本發(fā)明屬于高壓斷路器振動(dòng)信號(hào)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高壓斷路器的強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路及強(qiáng)振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中重要、典型的電氣設(shè)備，其運(yùn)行可靠性至關(guān)重要，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，若無法及時(shí)開斷線路、切斷故障，可能產(chǎn)生重大事故，因此常設(shè)計(jì)故障診斷系統(tǒng)。對(duì)于振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集的有效性、真實(shí)性是診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，振動(dòng)傳感器在高壓斷路器故障檢測(cè)中一直發(fā)揮重要的作用。在更高等級(jí)的高壓斷路器領(lǐng)域里，對(duì)大量程、高可靠性的振動(dòng)傳感器有著更加迫切的需求，目前振動(dòng)傳感器系統(tǒng)加速度等級(jí)在10000g以內(nèi)，由于高電壓等級(jí)下的斷路器會(huì)有強(qiáng)振動(dòng)信號(hào)，振動(dòng)信號(hào)一般遠(yuǎn)大于10000g左右，常規(guī)的振動(dòng)傳感器系統(tǒng)測(cè)試電路達(dá)不到接收如此大的強(qiáng)振動(dòng)信號(hào)電荷量，加之電磁環(huán)境惡劣，會(huì)影響傳感器系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，導(dǎo)致分檔誤差大，可靠性降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為克服現(xiàn)有技術(shù)中強(qiáng)振動(dòng)信號(hào)采集可靠性較低的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于高壓斷路器的強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路及信號(hào)采集系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高設(shè)備的可靠性和傳感器的量程。

技術(shù)方案：為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種用于高壓斷路器的強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路，包括串聯(lián)在振動(dòng)傳感器輸出端的電荷電壓變換單元、二階低通濾波器單元和多檔放大單元；

所述電荷電壓變換單元包括第一運(yùn)算放大器，與第一運(yùn)算放大器反相輸入端相連的第三電容，并聯(lián)在第一運(yùn)算放大器反相輸入端與輸出端之間的第一電容和第三電阻，串聯(lián)在第三電容與振動(dòng)傳感器電荷輸出端之間的第六電阻，以及與第一運(yùn)算放大器同相輸入端相連的第十一電阻，第一運(yùn)算放大器的輸出端與二階低通濾波器單元的輸入端相連；

所述多檔放大單元包括第三運(yùn)算放大器，串聯(lián)在第三運(yùn)算放大器反相輸入端與二階低通濾波器單元輸出端之間的第七電阻和第五電阻，并聯(lián)在第三運(yùn)算放大器反相輸入端與輸出端之間的多個(gè)檔位電阻，檔位開關(guān)，以及與第三運(yùn)算放大器同相輸入端相連的第十二電阻，第三運(yùn)算放大器的輸出端經(jīng)第十電阻與信號(hào)輸出端口相連。

作為優(yōu)選，所述第五電阻采用電位器。

作為優(yōu)選，所述第三電容為隔直電容。

作為優(yōu)選，所述第一運(yùn)算放大器和第三運(yùn)算放大器采用型號(hào)為lf353的運(yùn)算放大器。

作為優(yōu)選，所述振動(dòng)傳感器為石英晶體加速度傳感器。

作為優(yōu)選，所述二階低通濾波器單元采用二階巴特沃斯濾波器。

作為優(yōu)選，所述二階低通濾波器單元包括第二運(yùn)算放大器、第二電容、第四電容、第八電阻和第九電阻；第八電阻和第九電阻串聯(lián)在第一運(yùn)算放大器輸出端與第二運(yùn)算放大器同相輸入端之間，第二電容一端連接在第八電阻和第九電阻之間，另一端連接在第二運(yùn)算放大器反相輸入端，第二運(yùn)算放大器反相輸入端與輸出端相連，第四電容一端與第二運(yùn)算放大器同相輸入端相連，另一端接地。

作為優(yōu)選，所述第二運(yùn)算放大器采用型號(hào)為lf353的運(yùn)算放大器。

一種用于高壓斷路器的強(qiáng)振動(dòng)信號(hào)采集系統(tǒng)，在振動(dòng)傳感器與采集設(shè)備之間設(shè)置上述強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路。

有益效果：本發(fā)明提供的強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路可以接收高電壓等級(jí)的傳感器測(cè)試高壓斷路器的強(qiáng)振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的巨大電荷量，即使在電磁環(huán)境惡劣的情況下，仍然可以穩(wěn)定工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、輸入端串聯(lián)隔直電容(第三電容)，使電路具有隔直功能，將振動(dòng)信號(hào)中的直流信號(hào)去除，便于后續(xù)處理，提高了信號(hào)的抗干擾能力。

2、第一電容與第三電阻的并聯(lián)使電路具有自放電功能，具備設(shè)備的自保護(hù)。

3、后級(jí)放大器采用固定電阻拼接換擋，電阻值分散性小，分檔準(zhǔn)確。

4、第五電阻的存在起到抵消傳感器的分散性，解決高加速度下電荷靈敏度低、高電壓等級(jí)下電磁環(huán)境差的缺陷。

5、電路原理簡(jiǎn)單，元器件成本低廉，設(shè)計(jì)巧妙，可以進(jìn)行分檔調(diào)整，可以消除干擾信號(hào)，適用于采集強(qiáng)振動(dòng)、電磁環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，有利于推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

本發(fā)明實(shí)施例公開的一種用于高壓斷路器的強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路，包括電荷電壓變換單元、二階低通濾波器單元和多檔放大單元。電荷電壓變換單元連接振動(dòng)傳感器的輸出端，輸出的電壓信號(hào)經(jīng)二階低通濾波器單元濾除高頻信號(hào)后由多檔放大單元?dú)w一化并放大至±5v輸出。

圖1為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖。圖1中，振動(dòng)傳感器采用石英晶體加速度傳感器，如yd-50，yd-50加速度傳感器幅值線性度大、大沖擊后回零性、穩(wěn)定性好，是國(guó)內(nèi)用于爆炸、碰撞等高速度沖擊測(cè)量的專用壓電加速度傳感器。振動(dòng)傳感器將接收的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電荷信號(hào)，振動(dòng)傳感器的輸出端與m5電纜線輸入端口相連，m5電纜線輸出端口p1與電荷電壓變換單元輸入端相連。

電荷電壓變換單元包括第一運(yùn)算放大器u1、第一電容c1、第三電容c3、第三電阻r3、第六電阻r6和第十一電阻r11。第三電容c3與第一運(yùn)算放大器u1反相輸入端相連，第六電阻r6串聯(lián)在第三電容c3與振動(dòng)傳感器電荷輸出端之間，第一電容c1和第三電阻r3并聯(lián)在第一運(yùn)算放大器u1反相輸入端與輸出端之間，第十一電阻r11一端接第一運(yùn)算放大器u1同相輸入端，另一端接地。電荷電壓變換單元中采用輸入端串聯(lián)第三電容c3設(shè)計(jì)的隔直電路，將振動(dòng)信號(hào)中的直流信號(hào)去除,便于后續(xù)處理,提高了信號(hào)的抗干擾能力。積分電路中第一電容c1與第三電阻r3的并聯(lián)，使電路具有自放電功能，具備設(shè)備的自保護(hù)。本實(shí)施例中運(yùn)算放大器采用型號(hào)為lf353的雙運(yùn)放，不同單元的運(yùn)算放大器可共用同一運(yùn)算放大器芯片，也可以選用其它型號(hào)的運(yùn)算放大器。

經(jīng)過電荷電壓變換單元中第一運(yùn)算放大器u1輸出的電壓信號(hào)輸入到二階低通濾波器單元濾除高頻信號(hào)。二階低通濾波器單元可采用二階低通巴特沃斯濾波器，保證在20khz以內(nèi)信號(hào)幅值基本保證不變，即對(duì)有用信號(hào)無衰，減抗干擾能力強(qiáng)。二階低通巴特沃斯濾波器，包括第二運(yùn)算放大器u2、第二電容c2、第四電容c4、第八電阻r8和第九電阻r9；第八電阻r8和第九電阻r9串聯(lián)在第一運(yùn)算放大器u1輸出端與第二運(yùn)算放大器u2同相輸入端之間，第二電容c2一端連接在第八電阻和r8第九電阻之間r9，另一端連接在第二運(yùn)算放大器u2反相輸入端，第二運(yùn)算放大器u2反相輸入端與輸出端相連，第四電容c4一端與第二運(yùn)算放大器u2同相輸入端相連，另一端接地。二階低通巴特沃斯濾波器，濾除高頻信號(hào)，其阻帶衰減特性的斜率為－40db/10oct，克服了一階低通濾波器阻帶衰減太慢的缺點(diǎn)。

濾除高頻后的電壓信號(hào)輸出到多檔放大單元，多檔放大單元將前級(jí)電壓信號(hào)歸一化并放大到±5v輸出，本實(shí)施例中采用歸一化三檔位放大，包括第三運(yùn)算放大器u3、第七電阻r7、第五電阻r5、第一電阻r1、第二電阻r2、第四電阻r4和第十二電阻r12。第七電阻r7一端與第二運(yùn)算放大器u2輸出端相連，另一端與第五電阻r5一端相連，第五電阻r5另一端與第三運(yùn)算放大器u3反相輸入端相連，第十二電阻r12一端與第三運(yùn)算放大器u3同相輸入端相連，另一端接地。第一電阻r1、第二電阻r2、第四電阻r4的電阻值大小不同，并聯(lián)在第三運(yùn)算放大器u3反相輸入端與輸出端之間，通過撥動(dòng)檔位開關(guān)k1來決定r1、r2、r4電阻工作的選擇，實(shí)現(xiàn)三個(gè)檔位不同的放大增益，從而實(shí)現(xiàn)傳感器的三個(gè)不同量程。多檔放大單元采用固定電阻拼接換擋，電阻值分散性小，分檔準(zhǔn)確。第五電阻r5采用電位器，其存在起到抵消傳感器的分散性，以此解決高加速度下電荷靈敏度低、高電壓等級(jí)下電磁環(huán)境差。采用電阻歸一化三擋放大，從而保證電路輸出電壓穩(wěn)定，改進(jìn)了常規(guī)電荷放大器采用電容換擋，而電容分散性大，伴隨著接線有電感及電阻，會(huì)影響動(dòng)態(tài)特性，分檔誤差大、可靠性低的缺點(diǎn)，有助于精確的換檔位。

放大后的電壓信號(hào)通過第三運(yùn)算放大器u3的輸出端與第十電阻r10的一端相連，r10的另一端連接到bnc信號(hào)輸出端口，通過bnc輸出端口(p2)輸出±5v的信號(hào)到采集卡，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)傳感器的功能。

圖2為采用上述強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路的采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。包括固定安裝在斷路器本體的振動(dòng)傳感器，設(shè)置在振動(dòng)傳感器與采集設(shè)備之間的強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路。振動(dòng)傳感器將斷路器的機(jī)械振動(dòng)量接收下來，經(jīng)過本發(fā)明的強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的電量，輸出到采集設(shè)備。強(qiáng)振動(dòng)傳感器電路使用±15v電源供電，通過bnc線到達(dá)采集設(shè)備。采集設(shè)備即為現(xiàn)有的采集或檢測(cè)儀器。

在強(qiáng)振動(dòng)下，產(chǎn)生的電荷特別大，在斷路器不同故障下，加速度大小不同，產(chǎn)生的電荷量大小不同，本發(fā)明可以調(diào)節(jié)檔位按鈕使電路滿足工程要求。

綜上所述，本發(fā)明能夠測(cè)試強(qiáng)振動(dòng)加速度等級(jí)下的振動(dòng)信號(hào)，電路原理簡(jiǎn)單，元器件成本低廉，設(shè)計(jì)巧妙，可以進(jìn)行分檔調(diào)整，隔直電路的作用可以消除干擾信號(hào)，適用于采集強(qiáng)振動(dòng)、電磁環(huán)境惡劣的場(chǎng)合，有利于推廣。