[實用新型]一種用于配電設備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號調理電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520391785.X
• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN204719180U
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發(fā)明（設計）人: 李漢鋒;紀尚昆;蔡怡然;李文斐;許志銪
• 申請（專利權）人: 廣西電網(wǎng)有限責任公司欽州供電局;廈門紅相電力設備股份有限公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 朱凌

技術領域

本實用新型涉及一種局部放電超聲波信號調理電路，專門應用于配電設備局部放電在線監(jiān)測領域。

背景技術

目前，超聲波法是國內對配電設備局部放電在線監(jiān)測領域普遍采用的技術手段之一。由于配電設備局部放電產(chǎn)生的超聲波信號需在空氣中傳播一段距離才能被超聲波傳感器接收，聲信號在傳播過程中容易受到環(huán)境噪聲的干擾，從而影響監(jiān)測結果，要嚴格確定判斷、區(qū)分配電設備局部放電產(chǎn)生的聲場是十分困難的。目前，在配電設備局部放電在線監(jiān)測領域中大多缺乏信號甄別與抗噪處理，導致信號失真，影響監(jiān)測結果。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種用于配電設備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號調理電路，其可對信號進行甄別與抗噪處理，避免信號失真，監(jiān)測結果較好。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種用于配電設備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號調理電路，包括依次連接的匹配耦合電路、差分放大電路和帶通濾波電路，匹配耦合電路的輸入端為信號輸入端，帶通濾波電路的輸出端為信號輸出端；

上述匹配耦合電路的耦合電容采用nF級的電容；

上述差分放大電路的信號放大器采用INA217集成儀表放大器；

上述帶通濾波電路的濾波器采用無限增益多路負反饋二階帶通濾波器。

上述無限增益多路負反饋二階帶通濾波器的運算放大器的型號為AD8058。

采用上述方案后，本實用新型的一種用于配電設備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號調理電路，通過匹配耦合電路對輸入的超聲波信號進行耦合后，再采用對共模噪聲有強抑制作用的INA217集成儀表放大器對微弱的超聲波信號進行差分放大，避免了信號的失真以及有效的濾除共模噪聲，最后再由具有較強的噪聲干擾抑制能力的無限增益多路負反饋二階帶通濾波器進行濾波，從而實現(xiàn)對配電設備局部放電產(chǎn)生的超聲波信號的實時采集、放大以及除噪的功能，實現(xiàn)配電設備局部放電在線實時監(jiān)測。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路原理框圖；

圖2為圖1中匹配耦合電路和差分放大電路的電路原理圖；

圖3為圖1中帶通濾波電路的電路原理圖；

圖4為圖3中帶通濾波器的仿真曲線圖。

具體實施方式

????超聲波在線測量提供超聲信號源的三個參數(shù)特征，分別為峰值信號、與基波調制的相關程性（50Hz相關性）和與兩倍基波的調制相關性（100Hz相關性）。需要考慮信號的相關性，這樣測量通道就要求線性處理。按照本實用新型的設計思路，通過傳感器檢測的超聲波信號，依次經(jīng)過匹配耦合、差分放大、帶通濾波等環(huán)節(jié)處理，進而由CPU對信號分析以確定設備的絕緣狀況。

本實用新型的一種用于配電設備局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)的超聲波信號調理電路，如圖1所示，包括依次連接的匹配耦合電路100、差分放大電路200和帶通濾波電路300，匹配耦合電路100的輸入端為信號輸入端，帶通濾波電路300的輸出端為信號輸出端。

通常選用的超聲波探頭需要匹配的輸入阻抗約為3.7K，由于探頭輸出的信號含有直流分量，所以需要通過匹配耦合電路100對信號進行耦合。本實用新型中，匹配耦合電路100的電路結構如圖2所示，由于超聲波信號的頻率為40KHz，所以，匹配耦合電路100選用的耦合電容（C42、C39）應選擇nF級的電容，具體地，耦合電容C42、C39均選用39nF電容。

傳感器的諧振頻率為40KHz，考慮到傳感器產(chǎn)生的信號非常微弱，從幾十微伏到幾毫伏，很容易受到噪聲的污染，所以首先需先通過差分放大電路200將信號進行放大后，才能進行后續(xù)處理。如圖2所示，本實用新型中，差分放大電路200的信號放大器采用儀表放大器，儀表放大器擁有差分式結構，對共模噪聲有很強的抑制作用，同時擁有較高的輸入阻抗和較小的輸出阻抗，非常適合對微弱信號的放大。具體地，儀表放大器選用INA217集成儀表放大器。INA217集成儀表放大器（增益G=1+10K/RG，這里的RG=R45=10Ω）是一種低噪聲、低失調、差動輸入的集成儀表放大器，輸入電壓噪聲只有1.3nV/√Hz，共模擬制比CMRR:116dB(G=100)；80dB(G=100)；可編程增益范圍寬達1～10000，輸入阻抗為60MΩ，增益在1000倍時，增益誤差也只有±0.3%，INA217集成儀表放大器獨特的失調消除電路使其即使在高增益時也能把失調減到最低。

由于輸入的信號很容易被噪聲污染，信號經(jīng)過放大后，噪聲相應的也會放大，因此需經(jīng)過帶通濾波電路300進行濾波。另外為了使輸出電壓在40KHz以外的信號以更快的速度下降,提高低通濾波器濾除噪聲的能力，普通的單階濾波難以滿足要求，如圖3所示，本實用新型中，帶通濾波電路300的濾波器選擇了無限增益多路負反饋二階帶通濾波器結構，此無限增益多路負反饋二階帶通濾波器的運算放大器的型號為AD8058，該濾波器性能穩(wěn)定，具有較強的噪聲干擾抑制能力。有用信號的中心頻率為，取R48=33K，?R55=250,R46=62K，R,56=62K，C38=C40=1nF。帶通濾波電路300的帶通濾波仿真波形如圖4所示。經(jīng)過仿真，該帶通濾波器的-3dB處的低頻值為38.9KHz,高頻處為41.1KHz，中心頻率為40KHz?？梢娺@個濾波器與傳感器自身的中心頻率匹配。頻帶外信號抑制能力較強，保證濾除頻帶外噪聲的干擾，提高信號的準確性。