專利名稱：一種數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間磁場檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種以數(shù)字信號鎖定為特征的空間磁場檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，為了實(shí)現(xiàn)線路故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，人們通過檢測故障線路中電流所形成的空間磁場，獲得故障線路的特征信息，從而判斷出線路的故障位置。在這個故障定位技術(shù)中，準(zhǔn)確獲得電流所形成的空間磁場信息，是故障定位的核心技術(shù)之一?，F(xiàn)有的空間磁場檢測技術(shù)是，通過空心線圈感應(yīng)出空間磁場信號，將信號輸入到一個濾波器中，然后通過模擬電路進(jìn)行信號幅度的檢測，然后顯示到數(shù)碼管或者液晶顯示器上。然而，這種技術(shù)存在以下不足(1)所使用的濾波器只能對以某個中心頻點(diǎn)為中心的一個頻帶的信號進(jìn)行濾波或者提取，這個頻帶一般比較寬，難以做到對某個頻點(diǎn)信號的測量， 這樣難以提高故障定位精度；( 所使用信號幅度模擬電路只能進(jìn)行信號幅度檢測，不能提供信號檢測中所需要的相位和頻率等信息；C3)所使用的檢測電路是模擬電路，不能進(jìn)行信號FFT計(jì)算，不便于信號的進(jìn)一步分析；(4)所使用的檢測電路只能實(shí)現(xiàn)信號幅值的顯示，不能輸出到其它設(shè)備進(jìn)行記錄和分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種以數(shù)字信號鎖定為特征的空間磁場檢測器，實(shí)現(xiàn)對空間磁場的多頻帶和多頻點(diǎn)的信號測量，測量信息實(shí)時顯示，并以模擬量的形式將測量的空間磁場信息輸出到其它設(shè)備中。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案。一種數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)，包括空心線圈12、空間磁場信號預(yù)制單元11、預(yù)制信號發(fā)生器9和數(shù)字鎖定信號處理單元10，其特征為通過所述空心線圈12感應(yīng)故障線路的空間磁場信號，將所述空間磁場信號輸入到空間磁場信號預(yù)制單元11中，對所述空間磁場信號進(jìn)行放大、濾波處理；經(jīng)所述空間磁場信號預(yù)制單元11對所述空間磁場信號進(jìn)行放大、濾波后的輸出信號輸入至數(shù)字鎖定信號處理單元10中；所述預(yù)制信號發(fā)生器9產(chǎn)生幅值、相位和頻率可以實(shí)時編程控制的正弦波、方波或者三角波；根據(jù)數(shù)字鎖定信號處理單元10輸出的控制指令，預(yù)制信號發(fā)生器9實(shí)時生成控制指令所確定的幅值、相位和頻率的方波、正弦波或者三角波，并將這個所生成的信號輸入至所述數(shù)字鎖定信號處理單元10 ；數(shù)字鎖定信號處理單元10根據(jù)所述空間磁場信號的頻率和幅值特征分別輸出控制指令到空間磁場信號預(yù)制單元11和預(yù)制信號發(fā)生器9中，實(shí)時調(diào)整空間磁場信號預(yù)制單元11中通道濾波頻率，以及預(yù)制信號發(fā)生器9所生成方波、正弦波或者三角波的幅值、相位和頻率，構(gòu)成信號閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)；
所述數(shù)字鎖定信號處理單元10根據(jù)所述空間磁場信號和預(yù)制信號進(jìn)行計(jì)算得到的所述空間磁場信號的幅值和相位，以及與所述空間磁場信號幅值成比例的模擬電壓信號；并在液晶顯示器8上顯示所述計(jì)算結(jié)果，同時驅(qū)動數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器7，輸出與所述空間磁場信號成比例的模擬電壓信號。數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)采用手持式結(jié)構(gòu)，利用電池供電。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下(1)通過空間磁場信號預(yù)制單元和預(yù)制信號發(fā)生器與中央處理器構(gòu)成數(shù)字信號鎖定，可以實(shí)現(xiàn)對空間磁場的任意頻點(diǎn)和任意頻段的信號檢測。(2)通過中央處理器和空間磁場信號預(yù)制單元，可以對所采集到的信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對信號的幅值、相位、頻率以及FFT計(jì)算。(3)通過中央處理器和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)輸出與空間磁場信號成比例的模擬電壓信號，方便連接到其它設(shè)備上進(jìn)行分析和存儲。


圖1是本發(fā)明數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明空間磁場信號預(yù)制單元的原理圖；圖3是本發(fā)明預(yù)制信號發(fā)生器的原理圖；圖4是本發(fā)明數(shù)字鎖定信號處理單元的原理圖。圖中標(biāo)號1-初級放大器，2-頻帶定制濾波器，3-后級放大器，4-A/D模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器， 5-鍵盤，6-CPU中央處理器，7-D/A數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，8-液晶顯示器，9-預(yù)制信號發(fā)生器， 10-數(shù)字鎖定信號處理單元，11-空間磁場信號預(yù)制單元，12-空心線圈。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種以數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)，下面結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示是本發(fā)明數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明公開的數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)包括空心線圈12、空間磁場信號預(yù)制單元11、預(yù)制信號發(fā)生器9和數(shù)字鎖定信號處理單元10。通過空心線圈12感應(yīng)故障線路的空間磁場信號， 并將測量的空間磁場信號輸入到空間磁場信號預(yù)制單元11中，對空間磁場輸入信號進(jìn)行偏置和放大；然后根據(jù)所需要測量的空間磁場的頻率范圍，數(shù)字鎖定信號處理單元(10)輸出控制指令，調(diào)整空間磁場信號預(yù)制單元11的通帶頻率和帶寬，對放大后的信號進(jìn)行帶通濾波，最后再進(jìn)行信號放大。預(yù)制信號發(fā)生器(9)產(chǎn)生幅值、相位和頻率可以實(shí)時編程控制的正弦波、方波或者三角波；根據(jù)數(shù)字鎖定信號處理單元(10)輸出的控制指令，預(yù)制信號發(fā)生器(9)實(shí)時生成控制指令所確定的幅值、相位和頻率的方波、正弦波或者三角波，并將這個所生成的信號輸入至所述數(shù)字鎖定信號處理單元(10)；空間磁場信號預(yù)制單元11的輸出信號和預(yù)制信號發(fā)生器9的輸出信號輸入到數(shù)字鎖定信號處理單元10中，數(shù)字鎖定信號處理單元10根據(jù)空間磁場信號的頻率和幅值特征輸出控制信號到空間磁場信號預(yù)制單元11和預(yù)制信號發(fā)生器9中，實(shí)時調(diào)整空間磁場信號預(yù)制單元(11)中通道濾波頻率，以及預(yù)制信號發(fā)生器(9)所生成方波、正弦波或者三角波的幅值、相位和頻率，構(gòu)成信號閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)，數(shù)字鎖定信號處理單元10接收并對空間磁場信號和預(yù)制信號進(jìn)行計(jì)算
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)，包括空心線圈(12)、空間磁場信號預(yù)制單元(11)、預(yù)制信號發(fā)生器(9)和數(shù)字鎖定信號處理單元(10)，其特征為通過所述空心線圈(12)感應(yīng)故障線路的空間磁場信號，將所述空間磁場信號輸入到空間磁場信號預(yù)制單元(11)中，對所述空間磁場信號進(jìn)行放大、濾波處理；經(jīng)所述空間磁場信號預(yù)制單元(11)對所述空間磁場信號進(jìn)行放大、濾波后的輸出信號輸入至數(shù)字鎖定信號處理單元(10)中；所述預(yù)制信號發(fā)生器(9)產(chǎn)生幅值、相位和頻率可以實(shí)時編程控制的正弦波、方波或者三角波；根據(jù)數(shù)字鎖定信號處理單元(10)輸出的控制指令，預(yù)制信號發(fā)生器(9)實(shí)時生成控制指令所確定的幅值、相位和頻率的方波、正弦波或者三角波，并將這個所生成的信號輸入至所述數(shù)字鎖定信號處理單元(10)；數(shù)字鎖定信號處理單元(10)根據(jù)所述空間磁場信號的頻率和幅值特征分別輸出控制指令到空間磁場信號預(yù)制單元(11)和預(yù)制信號發(fā)生器(9)中，實(shí)時調(diào)整空間磁場信號預(yù)制單元(11)中通道濾波頻率，以及預(yù)制信號發(fā)生器(9)所生成方波、正弦波或者三角波的幅值、相位和頻率，構(gòu)成信號閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)；所述數(shù)字鎖定信號處理單元(10)根據(jù)所述空間磁場信號和預(yù)制信號進(jìn)行計(jì)算得到的所述空間磁場信號的幅值和相位，以及與所述空間磁場信號幅值成比例的模擬電壓信號； 并在液晶顯示器(8)上顯示所述計(jì)算結(jié)果，同時驅(qū)動數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(7)，輸出與所述空間磁場信號成比例的模擬電壓信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)，其特征為所述空間磁場信號預(yù)制單元(11)由初級放大器(1)、頻帶定制濾波器O)、后級放大器 ⑶組成；所述空心線圈(12)輸出的空間磁場信號首先輸入至所述初級放大器，進(jìn)行信號的偏置和放大，然后通過所述頻帶定制濾波器( 進(jìn)行濾波處理，根據(jù)所需要測量的空間磁場的頻率范圍，數(shù)字鎖定信號處理單元(10)輸出控制指令，控制頻帶定制濾波器O)中的電位器數(shù)值，調(diào)整頻帶定制濾波器O)的通帶頻率和帶寬，對初級放大器的輸出信號進(jìn)行帶通濾波，最后經(jīng)后級放大器C3)第二次信號放大后輸入至所述數(shù)字鎖定信號處理單元 (10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)，其特征為所述初級放大器(1)由第11-13電阻(R11、R12、R13)和電位器(R14)以及第1運(yùn)算放大器(Ul)構(gòu)成，第12電阻(R12)跨接在空心線圈(12)輸出端和第1運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸入端之間，第13電阻(R13)跨接在第1運(yùn)算放大器(Ul)的正相輸入端和信號地之間， 第11電阻(Rll)跨接在第1運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸入端和輸出端之間，電位器(R14) 跨接在第1運(yùn)算放大器(Ul)的偏置正端和偏置負(fù)端之間，電位器(R14)的調(diào)節(jié)端接到第1 運(yùn)算放大器(Ul)的負(fù)電源端；所述頻帶定制濾波器O)由濾波器UAF42、第4電壓跟隨器(U4)、第6電壓跟隨器(U6) 和數(shù)字電位器X9241構(gòu)成，濾波器UAF42的第2腳連接第1運(yùn)算放大器(Ul)的輸出腳，第 31電阻(R31)跨接在濾波器UAF42的第2腳和信號地之間，第32電阻(R3》跨接在濾波器 UAF42的第12腳和第8腳之間，第31電容(C31)跨接在濾波器UAF42的第7腳和第8腳之間，第32電容￠3 跨接在濾波器UAF42的第1腳和第14腳之間，數(shù)字電位器X9241的第6腳連接到所述濾波器UAF42的第14腳，數(shù)字電位器X9M1的第7腳連接到濾波器UAF42 的第3腳，第4電壓跟隨器(U4)跨接在數(shù)字電位器X9241的第1腳和第7腳之間，第6電壓跟隨器(U6)跨接在數(shù)字電位器X9241的第19腳和第11腳之間，數(shù)字電位器X9241的第 9腳和第14腳與數(shù)字鎖定信號處理單元(10)相連接；所述后級放大器(3)由第21-23電阻(R21、R22、R23)和第2運(yùn)算放大器(U2)構(gòu)成，第22電阻(R22)跨接在濾波器UAF42的第1腳和第1運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸入端之間，第23電阻(R2!3)跨接在第1運(yùn)算放大器(Ul)的正相輸入端和信號地之間，第21電阻(R21)跨接在第1運(yùn)算放大器(Ul)的反相輸入端和輸出端之間，第1運(yùn)算放大器(Ul)的輸出端與數(shù)字鎖定信號處理單元(10)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)，其特征為所述預(yù)制信號發(fā)生器(9)由信號發(fā)生器AD9833、基準(zhǔn)電壓源AD584、運(yùn)算放大器0P07 和有源晶振和第41-43電阻(R41、R42、R43、R44)構(gòu)成，有源晶振連接到信號發(fā)生器AD9833 的第5腳，信號發(fā)生器AD9833通過由800歐姆電阻與0. 01uF、20pF、IuF電容所構(gòu)成的濾波網(wǎng)絡(luò)后與第43電阻(R43)連接，基準(zhǔn)電壓源AD584的第1、2腳與第42電阻(R42)連接，第 42,43電阻(R42、R43)與運(yùn)算放大器0P07的同相端連接，第41電阻(R41)與運(yùn)算放大器 0P07的反相端連接，第44電阻(R44)跨接在運(yùn)算放大器0P07的反相端和輸出端之間，運(yùn)算放大器0P07的輸出端與數(shù)字鎖定信號處理單元(10)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)，其特征為數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)采用手持式結(jié)構(gòu)，利用電池供電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字信號鎖定型空間磁場檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由空心線圈、空間磁場信號預(yù)制單元、預(yù)制信號發(fā)生器、數(shù)字鎖定信號處理單元組成，空心線圈將磁場信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后，傳輸?shù)娇臻g磁場信號預(yù)制單元，空間磁場信號預(yù)制單元將信號傳輸?shù)綌?shù)字鎖定信號處理單元，數(shù)字鎖定信號處理單元根據(jù)信號特征實(shí)時調(diào)整空間磁場信號預(yù)制單元和預(yù)制信號發(fā)生器，構(gòu)成信號閉環(huán)反饋結(jié)構(gòu)，數(shù)字鎖定信號處理單元接收并對空間磁場信號和預(yù)制信號進(jìn)行計(jì)算，在液晶顯示器上顯示，同時驅(qū)動數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，實(shí)時輸出與空間磁場信號成比例的模擬電壓信號。本發(fā)明技術(shù)成熟、可靠性高。
文檔編號G01R33/02GK102495380SQ20111041300
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者向勇, 張磊, 李巖松, 李硯, 范建磊, 齊鄭 申請人:北京丹華昊博電力科技有限公司, 華北電力大學(xué)