[实用新型]一种用于配电设备局部放电在线监测系统的超声波信号调理电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种局部放电超声波信号调理电路，专门应用于配电设备局部放电在线监测领域。

背景技术

目前，超声波法是国内对配电设备局部放电在线监测领域普遍采用的技术手段之一。由于配电设备局部放电产生的超声波信号需在空气中传播一段距离才能被超声波传感器接收，声信号在传播过程中容易受到环境噪声的干扰，从而影响监测结果，要严格确定判断、区分配电设备局部放电产生的声场是十分困难的。目前，在配电设备局部放电在线监测领域中大多缺乏信号甄别与抗噪处理，导致信号失真，影响监测结果。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于配电设备局部放电在线监测系统的超声波信号调理电路，其可对信号进行甄别与抗噪处理，避免信号失真，监测结果较好。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于配电设备局部放电在线监测系统的超声波信号调理电路，包括依次连接的匹配耦合电路、差分放大电路和带通滤波电路，匹配耦合电路的输入端为信号输入端，带通滤波电路的输出端为信号输出端；

上述匹配耦合电路的耦合电容采用nF级的电容；

上述差分放大电路的信号放大器采用INA217集成仪表放大器；

上述带通滤波电路的滤波器采用无限增益多路负反馈二阶带通滤波器。

上述无限增益多路负反馈二阶带通滤波器的运算放大器的型号为AD8058。

采用上述方案后，本实用新型的一种用于配电设备局部放电在线监测系统的超声波信号调理电路，通过匹配耦合电路对输入的超声波信号进行耦合后，再采用对共模噪声有强抑制作用的INA217集成仪表放大器对微弱的超声波信号进行差分放大，避免了信号的失真以及有效的滤除共模噪声，最后再由具有较强的噪声干扰抑制能力的无限增益多路负反馈二阶带通滤波器进行滤波，从而实现对配电设备局部放电产生的超声波信号的实时采集、放大以及除噪的功能，实现配电设备局部放电在线实时监测。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图；

图2为图1中匹配耦合电路和差分放大电路的电路原理图；

图3为图1中带通滤波电路的电路原理图；

图4为图3中带通滤波器的仿真曲线图。

具体实施方式

    超声波在线测量提供超声信号源的三个参数特征，分别为峰值信号、与基波调制的相关程性（50Hz相关性）和与两倍基波的调制相关性（100Hz相关性）。需要考虑信号的相关性，这样测量通道就要求线性处理。按照本实用新型的设计思路，通过传感器检测的超声波信号，依次经过匹配耦合、差分放大、带通滤波等环节处理，进而由CPU对信号分析以确定设备的绝缘状况。

本实用新型的一种用于配电设备局部放电在线监测系统的超声波信号调理电路，如图1所示，包括依次连接的匹配耦合电路100、差分放大电路200和带通滤波电路300，匹配耦合电路100的输入端为信号输入端，带通滤波电路300的输出端为信号输出端。

通常选用的超声波探头需要匹配的输入阻抗约为3.7K，由于探头输出的信号含有直流分量，所以需要通过匹配耦合电路100对信号进行耦合。本实用新型中，匹配耦合电路100的电路结构如图2所示，由于超声波信号的频率为40KHz，所以，匹配耦合电路100选用的耦合电容（C42、C39）应选择nF级的电容，具体地，耦合电容C42、C39均选用39nF电容。

传感器的谐振频率为40KHz，考虑到传感器产生的信号非常微弱，从几十微伏到几毫伏，很容易受到噪声的污染，所以首先需先通过差分放大电路200将信号进行放大后，才能进行后续处理。如图2所示，本实用新型中，差分放大电路200的信号放大器采用仪表放大器，仪表放大器拥有差分式结构，对共模噪声有很强的抑制作用，同时拥有较高的输入阻抗和较小的输出阻抗，非常适合对微弱信号的放大。具体地，仪表放大器选用INA217集成仪表放大器。INA217集成仪表放大器（增益G=1+10K/RG，这里的RG=R45=10Ω）是一种低噪声、低失调、差动输入的集成仪表放大器，输入电压噪声只有1.3nV/√Hz，共模拟制比CMRR:116dB(G=100)；80dB(G=100)；可编程增益范围宽达1～10000，输入阻抗为60MΩ，增益在1000倍时，增益误差也只有±0.3%，INA217集成仪表放大器独特的失调消除电路使其即使在高增益时也能把失调减到最低。

由于输入的信号很容易被噪声污染，信号经过放大后，噪声相应的也会放大，因此需经过带通滤波电路300进行滤波。另外为了使输出电压在40KHz以外的信号以更快的速度下降,提高低通滤波器滤除噪声的能力，普通的单阶滤波难以满足要求，如图3所示，本实用新型中，带通滤波电路300的滤波器选择了无限增益多路负反馈二阶带通滤波器结构，此无限增益多路负反馈二阶带通滤波器的运算放大器的型号为AD8058，该滤波器性能稳定，具有较强的噪声干扰抑制能力。有用信号的中心频率为，取R48=33K， R55=250,R46=62K，R,56=62K，C38=C40=1nF。带通滤波电路300的带通滤波仿真波形如图4所示。经过仿真，该带通滤波器的-3dB处的低频值为38.9KHz,高频处为41.1KHz，中心频率为40KHz。可见这个滤波器与传感器自身的中心频率匹配。频带外信号抑制能力较强，保证滤除频带外噪声的干扰，提高信号的准确性。