电路的两个输入端相连，锁相环电路的输出端分为两路，一路与倍频电路的输入端相连，另一路与A/D模数转换器相连。
锁相倍频电路可以保证一个周期内产生2N个高频采样脉冲，(N可通过计数器进行配置)利用其上升沿或下降沿触发同步采样。所述锁相环电路为CD4046锁相环电路。所述倍频电路为计数器电路CD4024。所述A/D模数转换器为模数转化器ADS8556。
参见图3，图3中锁相倍频电路中计数器电路的计数值COUNT送入锁相环电路的相位比较器输入端-比较信号输入端，计数值COUNT为2N个倍频(调整计数器的设置可改变COUNT的数值)。输入信号经锁相环电路内部的放大整形、相位比较器、压控振荡器后输出，输出信号与输入信号同相，用锁定后的倍频信号的下降沿触发采集，这样就保证了在一个变化周波中采2N点，提高了采样的精度。
参见图2，所述过零检测电路4包括比较电路芯片、电阻R1、第一二极管T1和第二二极管T2，比较电路芯片有包括第一输入端和第二输入端，第一输入端与电阻的一端相连，电阻的另一端与隔离滤波器2的输出端相连，比较电路芯片的第二输入端接地，第一输入端与第二输入端之间设置第一二极管T1和第二二极管T2，第一二极管T1的正极接地，第一二极管T1的负极与比较电路芯片的第一输入端相连，第二二极管T2的正极与比较电路芯片的第一输入端相连，第二二极管T2的负极接地；比较电路芯片的输出端与锁相倍频电路的输入端相连。所述比较电路芯片的型号为LM319。
过零检测电路4将滤波后的输入信号整形为方波信号，该信号经分压降幅后送入锁相环电路的相位比较器输入端-基准信号输入端。
本实施例中三相交流同步采样装置主要由交流传感器1、隔离滤波器2、模数转换电路ADS8556、锁相环电路CD4046和计数器电路CD4024构建。
ADS8556的主要特性如下：6通道16-bit逐次逼近型ADC；每通道最大数据速率：并行630kSPS，串行450kSPS；可设定最大输入电压范围±12V；带可编程内部参考：0.5V～2.5V，0.5V～3.0V；可选择并行或串行模式。
该实施例可实现12或24倍频的锁相倍频电路，即可以在一个周波内对三相交流电压电流信号进行12或24次采样，完全能够满足精确采样要求。
参见图4，图4为交流模拟量和通过本实用新型采集到的值对比，从图4可以看出本实用新型实现了通用三相交流信号的同步采样，最大限度地提高三相交流参数的采集准确度和可靠性，真实再现了信号特征。
本实用新型的工作原理及过程为：三相交流电各相电压和各相电流信号经交流传感器、隔离滤波器后，作为待测信号被送至多通道A/D模数转换器采样各通道的输入端，同时将其中一路经过零检测电路转换成与待测信号同频的方波信号，将此方波信号送至锁相环电路的输入端，利用硬件锁相环及倍频电路产生2N个采样脉冲，该采样脉冲作为高速多通道同步并行A/D模数转换器各通道采样的触发信号启动采样，完成对三相交流电各相电压及各相电流信号的同步准确实时采样。其中采样脉冲个数2N，可根据实际需求对N进行实时配置。
Claims (7)
1.一种通用三相交流信号的同步采样装置，其特征在于，包括交流传感器(1)、隔离滤波器(2)、A/D模数转换器(3)、过零检测电路(4)和锁相倍频电路(5)，其中交流传感器(1)的输出端与隔离滤波器(2)的输入端相连，隔离滤波器(2)的输出端分为六路，六路均与A/D模数转换器(3)的输入端相连，六路中的任意一路经过零检测电路(4)、锁相倍频电路(5)与A/D模数转换器的输入端相连。
2.根据权利要求1所述的一种通用三相交流信号的同步采样装置，其特征在于，所述过零检测电路(4)包括比较电路芯片、电阻、第一二极管(T1)和第二二极管(T2)，比较电路芯片包括第一输入端和第二输入端，第一输入端与电阻的一端相连，电阻的另一端与隔离滤波器(2)的输出端相连，比较电路芯片的第二输入端接地，第一输入端与第二输入端之间设置第一二极管(T1)和第二二极管(T2)，第一二极管(T1)的正极接地，第一二极管(T1)的负极与比较电路芯片的第一输入端相连，第二二极管(T2)的正极与比较电路芯片的第一输入端相连，第二二极管(T2)的负极接地；比较电路芯片的输出端与锁相倍频电路的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的一种通用三相交流信号的同步采样装置，其特征在于，所述比较电路芯片的型号为LM319。
4.根据权利要求1所述的一种通用三相交流信号的同步采样装置，其特征在于，所述锁相倍频电路(5)包括锁相环电路以及倍频电路，倍频电路的输入端、过零检测电路的输出端分别与锁相环电路的两个输入端相连，锁相环电路的输出端分为两路，一路与倍频电路的输入端相连，另一路与A/D模数转换器相连。
5.根据权利要求3所述的一种通用三相交流信号的同步采样装置，其特征在于，所述锁相环电路为CD4046锁相环电路。
6.根据权利要求3所述的一种通用三相交流信号的同步采样装置，其特征在于，所述倍频电路为计数器电路CD4024。
7.根据权利要求1所述的一种通用三相交流信号的同步采样装置，其特征在于，所述A/D模数转换器(3)为模数转化器ADS8556。
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