本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)優(yōu)化，特別是涉及一種基于低功耗的電力設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在電力系統(tǒng)中線路桿塔是高壓電能輸送系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施之一，隨著供電事業(yè)的發(fā)展，線路桿塔的使用量在迅速增加并且分布廣泛，設(shè)置在一些不良地質(zhì)區(qū)（例如采空區(qū)、滑坡區(qū)、沼澤水田區(qū)、海邊臺(tái)風(fēng)區(qū)、沙地及高鹽凍土區(qū)等）的桿塔通常會(huì)有一定程度的傾斜，桿塔的傾斜有可能會(huì)引發(fā)桿塔坍塌的事故，進(jìn)而嚴(yán)重影響到供電安全，當(dāng)然對(duì)于變壓器等其他電力設(shè)備，傾斜同樣會(huì)影響到供電安全，因此傾斜監(jiān)測(cè)是非常必要的一種監(jiān)測(cè)手段。

2、目前，在基于低功耗技術(shù)的電力設(shè)備的傾斜監(jiān)測(cè)裝置中，傾角傳感器信號(hào)調(diào)理電路的運(yùn)放選型對(duì)裝置功耗有著重要影響。由于終端供電電壓有限，運(yùn)放的供電電壓范圍和共模輸入范圍成為關(guān)鍵因素。當(dāng)傾角傳感器輸出信號(hào)幅值較小時(shí)，為了提高信噪比，通常需要將傳感器信號(hào)進(jìn)行合理放大，此時(shí)運(yùn)放輸入級(jí)的共模電壓會(huì)隨之升高。然而，許多運(yùn)放在較高共模電壓下會(huì)出現(xiàn)較大的靜態(tài)工作電流，導(dǎo)致系統(tǒng)功耗顯著增加。此外，由于傾角傳感器輸出阻抗較高，運(yùn)放輸入端會(huì)存在一定的失調(diào)電壓，進(jìn)一步加劇了共模電壓對(duì)功耗的影響。因此，在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，如何權(quán)衡運(yùn)放的增益帶寬積、共模輸入范圍、輸出擺幅等參數(shù)，選擇合適的器件，來降低系統(tǒng)功耗。以及如何基于器件進(jìn)行合理的電路參數(shù)設(shè)計(jì)和控制，來降低運(yùn)放在實(shí)際工作狀態(tài)下的功耗，也是亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于低功耗的電力設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)化方法及系統(tǒng)，以能夠解決傳統(tǒng)傾角傳感器信號(hào)調(diào)理電路功耗過大的問題，達(dá)到降低監(jiān)測(cè)裝置整體功耗的效果。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于低功耗的電力設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)化方法，所述方法包括：

3、獲取傾角傳感器的輸出信號(hào)幅度和對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路中運(yùn)算放大器的輸入共模電壓范圍，根據(jù)所述輸出信號(hào)幅度、所述輸入共模電壓范圍和運(yùn)算放大器標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，從多個(gè)運(yùn)算放大器中選取出若干個(gè)候選運(yùn)放；

4、采用運(yùn)放測(cè)試電路對(duì)各個(gè)候選運(yùn)放在不同輸入共模電壓下的性能進(jìn)行測(cè)試，得到運(yùn)放性能參數(shù)，根據(jù)所述運(yùn)放性能參數(shù)，從候選運(yùn)放中選取出首選運(yùn)放；

5、將所述首選運(yùn)放集成至信號(hào)調(diào)理電路中，根據(jù)所述首選運(yùn)放的功耗特性，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并采用預(yù)設(shè)算法對(duì)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行自適應(yīng)功耗控制。

6、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述輸出信號(hào)幅度、所述輸入共模電壓范圍和運(yùn)算放大器標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，從多個(gè)運(yùn)算放大器中選取出若干個(gè)候選運(yùn)放的步驟包括：

7、對(duì)傾角傳感器的輸出端進(jìn)行共模電壓采樣，得到共模電壓采樣值，根據(jù)所述共模電壓采樣值和所述輸入共模電壓范圍，從多個(gè)運(yùn)算放大器中選取出第一運(yùn)放序列；

8、根據(jù)所述輸出信號(hào)幅度、運(yùn)算放大器標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)和信號(hào)調(diào)理電路的閉環(huán)增益要求，得到傾角傳感器的最小信號(hào)幅度、第一運(yùn)放序列中各個(gè)運(yùn)算放大器的運(yùn)放增益倍數(shù)和運(yùn)放增益帶寬積以及信號(hào)調(diào)理電路的閉環(huán)增益值，并根據(jù)所述最小信號(hào)幅度、所述運(yùn)放增益倍數(shù)、所述運(yùn)放增益帶寬積和所述閉環(huán)增益值，從所述第一運(yùn)放序列中選取出多個(gè)運(yùn)算放大器，得到第二運(yùn)放序列；

9、對(duì)所述第二運(yùn)放序列中的運(yùn)算放大器進(jìn)行失調(diào)電壓測(cè)量，得到固有失調(diào)和溫度漂移，根據(jù)所述固有失調(diào)和所述溫度漂移，從所述第二運(yùn)放序列中選取出多個(gè)運(yùn)算放大器，得到候選運(yùn)放。

10、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述共模電壓采樣值和所述輸入共模電壓范圍，從多個(gè)運(yùn)算放大器中選取出第一運(yùn)放序列的步驟包括：

11、將所述共模電壓采樣值與所述輸入共模電壓范圍進(jìn)行重疊度計(jì)算，得到各個(gè)運(yùn)算放大器的有效共模范圍；

12、獲取各個(gè)運(yùn)算放大器的輸入輸出擺幅范圍，將所述輸入輸出擺幅范圍與電力設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)裝置的電源電壓范圍相比較，得到比較結(jié)果；

13、根據(jù)比較結(jié)果和有效共模范圍，從多個(gè)運(yùn)算放大器中選取出第一運(yùn)放序列。

14、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述輸出信號(hào)幅度、運(yùn)算放大器標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)和信號(hào)調(diào)理電路的閉環(huán)增益要求，得到傾角傳感器的最小信號(hào)幅度、第一運(yùn)放序列中各個(gè)運(yùn)算放大器的運(yùn)放增益倍數(shù)和運(yùn)放增益帶寬積以及信號(hào)調(diào)理電路的閉環(huán)增益值，并根據(jù)所述最小信號(hào)幅度、所述運(yùn)放增益倍數(shù)、所述運(yùn)放增益帶寬積和所述閉環(huán)增益值，從所述第一運(yùn)放序列中選取出多個(gè)運(yùn)算放大器，得到第二運(yùn)放序列的步驟包括：

15、根據(jù)傾角傳感器的輸出信號(hào)幅度與傾角測(cè)量范圍關(guān)系曲線，得到最小檢測(cè)角度對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，根據(jù)傾角傳感器的角度分辨率和所述輸出電壓值，得到最小信號(hào)幅度；

16、根據(jù)運(yùn)算放大器標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，確定所述第一運(yùn)放序列中的各個(gè)運(yùn)算放大器的運(yùn)放增益倍數(shù)；

17、根據(jù)傾角傳感器的輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)波形，得到最高頻率分量，并根據(jù)所述最高頻率分量和所述運(yùn)放增益倍數(shù)，得到所述第一運(yùn)放序列中的各個(gè)運(yùn)算放大器的運(yùn)放增益帶寬積；

18、根據(jù)信號(hào)調(diào)理電路的閉環(huán)增益要求，確定閉環(huán)增益值；

19、將所述最小信號(hào)幅度與所述運(yùn)放增益倍數(shù)相比較，并將所述運(yùn)放增益倍數(shù)與所述閉環(huán)增益值相比較，根據(jù)比較結(jié)果，從所述第一運(yùn)放序列中選取出多個(gè)運(yùn)算放大器，得到第二運(yùn)放序列。

20、進(jìn)一步地，所述采用運(yùn)放測(cè)試電路對(duì)各個(gè)候選運(yùn)放在不同輸入共模電壓下的性能進(jìn)行測(cè)試，得到運(yùn)放性能參數(shù)的步驟包括：

21、采用運(yùn)放功耗測(cè)試電路對(duì)各個(gè)候選運(yùn)放在不同輸入共模電壓下的功耗進(jìn)行測(cè)試，得到運(yùn)放功耗數(shù)據(jù)，對(duì)輸入共模電壓和對(duì)應(yīng)的運(yùn)放功耗數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到電壓功耗模型，并根據(jù)電壓功耗模型確定各個(gè)候選運(yùn)放的實(shí)際功耗值；

22、采用運(yùn)放噪聲測(cè)試電路對(duì)各個(gè)候選運(yùn)放的運(yùn)放輸入噪聲進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量值確定噪聲指標(biāo)；

23、采用運(yùn)放閉環(huán)增益測(cè)試電路對(duì)各個(gè)候選運(yùn)放的帶寬進(jìn)行測(cè)量，得到運(yùn)放帶寬指標(biāo)；

24、采用運(yùn)放穩(wěn)定性測(cè)試電路對(duì)各個(gè)候選運(yùn)放的相位裕度進(jìn)行測(cè)量，得到相位裕度指標(biāo)。

25、進(jìn)一步地，所述根據(jù)所述運(yùn)放性能參數(shù)，從候選運(yùn)放中選取出首選運(yùn)放的步驟包括：

26、將各個(gè)候選運(yùn)放的實(shí)際功耗值與功耗上限閾值相比較，并將實(shí)際功耗值小于功耗上限閾值的候選運(yùn)放作為第一候選運(yùn)放；

27、將各個(gè)第一候選運(yùn)放的噪聲指標(biāo)與噪聲指標(biāo)閾值相比較，并將噪聲指標(biāo)小于噪聲指標(biāo)閾值的第一候選運(yùn)放作為第二候選運(yùn)放；

28、將各個(gè)第二候選運(yùn)放的運(yùn)放帶寬指標(biāo)與帶寬指標(biāo)閾值范圍相比較，并將運(yùn)放帶寬指標(biāo)在帶寬指標(biāo)閾值范圍內(nèi)的第二候選運(yùn)放作為第三候選運(yùn)放；

29、將各個(gè)第三候選運(yùn)放的相位裕度與相位裕度閾值相比較，并將相位裕度小于相位裕度閾值的第三候選運(yùn)放作為首選運(yùn)放。

30、進(jìn)一步地，所述將各個(gè)候選運(yùn)放的實(shí)際功耗值與功耗上限閾值相比較，并將實(shí)際功耗值小于功耗上限閾值的候選運(yùn)放作為第一候選運(yùn)放的步驟包括：

31、將各個(gè)候選運(yùn)放在不同測(cè)試溫度下的實(shí)際功耗值與對(duì)應(yīng)的功耗上限閾值相比較，并將各個(gè)測(cè)試溫度下的實(shí)際功耗值均小于功耗上限閾值的候選運(yùn)放作為第一候選運(yùn)放，其中，不同測(cè)試溫度下的功耗上限閾值為功耗基準(zhǔn)值與對(duì)應(yīng)測(cè)試溫度下的溫度修正系數(shù)的乘積。

32、進(jìn)一步地，所述將所述首選運(yùn)放集成至信號(hào)調(diào)理電路中，根據(jù)所述首選運(yùn)放的功耗特性，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化的步驟包括：

33、根據(jù)兆歐級(jí)電阻構(gòu)建信號(hào)調(diào)理電路的偏置電流支路，根據(jù)所述首選運(yùn)放的靜態(tài)功耗、中位電壓點(diǎn)和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，確定運(yùn)放偏置電壓，并采用所述運(yùn)放偏置電壓對(duì)所述偏置電流支路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；

34、構(gòu)建所述首選運(yùn)放的使能控制電路，以實(shí)現(xiàn)所述首選運(yùn)放的工作狀態(tài)的切換控制。

35、進(jìn)一步地，所述并采用預(yù)設(shè)算法對(duì)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行自適應(yīng)功耗控制的步驟包括：

36、根據(jù)傾角傳感器輸出的角度數(shù)據(jù)，確定角度變化率，將所述角度變化率與變化率閾值相比較，根據(jù)變化率比較結(jié)果，對(duì)傾角傳感器的采樣頻率進(jìn)行調(diào)整，并根據(jù)調(diào)整的采樣頻率對(duì)信號(hào)調(diào)理電路中運(yùn)算放大器的工作狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

37、獲取運(yùn)算放大器的芯片溫度，將所述芯片溫度與溫度閾值相比較，根據(jù)溫度比較結(jié)果，對(duì)運(yùn)算放大器的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。

38、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于低功耗的電力設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)化系統(tǒng)，所述電力設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)裝置包括傾角傳感器和對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路，所述系統(tǒng)包括：

39、第一篩選模塊，用于獲取傾角傳感器的輸出信號(hào)幅度和對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路中運(yùn)算放大器的輸入共模電壓范圍，根據(jù)所述輸出信號(hào)幅度、所述輸入共模電壓范圍和運(yùn)算放大器標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，從多個(gè)運(yùn)算放大器中選取出若干個(gè)候選運(yùn)放；

40、第二篩選模塊，用于采用運(yùn)放測(cè)試電路對(duì)各個(gè)候選運(yùn)放在不同輸入共模電壓下的性能進(jìn)行測(cè)試，得到運(yùn)放性能參數(shù)，根據(jù)所述運(yùn)放性能參數(shù)，從候選運(yùn)放中選取出首選運(yùn)放；

41、功耗優(yōu)化模塊，用于將所述首選運(yùn)放集成至信號(hào)調(diào)理電路中，根據(jù)所述首選運(yùn)放的功耗特性，對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并采用預(yù)設(shè)算法對(duì)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行自適應(yīng)功耗控制。

42、本發(fā)明提供了一種基于低功耗的電力設(shè)備傾斜監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)化方法及系統(tǒng)。本發(fā)明通過對(duì)信號(hào)調(diào)理電路中的運(yùn)算放大器從適用性和性能等多方面進(jìn)行評(píng)估，能夠選取出最適配的運(yùn)算放大器，從而能夠降低監(jiān)測(cè)裝置的整體功耗，并通過電路結(jié)構(gòu)優(yōu)化和功耗控制算法優(yōu)化，在進(jìn)一步降低整體功耗的同時(shí)，保證了監(jiān)測(cè)裝置能夠穩(wěn)定可靠的工作。