[发明专利]一种基于数字滤波与人工神经网络的低压SPD智能在线检测装置

说明书

一种基于数字信号滤波与人工神经网络的低压电源浪涌保护器（SPD）智能在线检测装置，所述装置系统能对SPD的漏电流进行在线检测，应用数字信号滤波来滤去检测信号中的噪声，用人工神经网络处理检测数据，从而提供检测精度，节省硬件成本。

技术领域

本发明属于低压电源(交流1000V以下)的浪涌保护器(Surge ProtectiveDevice:SPD)的实时在线检测领域，涉及一种少用或不用硬件电路来消除噪声，而用数字信号处理的方法来消除噪声的装置。

背景技术

低压电源浪涌保护器(以下简称低压SPD)俗称避雷器，是电信、移动通信、铁路系统、军用探测、气象探测等重要部门的电源系统必备的浪涌电压保护器，低压SPD以低压压敏电阻为核心功能元件。低压压敏电阻在合格状态时漏电流非常小，一般小于20微安。当低压压敏电阻劣化后后漏电流增大，会积热升温，有产生电弧或燃烧的危险，给被保护电路带来附加的威胁，因此劣化的低压SPD必须从电路中断开(即脱扣)。自低压SPD自上世纪80年代末至90年代初模块化生产以来，国内外产品至今一直是应用基于极限状态状态的物理脱扣技术，也就是利用劣化的低压压敏电阻的温升使低压SPD端子的低温焊锡软化，从而利用弹簧使低压SPD的端子断开(因而叫脱扣)。这种脱扣方式是不精确的，脱扣动作具有较长的操作延时，给雷电保护带来失效的风险时间，雷电流冲击导致的误脱扣也常有发生。要实现对劣化的低压SPD精确和及时的脱扣，就需要实时在线检测低压压敏电阻的漏电流，从而准确地判断低压SPD的性能。由于压敏电阻的漏电流非常小，相对于电源系统的噪声以及检测电路的噪声是微弱信号，常规的方法是难以精确检测的。这也是防雷业界长期应用物理脱扣的方法制造低压SPD的原因。

2012年的发明《一种低压电源的智能脱扣方法：ZL201210131802.7》应用两个电流互感器(CT)和差分放大电路来实现低压SPD漏电流的差分检测，其后不久，又有基于吉尔伯特乘法器的调制解调降噪方法。这在应用时遇到了很大的困难。首先，仪用电流互感器的准确级有0.01级、0.02级，以及0.5级，误差最小的0.01级CT，测量数据换算成一次侧的电流值，误差为±0.01％,若电源负载的额定电流为10A，则测量结果误差为1mA,而低压压敏电阻的劣化漏电流最小值为20微安，即0.02mA,显然，现有技术只能等低压压敏电阻进一步劣化，漏电流增大达到毫安级才能精确检测。进一步，用基尔伯特乘法器电路降噪来提高精度，由于集成电路技术的发展，MC1495,MC1496等乘法器产品逐渐被淘汰而停产，因而需要发明新的方法。

发明内容

本发明提供了一种应用微程序器(MPU)或数字信号处理器(DSP)对差分检测的结果进行数字滤波，进一步用BP神经网络处理数据的低压SPD智能在线检测装置。被测信号是低压SPD的漏电流，其模拟频率f_h为50Hz,数字滤波器的取样频率f_s不应小于200Hz,被测信号数字频率ω_h为2πf_h/f_s,选用相位FIR数字低通滤波器的理想通带截止频率ω_p＝0.25π，理想阻带截止频率ω_j＝0.4π，理想通带最大衰减A_p＝1dB，理想阻带最小衰减A_j＝50dB。根据测量对象的特点采用窗函数法设计相位FIR数字低通滤波器，设定所述相位FIR数字低通滤波器的通带截止频率，阻带截止频率，通带最大衰减，阻带最小衰减，从而设定窗函数来计算实际滤波器的频率响应，验证指标是否满足。进一步，用BP神经网络处理经过相位FIR数字低通滤波器的滤波的检测信号，从而消除电流互感器的系统误差。