CN207817140U - 一种激励电压的采集与控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激励电压的采集与控制装置，包括顺序连接的分压电路、放大滤波电路、差分单元、模数转换单元及信号处理单元。本实用新型通过分压电路对高压激励信号进行分压处理，然后放大滤波电路将分压处理后的信号进行放大和低通滤波处理，再经模数转换单元转换为数字信号，最后由信号处理单元对其进行采集处理分析得到结果信息；本实用新型具有电路结构简单，采样结果精确，电压采集量程宽的优势。

Description

一种激励电压的采集与控制装置

〖技术领域〗

本实用新型属于电气采集器材的技术领域，特别涉及一种激励电压的采集与控制装置。

〖背景技术〗

震荡波测试***能够产生高压激励电压，运用高压激励电压测试技术，用于检测交联聚乙烯绝缘电缆绝缘耐压状态，其***具有作用时间短、操作方便、易于携带的特点。但是，震荡波测试***所产生的高压激励源电压近似为指数衰减正弦波信号，其最大电压可达20kV；频率随测试回路电感和所测电缆的电容而变化，约为30Hz～300Hz，其中叠加有很大的高频干扰；对高压激励源的采样精度和采样量程要求较高。因此，有必要开发一种用于高压激励电压的采集与控制装置对其进行采样分析。

〖实用新型内容〗

本实用新型提供一种激励电压的采集与控制装置，具有电路结构简单，采样结果精确，电压采集量程宽的优点，其具体技术方案如下。

一种激励电压的采集与控制装置，其特征在于，所述装置包括：

分压电路，接收高压激励信号并将所述高压激励信号分压后输出；

放大滤波电路，接收所述分压电路的输出信号并进行放大和低通滤波后输出；

差分单元，接收所述放大滤波电路的输出信号并转换为差分信号后输出；

模数转换单元，接收所述差分单元的输出信号并转换为数字信号后输出；

信号处理单元，接收所述模数转换单元的输出信号并进行数字信号处理。

作为具体的技术方案，所述分压电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、输入端A和输出端B；所述输入端A与所述电阻R1的一端及电容C1的一端连接，所述电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，其连接点为第一连接节点；所述电容C1的另一端与电容C2的一端连接，其连接点为第二连接节点；所述R2另一端与C2另一端接地；所述输出端B与第一连接节点及第二连接节点连接。

作为具体的技术方案，所述放大滤波电路包括：

输入端C和输出端D；

运算放大器Y1，所述运算放大器Y1输出端与所述输出端D连接；

电阻R3，一端与运算放大器Y1反相输入端连接，另一端接地；

电阻R4，一端与运算放大器Y1同相输入端连接，另一端接地；

电阻R5，一端与运算放大器Y1反相输入端连接，另一端与运算放大器Y1输出端相连；

电容C3，一端与运算放大器Y1反相输入端连接，另一端与运算放大器Y1输出端相连；

电阻R6，一端与运算放大器Y1同相输入端连接，另一端与所述输入端C连接。

作为具体的技术方案，所述差分单元包括单端转差分转换器和***的电容电阻网络。

作为具体的技术方案，所述单端转差分转换器包括运算放大器Y2、运算放大器Y3、电阻R15和电阻R16，所述运算放大器Y2输出端与所述电阻R15的一端连接，所述运算放大器Y3输出端与所述电阻R16的一端连接，所述运算放大器Y3输出端与所述电阻R16的另一端、电阻R15的另一端连接。

作为具体的技术方案，所述电容电阻网络包括：

输入端E、输出端F和输出端G；

参考电压设置单元；

电容C4，所述电容C4的一端与运算放大器Y2反相输入端连接，另一端接地；

电容C5，所述电容C5的一端与运算放大器Y3同相输入端连接，另一端接地；

电阻R7，所述电阻R7的一端与运算放大器Y2反相输入端连接，另一端接地；

电阻R8，所述电阻R8的一端与运算放大器Y2反相输入端连接，另一端与所述参考电压设置单元连接；

电阻R9，所述电阻R9的一端与所述参考电压设置单元连接，另一端与运算放大器Y3同相输入端连接；

电阻R11，所述电阻R11与运算放大器Y2输出端连接；

电阻R10，所述电阻R10与运算放大器Y3输出端连接；

电阻R12，所述电阻R12的一端与运算放大器Y2同相输入端连接，另一端与运算放大器Y1输出端连接；

电阻R13，所述电阻R13的一端与运算放大器Y3同相输入端连接；

电阻R14，所述电阻R14的一端与所述输入端E连接，另一端与所述电阻R13的另一端相连；

电容C7和电容C8，所述电容C7的一端和电容C8的一端均接地；

电容C6，所述电容C6的一端与所述输出端F、所述电容C7的另一端、电阻R10的另一端连接，所述电容C6的另一端与所述输出端G、所述电阻R11另一端、电容C8的另一端连接。

作为具体的技术方案，所述装置还包括显示与操作模块，所述显示与操作模块与所述信号处理单元连接。

本实用新型提供一种激励电压的采集与控制装置，本装置通过分压电路对高压激励信号进行分压处理，然后放大滤波电路将分压处理后的信号进行放大和低通滤波处理和模数转换，信号处理单元对其进行采集处理分析得到结果信息；本实用新型的电路结构简单，采样结果精确，电压采集量程宽，提高对电缆局放检测的准确性。

〖附图说明〗

图1为本实用新型实施例的整体结构框图；

图2是本实用新型实施例的分压电路的电路图；

图3是本实用新型实施例的放大滤波电路的电路图；

图4是本实用新型实施例的放大滤波电路的幅频特性仿真结果图；

图5是本实用新型实施例的差分单元的电路图；

图6是本实用新型实施例的差分单元的幅频特性仿真结果图；

图7是本实用新型实施例的差分单元的相频特性仿真结果图；

图8是本实用新型实施例的放大滤波电路和差分单元连接后的幅频特性仿真结果图。

〖具体实施方式〗

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

为了使本实用新型的目的、技术方案、优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种激励源电压的采集与控制装置，包括分压电路、放大滤波电路、差分单元、模数转换单元以及信号处理单元，以上模块依次连接。具体地，分压电路接收高压激励信号，将其进行分压后发送给放大滤波电路；放大滤波电路接收分压后的信号，将其经过放大和低通滤波后发送给差分单元；差分单元接收经过放大滤波的信号，将其转换为差分信号发送给模数转换单元；模数转换单元接收差分信号，将其转换为数字信号发送给信号处理单元；信号处理单元对数字信号进行后续处理。

在本实用新型实施例中，激励源电压的采集与控制装置还包括显示与操作模块，显示与操作模块与信号处理单元连接，显示与操作模块接收来自信号处理单元的数据并对数据进行显示处理，或者接收操控指令，以实现显示灯交互操作。

如图2所示，分压电路对高压激励信号进行分压。所述分压电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、输入端A和输出端B；所述电阻R1的一端与电容C1的一端连接，其连接节点与输入端A连接，输入端A用于传输高压激励信号；所述电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，其连接点位第一连接节点；所述电容C1的另一端与电容C2的一端连接，其连接点位第二连接节点；所述R2另一端与C2另一端相连接并接地；所述输出端B与第一连接节点、第二连接节点连接，用于将分压信号输送给所述放大滤波电路。

在本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2的电阻值分别为400MΩ、1kΩ。第一电容C1、第二电容C2的电容值分别为10pF、4μF，分压电路分压比为400000：1。

如图3所示，放大滤波电路对分压信号进行放大和低通滤波。所述放大滤波电路包括输入端C和输出端D、运算放大器Y1、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C3、电阻R6；

所述运算放大器Y1输出端与输出端D连接，用于将放大滤波后的信号传输给所述差分单元；所述电阻R3的一端与运算放大器Y1反相输入端连接，另一端接地；所述电阻R4的一端与运算放大器Y1同相输入端连接，另一端接地；所述电阻R5的一端与运算放大器Y1反相输入端连接，另一端与运算放大器Y1输出端相连；所述电容C3的一端与运算放大器Y1反相输入端连接，另一端与运算放大器Y1输出端相连；所述电阻R6的一端与运算放大器Y1同相输入端连接，另一端与所述输入端C连接，具体为电阻R6的另一端与分压电路中的输出端B连接，用于传输来自分压电路的分压信号。

在本实施例中，运算放大器Y1采用LT6230，其中电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6的电阻值分别为100Ω、5.1kΩ、10kΩ、0Ω。

放大滤波电路的幅频特性仿真结果如图4所示，放大滤波电路表现为一个低通滤波器，信号在低频被放大40dB(100倍)，-3dB截止频率为340Hz。在频率大于100kHz时，幅值稳定为0dB(1倍)。

如图5所示，差分单元用于将经过放大滤波处理过的高压激励信号转换为差分信号。差分单元包括单端转差分转换器和***的电容电阻网络，其中单端转差分转换器包括运算放大器Y2、运算放大器Y3、电阻R15和电阻R16，所述运算放大器Y2输出端与电阻R15的一端连接，所述运算放大器Y3输出端与电阻R16的一端连接，所述运算放大器Y3输出端与电阻R16的另一端、电阻R15的另一端连接；运算放大器Y2输出差分正值，运算放大器Y3与电阻R15、电阻R16组成反相放大器将运算放大器Y2的信号变为差分负值。

所述电容电阻网络包括输入端E、输出端F、输出端G、参考电压设置单元、电容C4、电容C5、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电阻R10、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C7和电容C8；

所述电容C4的一端与运算放大器Y2反相输入端连接，另一端接地；所述电容C5的一端与运算放大器Y3同相输入端连接，另一端接地；所述电阻R7的一端与运算放大器Y2反相输入端连接，另一端接地；所述电阻R8的一端与运算放大器Y2反相输入端连接，另一端与所述参考电压设置单元相连；所述电阻R9的一端与所述参考电压设置单元连接，另一端与运算放大器Y3同相输入端连接；所述电阻R11与运算放大器Y2输出端连接；所述电阻R10与运算放大器Y3输出端连接；所述电阻R12的一端与运算放大器Y2同相输入端连接，另一端与运算放大器Y2输出端连接；所述电阻R13的一端与运算放大器Y2同相输入端连接；所述电阻R14的一端与所述输入端E连接，另一端与所述电阻R13的另一端相连；所述电容C7的一端和电容C8的一端均接地；所述电容C6的一端与所述输出端F、所述电容C7的另一端、电阻R10的另一端连接，所述电容C6的另一端与所述输出端G、所述电阻R11另一端、电容C8的另一端连接。

所述输出端G输出差分正信号，所述输出端F输出差分负信号。

在本实施例中，单端转差分转换器采用LT6350，参考电压为2.5V；电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14的电阻值分别为1kΩ、499Ω、499Ω、51Ω、51Ω、499Ω、1kΩ、0Ω；电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8的电容值分别为0.1μF、0.1μF、47nF、47nF、47nF。

如图6所示，差分单元两差分信号的幅频特性仿真结果示意图，差分信号在高频段被抑制，其-3dB截止频率为22kHz。两差分信号幅频特性在低于10MHz时基本相等。

如图7所示，差分单元两差分信号的相频特性差值仿真结果示意图，在频率低于100kHz时，差分信号相位差值为180°，特性较好，频率增大后相位差值迅速减小，1MHz时相位差值为172°。

如图8所示，放大滤波电路和差分单元连接后的幅频特性仿真结果示意图，信号在低频段被放大34dB(50倍)，-3dB截止频率为340Hz，信号在高频段被抑制。输入激励采集与控制装置的高压激励电压幅值最大为50mY，经过放大滤波和差分单元后，其被转换为偏置电压2.5V，范围0～5V的差分信号。

在本实施例中，模数转换单元采用ADC芯片LTC2380-24，其分辨率为24位，采样率为2Msps，其对高压激励信号的采样分辨率为24位，采样精度达到2.5mV，电压采集量程为20V至20kV。

所述信号处理单元，用于接收模数转换单元的传输的数据并对数据进行处理，得到结果信息数据。

本实用新型提供的激励电压的采集与控制装置，本装置通过分压电路对高压激励信号进行分压处理，然后放大滤波电路将分压处理后的信号进行放大和低通滤波处理和模数转换，信号处理单元对其进行采集处理分析得到结果信息；本实用新型的电路结构简单，采样结果精确，电压采集量程宽，提高对电缆局放检测的准确性。

以上实施例仅为充分公开而非限制本实用新型，凡基于本实用新型的创作主旨、未经创造性劳动的等效技术特征的替换，应当视为本申请揭露的范围。

Claims (7)

1.一种激励电压的采集与控制装置，其特征在于，所述装置包括：

分压电路，接收高压激励信号并将所述高压激励信号分压后输出；

放大滤波电路，接收所述分压电路的输出信号并进行放大和低通滤波后输出；

差分单元，接收所述放大滤波电路的输出信号并转换为差分信号后输出；

模数转换单元，接收所述差分单元的输出信号并转换为数字信号后输出；

信号处理单元，接收所述模数转换单元的输出信号并进行数字信号处理。

2.根据权利要求1所述的激励电压的采集与控制装置，其特征在于：所述分压电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、电容C2、输入端A和输出端B；所述输入端A与所述电阻R1的一端及电容C1的一端连接，所述电阻R1的另一端与电阻R2的一端连接，其连接点为第一连接节点；所述电容C1的另一端与电容C2的一端连接，其连接点为第二连接节点；所述R2另一端与C2另一端接地；所述输出端B与第一连接节点及第二连接节点连接。

3.根据权利要求1所述的激励电压的采集与控制装置，其特征在于：所述放大滤波电路包括：

输入端C和输出端D；

运算放大器Y1，所述运算放大器Y1输出端与所述输出端D连接；

电阻R3，一端与运算放大器Y1反相输入端连接，另一端接地；

电阻R4，一端与运算放大器Y1同相输入端连接，另一端接地；

电阻R5，一端与运算放大器Y1反相输入端连接，另一端与运算放大器Y1输出端相连；

电容C3，一端与运算放大器Y1反相输入端连接，另一端与运算放大器Y1输出端相连；

电阻R6，一端与运算放大器Y1同相输入端连接，另一端与所述输入端C连接。

4.根据权利要求1所述的激励电压的采集与控制装置，其特征在于：所述差分单元包括单端转差分转换器和***的电容电阻网络。

5.根据权利要求4所述的激励电压的采集与控制装置，其特征在于：所述单端转差分转换器包括运算放大器Y2、运算放大器Y3、电阻R15和电阻R16，所述运算放大器Y2输出端与所述电阻R15的一端连接，所述运算放大器Y3输出端与所述电阻R16的一端连接，所述运算放大器Y3输出端与所述电阻R16的另一端、电阻R15的另一端连接。

6.根据权利要求5所述的激励电压的采集与控制装置，其特征在于：所述电容电阻网络包括：

输入端E、输出端F和输出端G；

参考电压设置单元；

电容C4，所述电容C4的一端与运算放大器Y2反相输入端连接，另一端接地；

电容C5，所述电容C5的一端与运算放大器Y3同相输入端连接，另一端接地；

电阻R7，所述电阻R7的一端与运算放大器Y2反相输入端连接，另一端接地；

电阻R8，所述电阻R8的一端与运算放大器Y2反相输入端连接，另一端与所述参考电压设置单元连接；

电阻R9，所述电阻R9的一端与所述参考电压设置单元连接，另一端与运算放大器Y3同相输入端连接；

电阻R11，所述电阻R11与运算放大器Y2输出端连接；

电阻R10，所述电阻R10与运算放大器Y3输出端连接；

电阻R12，所述电阻R12的一端与运算放大器Y2同相输入端连接，另一端与运算放大器Y1输出端连接；

电阻R13，所述电阻R13的一端与运算放大器Y3同相输入端连接；

电阻R14，所述电阻R14的一端与所述输入端E连接，另一端与所述电阻R13的另一端相连；

电容C7和电容C8，所述电容C7的一端和电容C8的一端均接地；

电容C6，所述电容C6的一端与所述输出端F、所述电容C7的另一端、电阻R10的另一端连接，所述电容C6的另一端与所述输出端G、所述电阻R11另一端、电容C8的另一端连接。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的激励电压的采集与控制装置，其特征在于，所述装置还包括显示与操作模块，所述显示与操作模块与所述信号处理单元连接。