[發明專利]一種基于數字濾波與人工神經網絡的低壓SPD智能在線檢測裝置

在審

• 申請號: 202011305482.3
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112557946A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 魏瑜;沈睿;鄭佳樂;張欣
• 申請（專利權）人: 臺州學院;沈睿
• 主分類號: G01R31/52
• 分類號: G01R31/52;H03H17/00;H03H17/02;G06N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于數字信號濾波與人工神經網絡的低壓電源浪涌保護器（SPD）智能在線檢測裝置，所述裝置系統能對SPD的漏電流進行在線檢測，應用數字信號濾波來濾去檢測信號中的噪聲，用人工神經網絡處理檢測數據，從而提供檢測精度，節省硬件成本。

技術領域

本發明屬于低壓電源(交流1000V以下)的浪涌保護器(Surge ProtectiveDevice:SPD)的實時在線檢測領域，涉及一種少用或不用硬件電路來消除噪聲，而用數字信號處理的方法來消除噪聲的裝置。

背景技術

低壓電源浪涌保護器(以下簡稱低壓SPD)俗稱避雷器，是電信、移動通信、鐵路系統、軍用探測、氣象探測等重要部門的電源系統必備的浪涌電壓保護器，低壓SPD以低壓壓敏電阻為核心功能元件。低壓壓敏電阻在合格狀態時漏電流非常小，一般小于20微安。當低壓壓敏電阻劣化后后漏電流增大，會積熱升溫，有產生電弧或燃燒的危險，給被保護電路帶來附加的威脅，因此劣化的低壓SPD必須從電路中斷開(即脫扣)。自低壓SPD自上世紀80年代末至90年代初模塊化生產以來，國內外產品至今一直是應用基于極限狀態狀態的物理脫扣技術，也就是利用劣化的低壓壓敏電阻的溫升使低壓SPD端子的低溫焊錫軟化，從而利用彈簧使低壓SPD的端子斷開(因而叫脫扣)。這種脫扣方式是不精確的，脫扣動作具有較長的操作延時，給雷電保護帶來失效的風險時間，雷電流沖擊導致的誤脫扣也常有發生。要實現對劣化的低壓SPD精確和及時的脫扣，就需要實時在線檢測低壓壓敏電阻的漏電流，從而準確地判斷低壓SPD的性能。由于壓敏電阻的漏電流非常小，相對于電源系統的噪聲以及檢測電路的噪聲是微弱信號，常規的方法是難以精確檢測的。這也是防雷業界長期應用物理脫扣的方法制造低壓SPD的原因。

2012年的發明《一種低壓電源的智能脫扣方法：ZL201210131802.7》應用兩個電流互感器(CT)和差分放大電路來實現低壓SPD漏電流的差分檢測，其后不久，又有基于吉爾伯特乘法器的調制解調降噪方法。這在應用時遇到了很大的困難。首先，儀用電流互感器的準確級有0.01級、0.02級，以及0.5級，誤差最小的0.01級CT，測量數據換算成一次側的電流值，誤差為±0.01％,若電源負載的額定電流為10A，則測量結果誤差為1mA,而低壓壓敏電阻的劣化漏電流最小值為20微安，即0.02mA,顯然，現有技術只能等低壓壓敏電阻進一步劣化，漏電流增大達到毫安級才能精確檢測。進一步，用基爾伯特乘法器電路降噪來提高精度，由于集成電路技術的發展，MC1495,MC1496等乘法器產品逐漸被淘汰而停產，因而需要發明新的方法。

發明內容

本發明提供了一種應用微程序器(MPU)或數字信號處理器(DSP)對差分檢測的結果進行數字濾波，進一步用BP神經網絡處理數據的低壓SPD智能在線檢測裝置。被測信號是低壓SPD的漏電流，其模擬頻率f_h為50Hz,數字濾波器的取樣頻率f_s不應小于200Hz,被測信號數字頻率ω_h為2πf_h/f_s,選用相位FIR數字低通濾波器的理想通帶截止頻率ω_p＝0.25π，理想阻帶截止頻率ω_j＝0.4π，理想通帶最大衰減A_p＝1dB，理想阻帶最小衰減A_j＝50dB。根據測量對象的特點采用窗函數法設計相位FIR數字低通濾波器，設定所述相位FIR數字低通濾波器的通帶截止頻率，阻帶截止頻率，通帶最大衰減，阻帶最小衰減，從而設定窗函數來計算實際濾波器的頻率響應，驗證指標是否滿足。進一步，用BP神經網絡處理經過相位FIR數字低通濾波器的濾波的檢測信號，從而消除電流互感器的系統誤差。