[實(shí)用新型]從交直流疊加信號(hào)中提取直流信號(hào)的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220729325.X
• 申請(qǐng)日: 2012-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203054092U
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳強(qiáng);劉瑜;樊義;孫伯樂(lè);趙浩華;高志齊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 常州同惠電子股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01R27/14
• 分類(lèi)號(hào): G01R27/14;G01R15/00
• 代理公司: 常州市維益專(zhuān)利事務(wù)所 32211
• 代理人: 何學(xué)成

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種從交直流疊加信號(hào)中提取直流信號(hào)的裝置。

背景技術(shù)

絕緣電阻測(cè)試是讓一個(gè)直流電壓連接到被測(cè)元件兩端，通過(guò)元件兩端的電流和電壓來(lái)計(jì)算元件絕緣電阻。測(cè)試時(shí)，被測(cè)件基本處于高阻狀接近開(kāi)路。測(cè)試采樣輸入阻抗很高，對(duì)環(huán)境的電磁干擾非常敏感。由于被測(cè)電流相關(guān)的直流電壓為0.1-10mVDC，通過(guò)實(shí)際電路的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，電路的干擾主要為兩部分，主要部分為工頻干擾（20mVp），另外一部分為白噪聲（5mVp）。而且白噪聲的幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工頻干擾。白噪聲干擾信號(hào)通過(guò)簡(jiǎn)單的濾波電路即可去除，對(duì)測(cè)試速度沒(méi)有影響。因此測(cè)試時(shí)的干擾主要是工頻干擾，工頻干擾常見(jiàn)頻率為50Hz、60Hz。目前采用絕緣電阻測(cè)試儀測(cè)試時(shí)，是采用多級(jí)濾波電路實(shí)現(xiàn)濾除工頻干擾信號(hào)。多級(jí)濾波電路存在以下問(wèn)題：

多級(jí)濾波必然存在低通拐點(diǎn)和衰減程度的問(wèn)題。由于信號(hào)的精度要求，需要采用特性平坦的濾波電路。而這類(lèi)電路10倍頻衰減系數(shù)比較小，需要采用多級(jí)疊加。按工頻算10倍頻的低通-3DB的拐點(diǎn)就在5Hz、6Hz，多級(jí)疊加就更差了。考慮響應(yīng)速度就不能采用太多級(jí)的衰減。衰減不足引起數(shù)據(jù)的干擾衰減后幅值較大，在小電流采樣時(shí)還是會(huì)淹沒(méi)測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試電流的下限無(wú)法提高。一般測(cè)試電流都在10E-10量級(jí)，響應(yīng)速度大于500毫秒（參照?qǐng)D2）。因此，采用多級(jí)濾波電路的去除干擾信號(hào)，時(shí)延很大，使測(cè)試速度慢和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性形成對(duì)立關(guān)系，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和高穩(wěn)定測(cè)量。該結(jié)構(gòu)可以通過(guò)下以說(shuō)明證明：

參照?qǐng)D1，圖中為沒(méi)有采集電流時(shí)，測(cè)試端懸空的干擾波形，實(shí)際測(cè)試干擾可能更大。儀器需要將此信號(hào)壓縮到不影響測(cè)試信號(hào)的大小。圖的電路用來(lái)采集最大電流為1nA電流、采樣電阻為10M、儀器內(nèi)部放大為100倍。也就是說(shuō)采樣值最大才10mVDC，放大后為1V。電路采樣精度為1％，需要穩(wěn)定測(cè)試10pA的電流，即采樣信號(hào)幅值為0.1mV。而交流噪聲有20mVp,比實(shí)際需要的穩(wěn)定采樣值大200倍。如果將此信號(hào)一起放大模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路將超過(guò)測(cè)試信號(hào)上限無(wú)法工作。要將20mVp干擾衰減到0.1mV以下,交流干擾大概需要衰減60DB才能滿足設(shè)計(jì)要求。干擾波為工頻環(huán)境輻射，頻率比較低。濾波將必然帶來(lái)響應(yīng)速度變慢的問(wèn)題。以前的儀器采用兩級(jí)巴特沃斯濾波器，使采樣電路的響應(yīng)速度需要幾百毫秒，無(wú)法滿足快速測(cè)試要求。

另外，由于測(cè)試信號(hào)極弱，上述電路放大比率很高，在放大測(cè)試信號(hào)的同時(shí)，干擾信號(hào)被同時(shí)放大，以至阻塞AD采樣電路的工作。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種從交直流疊加信號(hào)中提取直流信號(hào)的裝置，本實(shí)用新型不但可以去除疊加信號(hào)中的工頻干擾，保證儀器的測(cè)試不受交流信號(hào)影響，使測(cè)試速度也獲得了提高。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

一種從交直流疊加信號(hào)中提取直流信號(hào)的裝置，包括按照時(shí)序發(fā)出控制指令的控制器；以及

與控制器連接的整周期采樣開(kāi)關(guān)，根據(jù)控制器輸出的控制指令進(jìn)行閉合或斷開(kāi)，該整周期采樣開(kāi)關(guān)的閉合時(shí)間等于干擾信號(hào)的周期；以及

與整周期采樣開(kāi)關(guān)輸出端連接的積分電路，在整周期采樣開(kāi)關(guān)閉合期間，該積分電路上的積分電容對(duì)輸入的疊加信號(hào)進(jìn)行積分取樣；以及

一端與積分電路輸出端連接的采樣保持開(kāi)關(guān)，采樣保持開(kāi)關(guān)根據(jù)控制器輸出的控制指令進(jìn)行閉合或斷開(kāi)；以及

與采樣保持開(kāi)關(guān)另一端連接的采樣保持器，在積分電路采樣完畢后，在控制器的控制下，使整周期采樣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，采樣保持開(kāi)關(guān)閉合，將所述積分電容上的電壓轉(zhuǎn)移到采樣保持器上保存下來(lái)。

進(jìn)一步地，還包括一個(gè)與控制器連接的放電開(kāi)關(guān)，該放電開(kāi)關(guān)的兩端與積分電路的積分電容并聯(lián)，在控制器的控制下，使采樣保持開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，放電開(kāi)關(guān)閉合，在下一次積分周期之前，保證所述積分電容上的電荷為零。

進(jìn)一步地，所述控制器為CPU或時(shí)序邏輯電路。

進(jìn)一步地，所述采樣保持器包括采樣電容以及運(yùn)算放大器，采樣電容的一端與運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，采樣電容的另一端接地，運(yùn)算放大器的反相輸入端與該運(yùn)算放大器的輸出端連接。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)算放大器為高輸入阻抗、低輸出阻抗的運(yùn)算放大器。

一種從交直流疊加信號(hào)中提取直流信號(hào)的方法，包括以下步驟：

步驟1，控制器按照時(shí)序發(fā)出控制指令首先使整周期采樣開(kāi)關(guān)閉合，整周期采樣開(kāi)關(guān)的閉合時(shí)間等于干擾信號(hào)的周期，在整周期采樣開(kāi)關(guān)閉合期間，積分電路上的積分電容對(duì)輸入的疊加信號(hào)進(jìn)行取樣；

步驟2，積分電容采樣完畢后，控制器控制整周期采樣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，同時(shí)控制采樣保持開(kāi)關(guān)閉合，將積分電容上的電壓轉(zhuǎn)移到采樣保持器上保存后再輸出。