[發明專利]高精度消諧器參數測量儀

在審

• 申請號: 201610536175.3
• 申請日: 2016-07-10
• 公開（公告）號: CN107589294A
• 公開（公告）日: 2018-01-16
• 發明（設計）人: 郭洪
• 申請（專利權）人: 郭洪
• 主分類號: G01R19/02
• 分類號: G01R19/02;G01R19/04;G01R19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及高精度消諧器參數測量儀。

背景技術

消諧器在電力系統中電壓互感器上廣泛使用。當消諧器電阻的非線性特性與所接入電壓互感器的特性匹配時，具有消除諧振，保護電路的作用。因此，消諧器在生產和使用的過程中必須對其電阻的非線性特性進行精確測量。但是由于消諧器電阻具有非線性，在測量時電壓和電流的波形會發生畸變，不再是傳統的正弦波信號，因此不能采用測量普通正弦波的方法進行測量，需要研制針對消諧器電壓電流真有效值和峰值的測量裝置，通過對比電壓、電流的峰值的數值來判斷發生諧振時電路中電壓、電流的畸變程度，以便準確分析消諧器電阻的非線性特性，對消諧器產品的合格性進行判定。

發明內容

為解決上述問題，本發明設計了高精度消諧器參數測量儀。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

高精度消諧器參數測量儀由信號采集與處理模塊電路，信號調理模塊模塊電路和顯示模塊電路組成。

所述信號采集與處理模塊電路，信號采集與處理模塊選擇C8051F系列單片機中的C8051F020芯片作為系統的主控芯片。C8051F020片上集成了8路高速高精度12位轉換器(轉換速率100kHz）和可編程增益放大器。C8051F020擁有64個通用I/O口（均與5V兼容）具有4352字節的內部RAM和64K字節的FLASH存儲器。

所述信號調理模塊模塊電路，測量儀采集交流電壓、電流的峰值和有效值，這4路模擬信號通過C8051F020單片機自帶的12位高精度位A/D轉換器進行采樣。減少了系統外圍設備功耗以及成本，增加了系統可靠性，提高系統的測量精度。該電路具有交流信號有效值調理電路和交流信號有效值調理電路。峰值采樣主要有2種方法：一是通過對一個周期的采樣交流信號值進行判斷，最大值即為峰值；二是采用峰值保持電路，直接輸出直流峰值信號。

所述顯示模塊，對于測量儀，不僅需要采樣外部的模擬量輸入，同時還需要將這些模擬量顯示出來，以便及時、方便地掌握實時數據。測量儀選用ST7920顯示模塊驅動一片128*64液晶顯示器，可以顯示字母、數字符號、中文字型及自定義圖塊顯示。

本發明的有益效果是，高精度消諧器參數測量儀是一種基于C8051F020單片機芯片的高精度測量系統。系統實現多路交流信號的峰值及有效值的實時采集和顯示功能。儀器硬件實現交流信號的采集功能，主要由信號調理模塊、信號采集與處理模塊、顯示模塊組成。測量儀具有攜帶方便、測量精度高、性能穩定的特點，具有較好的推廣應用價值。

附圖說明

下面結合附圖對本發明進一步說明。

圖1是系統的總體設計方案圖。

圖2是系統功能結構圖。

圖3是交流信號采集電路圖。

圖4是峰值電流測量電路圖。

具體實施方式

在圖1中，系統的主體框架由數據采集模塊與處理模塊、單片機模塊和數據顯示模塊3個模塊構。

在圖2中，硬件系統分為3大模塊：信號調理模塊、信號采集與處理模塊和顯示模塊。信號調理模塊對前端輸入的交流電壓和電流信號進行處理，濾除噪聲，將交流信號轉化為單片機A/D模塊可采樣的信號；信號采集與處理模塊對交流電壓電流信號進行采樣，并對采樣后的數據進行運算處理，減小誤差；顯示模塊提供良好的人機界面、實時顯示交流電壓、電流的有效值、峰值和平均值。

在圖3中，由于C8051F020的A/D轉換模塊是單極型的，且A/D的參考電壓為2.5V，無法轉換負值的電壓。因此，交流信號不能直接接到單片機ADC0的模擬輸入引腳上。為了測量交流信號，設置單片機C8051F020的ADC0模塊工作在差分方式下，在50Hz的交流信號上疊加一個直流偏置，使得疊加后的信號中沒有負電平，輸入A/D模塊的正輸入端口，在A/D模塊的負輸入端口輸入疊加的偏置電平。兩路信號經過差分運算后變為原有的交流信號。

在圖4中，峰值采樣主要有2種方法：一是通過對一個周期的采樣交流信號值進行判斷，最大值即為峰值；二是采用峰值保持電路，直接輸出直流峰值信號。通過比較，測量儀采用峰值保持電路直接輸出直流峰值信號進行采樣。這樣減少了單片機的采樣數據量，簡化了數據處理運算過程，提高了系統的實時性與可靠性。電壓型峰值保持電路主要由運算放大器U2C和U2D，二極管D1和D2，積分回路和組成。通過單片機的P3.1引腳來定峰值保持電路的充電與放電。