CN103064051A - 一种多功能电子式互感器校验仪 - Google Patents

Abstract

一种多功能电子式互感器校验仪，包括模拟信号调理模块、高精度数据采集模块、网络接口模块、同步时钟模块、FPGA模块、数字信号处理及存储模块、显示及键盘模块和通用标准接口模块所组成，其中FPGA模块包括AD控制及存储模块、同步控制模块、网口控制及存储模块和数据控制中心模块。本发明采用DSP+FPGA的架构，实现了一种具有功率因素角测量功能和误码检测功能的电子式互感器校验设备，它可以采用电磁式互感器作为标准互感器也可以采用电子式互感器作为标准互感器，可以校验模拟式电子式互感器也可以校验数字式电子式互感器，体积小、操作简单便于现场校验。

Description

一种多功能电子式互感器校验仪

技术领域：

本发明涉及到电力系统中的电子式互感器校验技术领域，特别是涉及到数字化变电站中一种多功能电子式互感器校准仪，它适合于变电站中对互感器的测量精度的校验，以及功率因数角的测量，同时还可以检测通信信道是否存在误差。

背景技术：

电力对一个国家的重要性不言而喻，作为电力的载体电力系统的稳定运行是必须保证的。电力互感器在电网中起着电能计量和继电保护的作用，这对保证电网的正常运行至关重大。互感器校验仪是用来测试互感器误差的专用精密仪器，因此高精度互感器校验仪的研制显得尤为重要。

在电力系统数字化及网络化浪潮的推动下，现今处于电磁式互感器和电子式互感器的新旧交替之际。他们的输出主要区别在以下三个方面：1）电磁式电力互感器根据测试对象的不同又可分为电磁式电压互感器和电磁式电流互感器，他们的二次侧输出的有效值分别为57.7V和1A/5A，电子式互感器虽然也可以分为电子式电流互感器和电子式电压互感器，但是它们输出的标准值分别为1.625V~6.5V和22.5mV~4V，由此可看出两种互感器的输出信号的差别很大。2）电子式互感器可以具有数字信号输出接口，而传统的电磁式电力互感器则不具备数字接口。具有数字信号输出接口的电子式互感器称为数字式电子式互感器，具有模拟信号输出接口的电子式互感器称为模拟式电子式互感器。少数情况下电子式互感器既设置数字信号输出接口也设置模拟信号输出接口，可视实际使用哪种输出而相应处理。3）电磁式互感器和电子式互感器的测试原理不同，电磁式互感器基于电磁感应原理制造，但是存在一些致命的缺点，如体积庞大笨重、磁饱和、动态范围小和绝缘设计困难等，电子式互感器基于现代的传感技术和光电子技术，体积小巧，测试精度高，便于数字化组网安装。电子式互感器必将取代电磁式互感器是世界的共识。

由以上的分析可知，由于模拟式电子式互感器的模拟输出为弱电压信号，与电磁式互感器的输出差异巨大，并且数字式电子式互感器同时具有数字式信号输出，传统的互感器校验仪无法完成对电子式互感器的校验，同时电磁式互感器作为标准器，体积大，不易搬移。因此，研制一种既可以校验模拟式电子式互感器又可以校验数字式电子式互感器，既可以采用电磁式互感器作为标准器也可以采用电子式互感器作为标准器的校验设备是十分必要的。

目前互感器校验装置采用的主流方法是直接法，即利用电子装置直接取得标准信号和待测信号的有效值和相位，标准信号一般采自电磁式互感器，然后再计算它们之间的比差和角差。这种电子设备的实现方式可以大体上分为两大类：基于计算机的虚拟仪器和基于数字微处理芯片的便携式电子设备。虚拟仪器虽然功能强大，但是成本高昂，且不便于外出携带，工作环境要求苛刻。而采用高性能微处理器设计的便携式校验设备不仅价格低廉，环境耐受性强，而且测试精度丝毫不亚于基于工控机的虚拟仪器，正在成为电子式互感器校验设备的主流。

虽然市场上互感器校验仪种类丰富，技术成熟，但是纵观市场，兼容模拟式电子式互感器和数字式电子式互感器校验，并可以采用电子式互感器作为标准器的多功能小型校验系统还是凤毛麟角。

发明内容：

本发明的目的就是要克服现有技术的缺点，提供一种多功能电子式互感器校验仪。本发明的目的是这样实现的，一种多功能电子式互感器校验仪，包括模拟信号调理模块、校验电路模块、高精度数据采集模块、同步时钟模块、FPGA模块、数字信号处理及存储模块、显示及键盘模块、网络接口模块和通用标准接口模块所组成；

所述FPGA模块包括AD控制及存储模块、同步控制模块、网口控制及存储模块和数据控制中心模块；

信号源输出端所提供模拟信号输入到模拟信号调理模块，经模拟信号调理模块调理转换后输出到校验电路模块，该输出经校验电路模块进行倍率转换后，所得交流电压信号输出到高精度数据采集模块；该交流电压信号在高精度数据采集模块内部转换成差分信号后再进行模数转换，所得数字信号输入FPGA模块中的AD控制及存储模块；

数字式电子式电压互感器或数字式电子式电流互感器所提供数字信号通过网络接口模块，送入FPGA模块中的网口控制及存储模块；

同步时钟模块和FPGA模块中的同步控制模块之间建立传送控制信号的连接；

显示及键盘模块的键盘部份连接到FPGA模块的数据控制中心模块，操作人员操作键盘部份输入的键盘值送入数据控制中心模块； 

所述的FPGA模块中，同步控制模块和AD控制及存储模块之间建立传送时钟信号的连接；数据控制中心模块与数字信号处理及存储模块建立通信连接，通过该通信连接进行三种信息传递：（1）当操作人员操作键盘部份输入的键盘值送入数据控制中心模块时，数据控制中心模块向数字信号处理及存储模块发送中断，把键盘值送到数字信号处理及存储模块；（2）数字信号处理及存储模块输出控制信号到数据控制中心模块，经数据控制中心模块分别相应输出，包括输出到模拟信号调理模块、输出到校验电路模块、经AD控制及存储模块输出到高精度数据采集模块、经网口控制及存储模块输出到网络接口模块，以及经同步控制模块输出到同步时钟模块；（3）AD控制及存储模块和网口控制及存储模块存储的数据信号，经数据控制中心模块输出到数字信号处理及存储模块；

数字信号处理及存储模块包括DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器处理由FPGA模块的数据控制中心模块输入的键盘值，所产生的控制信号向数据控制中心模块输出；DSPP数字信号处理器处理由AD控制及存储模块和网口控制及存储模块输入的数字信号，所得最终运算结果送到显示及键盘模块中的显示部份，并通过通用标准接口模块向外输出。

所述模拟信号调理模块包括标准侧电压信号接入电路、标准侧电流信号接入电路、待测信号接口电路及调理控制单元，所述信号源输出端包括标准电磁式电压互感器、标准电磁式电流互感器、模拟式电子式电压互感器和模拟式电子式电流互感器；

标准电磁式电压互感器所提供交流电压信号输入到标准侧电压信号接入电路，经标准侧电压信号接入电路转换为电压信号SV1；

标准电磁式电流互感器所提供交流电流信号输入到标准侧电流信号接入电路，经标准侧电流信号接入电路转换为电压信号SI1；

模拟式电子式电压互感器所提供模拟电压信号，通过待测信号接口电路接入，该模拟电压信号标示为电压信号EV1；

模拟式电子式电流互感器所提供模拟电压信号，通过待测信号接口电路接入，该模拟电压信号标示为电压信号EI1；

电压信号SV1、SI1、EV1、EI1接入调理控制单元，FPGA模块中的数据控制中心模块发送控制信号到调理控制单元，调理控制单元根据控制信号从电压信号SV1和SI1中选择一路作为校验用标准信号ST1输出，从电压信号EV1和EI1中选择一路作为校验用待测信号SE1输出。

所述的校验电路模块包括校验保护电路、模拟滤波电路、自动倍率切换电路和校验控制单元，

校验用标准信号ST1和校验用待测信号SE1同时输入到校验保护电路和模拟滤波电路，校验用标准信号ST1经模拟滤波电路后输出，记为标准信号ST2；校验用待测信号SE1经模拟滤波电路的输出，再经自动倍率切换电路进行放大调整后输出，记为待测信号SE2；标准信号ST2和待测信号SE2送入高精度数据采集模块。FPGA模块中的数据控制中心模块发送控制信号到校验控制单元，经校验控制单元将校验用标准信号ST1和校验用待测信号SE1通过控制校验保护电路接地，经校验控制单元调整自动倍率切换电路的放大倍率。

所述的高精度数据采集模块包含两套同样的电路，分别用于对校验用标准信号ST1和校验用待测信号SE1的转换；每套电路包括信号调理电路和AD转换电路，标准信号ST2在相应的一套电路中，经信号调理电路转换为一对差分信号后，送入AD转换电路转换成数字信号，待测信号SE2在相应的一套电路中，经信号调理电路转换为一对差分信号后，送入AD转换电路转换成数字信号，FPGA模块中的AD控制及存储模块发送控制信号到两套电路中的AD转换电路，AD转换电路所得数字信号连接到AD控制及存储模块。

所述的同步时钟模块和FPGA模块中的同步控制模块之间传送的时钟信号，包括电时钟信号和光时钟信号；所述同步时钟模块包括一个磁耦隔离单元和两片光电转换IC；外围设备输出的电时钟信号经磁耦隔离单元送入同步控制模块，同步控制模块发出的电时钟信号经磁耦隔离单元送出到外围；外围设备输出的光时钟信号经过一片光电转换IC转换成电信号，然后经磁耦隔离单元送入同步控制模块；同步控制模块发出的电时钟信号经磁耦隔离单元后，送入另一片光电转换IC转换成光时钟信号送出到外围。

所述的显示及键盘模块采用320*240矩阵的LED显示屏和4*4矩阵键盘。

所述的网络接口模块包括光以太网端口和电以太网端口，FPGA模块连接了两套同样的电路，分别用于连接两路电子式互感器信号ECT1和ECT2，可输入电子式电流互感器信号也可以输入电子式电压互感器信号，作为标准信号或待测信号；或同时输入电子式电压互感器信号和电子式电流互感器信号，用于测量功率因数角；或一路输出误码测试信号另一路接收误码测试信号，用于测试通信信道的误码。

所述的通用标准接口模块包括RS232串口和USB接口。

本发明在硬件设计上采用DSP+FPGA的架构，依靠DSP专用芯片的强大数字处理能力和FPGA芯片的出众的逻辑控制能力，出色的完成了设计目标：在校验对象为电子式电流互感器时精确度等级为0.2s级，在校验电子式电压互感器时精度为0.2级。与同类仪器相比，具有功率因素角测量功能和误码检测功能。既可以采用电磁式互感器作为标准互感器又可以采用电子式互感器作为标准互感器。

本发明具有如下优点：

1．  采用DSP芯片作为数字信号处理器时，在充分保证测试实时性的基础上可选用的处理算法具有较大的灵活性，而这与校验仪的校验精度息息相关；采用FPGA作为时序逻辑控制器无论是对模拟电路的控制还是与各种通信接口的兼容性都显得游刃有余，而且后续的可升级空间更大。

2．  对不同互感器的校验具有通用性，相比于基于虚拟仪器技术的校验装置，不需要电流电压变换器等各种辅助设备，降低了成本投入，且操作更加便捷。

3．  集中了光以太网口、电以太网口、USB接口、串行通信接口和光秒脉冲接口，可以方便快捷地与外围数字设备通信，顺应电力系统数字化及网络化的趋势。

4．  采用LED显示器和键盘作为仪器和人的交互媒介，一方面能应对不同类别的互感器，增强仪器的智能性；另一方面支持显示测量结果时有数字量和模拟量两种方式，丰富了显示的信息；

5．  可以灵活地设置秒脉冲属性和模拟信号数字化过程中的采样率，在与各式电子式互感器兼容的同时，可以灵活地增加采样频率来有效降低输出数字量的白噪声干扰。

6．  电路设计集中度高，可以利用现有电路芯片方便地组装制造，成品体积小，便携性高。

附图说明

图1为本发明总体方框结构示意图；

图2为本实用模拟信号调理模块方框结构示意图；

图3为本发明校验电路模块方框结构示意图；

图4为本发明高精度数据采集模块方框结构示意图；

图5为本发明同步时钟模块方框结构示意图；

图6为本发明FPGA模块方框结构示意图；

图7为本发明显示及键盘模块方框结构示意图；

图8为本发明DSP处理器工作流程图。

具体实施方式：

    根据传统的电磁式电力互感器和电子式电力互感器的输出形式的不同，以及电磁式标准互感器笨重等特点，并且结合校验电子式电流互感器时校验精度须达到0.2S级和校验电子式电压互感器时校验精度须达到0.2级的设计目标，将电磁式电压互感器、电磁式电流互感器、模拟式电子式互感器、数字式电子式互感器分类处理。系统具有两个模拟信号输入端口和两个数字信号输入端口或称网口，首先，选择标准信号和待测信号的输入端口，若标准信号为电磁式互感器，则将其电压输出的有效值为57.7V的交流电压信号转换为有效值为4V的信号，将其电流互感器输出的有效值为5A/1A的交流电流信号转换为有效值为4V的交流电压信号，然后利用选择开关从中选择一路作为测试电路单元的标准信号；其次，将模拟式电子式电流互感器的模拟信号和模拟式电子式电压互感器的模拟信号接入本发明作为测试电路单元的待测信号，与标准信号同步转换为数字信号；再次，将数字式电子式互感器的数字信号从网络接口中输入到本发明的系统，而标准信号由本发明转换为数字信号或直接从数字式电子式互感器获得，从而完成测试信号的数字化并利用数字信号处理技术取得测试结果。当本发明用于功率因数角测量时，通过模拟信号输入端口接收模拟式电子式互感器的电压/电流信号，通过网口接收数字式电子式互感器的电压/电流信号，从而完成电子式互感器功率因数角的测量；当用于误码检测时，从一路网口输出误码测试信号，通过另一路网口接收测试信号，然后分析测试结果完成通信信道误码检测功能。

参见附图，以下将结合实施例对本发明作进一步说明。   

图1所示为本发明的总体方框结构示意图。本发明的核心是由DSP数字信号处理和现场可编程门阵列FPGA构成。DSP数字信号处理完成数字信号的运算处理及存储、运算结果的实时LED显示、USB接口与RS232串口的控制和与FPGA模块的通信功能。FPGA模块则负责从以太网络中接收并存储数字信号，控制标准信号和待测模拟信号的数字化及存储，从DSP数字信号处理处获得控制信息对模拟信号调理模块、校验电路模块等系统其他部份进行调整控制，接收键盘值并向DSP数字信号处理发送键盘中断功能。

    为了对电磁式电压互感器、电磁式电流互感器、模拟式电子式电流互感器、模拟式电子式电压互感器输出的模拟信号进行处理，本发明先将模拟信号调理模块、校验电路模块、高精度数据采集模块和AD控制及存储模块依次连接。信号源输出端所提供模拟信号输入到模拟信号调理模块，经模拟信号调理模块调理转换后输出到校验电路模块；自模拟信号调理模块输入的模拟信号经校验电路模块进行倍率转换后，所得交流电压信号输出到高精度数据采集模块；自校验电路模块输入的交流电压信号在高精度数据采集模块内部进行处理，包括转换成差分信号后进行模数转换，所得数字信号输入FPGA模块中的AD控制及存储模块。

为了将数字式电子式互感器的数字信号从网络接口中输入到本发明，数字式电子式电压互感器或数字式电子式电流互感器所提供数字信号通过网络接口模块，送入FPGA模块中的网口控制及存储模块。具体实施时，网络接口模块接收的是一个按照IEC 61850-9-2协议中规定的格式的数据包，FPGA模块根据不同的数字式校验对象从此数据包中取出对应的数据。

具体实施校验时，可以由操作人员操作键盘选择标准信号和待测信号的来源：电压选择标准信号来源可选：1. 电磁式电压互感器输出的有效值为57.7V的交流电压信号，2. 电子式电压互感器输出的1.625V～6.5V的模拟信号，3.电子式电压互感器输出的数字信号。待测信号的来源可选：1. 模拟式电子式电压互感器的模拟输出；2. 数字式电子式电压互感器的数字输出。电流选择标准信号来源为：1. 电磁式电流互感器输出的有效值为5A/1A的交流电流信号，2. 电子式电流互感器输出的22.5mV～4V的模拟信号，3.电子式电流互感器输出的数字信号。待测信号的来源可选择：1. 模拟式电子式电流互感器的模拟输出；2. 数字式电子式电流互感器的数字输出。当测量功率因数角和检测误码时，信号的选择类似，通过显示及键盘模块配合实现。本发明的设计为，显示及键盘模块中的键盘部份连接到FPGA模块的数据控制中心模块，操作人员操作键盘部份输入的键盘值送入数据控制中心模块，数据控制中心模块向数字信号处理及存储模块发送中断，把键盘值送到数字信号处理及存储模块。而显示及键盘模块中的显示部份连接到数字信号处理及存储模块，数字信号处理及存储模块所得最终运算结果送到显示部份。当操作人员通过输入键盘值，要求待测信号采用数字式电子式电压互感器或数字式电子式电流互感器所提供数字信号时，数字式电子式电压互感器或数字式电子式电流互感器所提供数字信号通过网络接口模块，送入FPGA模块中的网口控制及存储模块，实施例将该数字信号记为DA。

为了保证采样工作顺利进行，实用新型设置了同步时钟模块，并在同步时钟模块和FPGA模块中的同步控制模块之间建立传送控制信号的连接；且在FPGA模块中，与同步控制模块和AD控制及存储模块之间建立传送时钟信号的连接。

FPGA模块中的核心为数据控制中心模块，数据控制中心模块与数字信号处理及存储模块建立通信连接，通过该通信连接进行三种信息传递：（1）当操作人员操作键盘部份输入的键盘值送入数据控制中心模块时，数据控制中心模块向数字信号处理及存储模块发送中断，把键盘值送到数字信号处理及存储模块；（2）数字信号处理及存储模块输出控制信号到数据控制中心模块，经数据控制中心模块分别相应输出，包括输出到模拟信号调理模块、输出到校验电路模块、经AD控制及存储模块输出到高精度数据采集模块、经网口控制及存储模块输出到网络接口模块，以及经同步控制模块输出到同步时钟模块；（3）AD控制及存储模块和网口控制及存储模块存储的数据信号，经数据控制中心模块输出到数字信号处理及存储模块。也就是说，数据控制中心模块作为控制信息发送中心，与模拟信号调理模块、校验电路模块、同步控制模块、AD控制及存储模块和网口控制及存储模块都建立了通信连接。

数字信号处理及存储模块包括DSP处理器，DSP处理器处理由FPGA模块的数据控制中心模块输入的键盘值，所产生的控制信号向数据控制中心模块输出；DSP处理器处理由AD控制及存储模块和网口控制及存储模块输入的数字信号，所得最终运算结果送到显示及键盘模块中的显示部份，并通过通用标准接口模块向外输出。具体实施时，为了支持DSP处理器的运算和存储结果，一般还会设置连接到DSP处理器的存储器，例如FLASH和SDRAM。实施例中DSP处理器处理数字信号的方式为，对数字信号进行FIR滤波后采用FFT算法得到信号的幅度与相位信息，由此得到标准信号和待测信号的比差与角差，并对最终运算结果保存。实施例的通用标准接口模块包括串口和USB接口，通过标准串口可与个人计算机连接，在PC机上可以配置系统参数并实时显示测量结果；通过USB接口可将测试结果输入到USB存储设备。

模拟信号调理模块对模拟量的电压/电流信号进行合适的调理转换，并提供阻抗匹配功能来隔绝信号源输出端和本发明的校验电路模块，增强信号源的稳定性。参见图2，实施例的模拟信号调理模块对4种输入进行处理。其中，标准电磁式电压互感器的输出是有效值为57.7V的模拟电压信号（交流电压信号），将其输入至模拟信号调理模块的标准侧电压信号接入电路单元转换成幅值为4V的电压信号SV1；标准电磁式电流互感器的输出是有效值为5A/1A的模拟电流信号（交流电流信号），将其输入至标准侧电流信号接入电路，经过标准侧电流信号接入电路单元转换作用成为幅值为4V的电压信号SI1；模拟式电子式电压互感器的模拟输出为1.625V~6.5V的电压信号，模拟式电子式电流互感器的模拟输出为22.5mV~4V的电压信号，将其接入待测信号接口电路不做调理，标示为EV1和EI1。DSP处理器通过显示及键盘模块的键盘部份接收操作人员设置的校验配置信息，向FPGA模块发出具体指令，FPGA模块的数据控制中心模块再向调理控制单元发送控制指令，从SV1和SI1中选择一路作为校验用标准信号ST1；在不采用DA作为待测信号来源时，从EV1和EI1中选择一路作为校验用待测信号SE1。

实施例选择4v作为电磁式电压互感器和电磁式电流互感器的转换输出幅值，是考虑到在幅值4V的情况下AD转换的精度不错，而且AD转换范围为0~5V。即使信号会达到标称值的120%，4*120%=4.8也还是小于5V。且统一的幅值有利于简化DSP处理器的计算处理。

采用校验电路模块，可对输入的模拟量信号进行适宜的倍率转换以提高最后测量精度。如图3所示，标准信号ST1和待测信号SE1同时输入到校验保护电路和模拟滤波电路。校验用标准信号ST1经模拟滤波电路后输出，记为标准信号ST2；校验用待测信号SE1经模拟滤波电路的输出，再经自动倍率切换电路进行放大调整后输出，记为待测信号SE2；标准信号ST2和待测信号SE2送入高精度数据采集模块。若信号的变化范围太大，当信号值太小的时候测量结果就不太稳定。因此实施例设定自动倍率切换电路的初始值为其最小放大倍率0.4。标准信号ST1和SE1经过校验电路模块和高精度数据采集模块后会转换为数字信号，若DSP据此数字信号判断待测信号SE1已经超出校验量程，则立即向FPGA模块发送状态信息，由FPGA模块中的数据控制中心模块控制校验控制单元，将标准信号ST1和待测信号SE1通过校验保护电路接地；若DSP判别待测信号SE1的幅值较小而影响测量精度时，则立即向FPGA模块发送状态信息，促使FPGA模块中的数据控制中心模块控制校验控制单元，通过校验控制单元合理调整自动倍率切换电路的放大倍率。实施例中，由输入信号的性质和校验精度，设定自动倍率切换电路中， 待测信号SE1的放大倍率则有0.4、1、6、36等四个档位。

实施例设置高精度数据采集模块，以便将校验电路模块输出的交流电压信号转换成差分信号以降低共模噪声的干扰，提高系统的测量精度，然后转换成数字信号。如图4所示高精度数据采集模块包括两套相同的信号调理电路和AD转换电路。由校验电路模块输出的ST2和SE2为单端电压信号，分别代表待测信号和标准信号。它们首先输入到内部的信号调理电路转换成两对差分信号，这两对差分信号输入到AD转换电路转换成数字信号。差分信号能显著抑制信号内部的共模噪声，以提高系统精度。具体实施时，AD转换电路可以采用AD芯片（如AD7678 18位位宽）。AD转换电路与FPGA内部的AD控制及存储模块的具体连接，可参考芯片说明。AD芯片的转换结果则输出到AD控制及存储模块，由 AD控制及存储模块存储以便DSP处理器运算使用。

同步时钟在AD采样过程中有着重要的作用，实施例由同步时钟模块提供同步时钟的输入/输出使能，并采取必要的磁耦隔离来保证待测信号和标准信号在采样过程中的时间同步。如图5所示，同步时钟模块为外围设备与本发明的工作同步时钟的接口，其中传输的同步时钟共有四种模式，它们均经过磁耦隔离单元来消除传输过程中的噪声以提高系统的稳定性：外围设备输出的电时钟信号经磁耦隔离单元送入同步控制模块，同步控制模块发出的电时钟信号经磁耦隔离单元送出到外围；外围设备输出的光时钟信号经过一片光电转换IC转换成电信号，然后经磁耦隔离单元送入同步控制模块；同步控制模块发出的电时钟信号经磁耦隔离单元后，送入另一片光电转换IC转换成光时钟信号送出到外围。在同步时钟模块和同步控制模块支持下，AD控制及存储模块控制AD转换电路在电同步时钟下工作，实现同步采样。

具体实施时，可以由操作人员通过键盘选择同步时钟的属性：

输入/输出   光/电   上升沿/下降沿

DSP处理器把与操作人员的选择相应的控制字发送到FPGA内部的数据控制中心模块，数据控制中心模块再发控制字到同步控制模块。同步控制模块根据控制字决定是接收外部秒脉冲还是自己产生秒脉冲并发送出去，从而控制同步时钟模块工作方式。

实施例的FPGA模块选用的ALTERA公司的Cyclone Ⅱ系列的EP2C20产品，根据功能需求设置现场可编程门阵列即可。参见图6：

AD控制及存储模块：接收同步控制模块发出的同步时钟信号和数据控制中心模块发送的指令，然后根据规则来控制高精度数据采集模块内部两套电路的使能，将AD转换结果存入到本模块内部以供数据控制中心模块的调度。

同步控制模块：控制同步时钟模块接收/输出光或电的同步时钟，并在FPGA内部将此同步时钟传输给AD控制及存储模块。

网口控制及存储模块：实施例的网络接口模块集成了光以太网端口和电以太网端口。因此网络接口模块送入到本模块的数据分为两类，光以太网络数据和电以太网络数据。本模块根据数据控制中心模块发送的指令来决定对这两类数据的取舍。

数据控制中心模块：本模块整合了FPGA内部其他的模块，是FPGA内部其他模块与DSP进行数据交互的桥梁。本模块功能如下：1、扫描键盘值并将键盘值传递给DSP处理器，是人机交互的重要组成部分；2、DSP处理器根据键盘值解读操作人员的意图并把相应的指令发送到本模块，进而本模块根据此指令完成对模拟信号调理模块、校验电路模块和FPGA内部其他模块的控制。3、AD控制及存储模块和网口控制及存储模块存储的数据信号，经本模块输出到数字信号处理及存储模块。

显示及键盘模块实时显示测试结果并提供人机交互式控制功能，显示及键盘模块在本发明中的连接方式如图7：实施例的显示及键盘模块包括一个矩阵的4*4键盘和一块320*240的LED显示屏。其中矩阵的4*4键盘与FPGA模块相连接，每次按键时，键盘值会首先传送到FPGA模块内部的数据控制中心模块，然后以中断的方式传递给DSP数字信号处理器，DSP数字信号处理器根据键值执行相应的程序并将测试结果实时显示在LED显示屏上。显示及键盘模块作为人机交互媒介，有着丰富的功能：以数字形式显示测量结果、以波形形式显示信号属性、设置同步时钟的属性、对本发明自身进行配置等。

如图8所示：为DSP数字信号处理器的核心流程图，

1．  系统初始化，一般需要根据硬件电路正确配置DSP数字信号处理器内部众多的控制寄存器，同时要通过FPGA模块设定系统外围电路的工作状态。

2．  查询是否有键盘中断，若有，则根据键值执行相应的服务程序；若没有，则跳过键盘中断程序进入查询数据中断。

3．  实施例中，由FPGA模块负责接收并保存数字化后的标准信号和待测信号。实施例中以4000Hz的采样率采样2048个样本点。当数据采集完成后由FPGA模块向DSP数字信号处理器发送数据中断。因此，DSP数字信号处理器通过循环不断地查询中断来判断是否有数据中断。如果有数据中断，则程序跳至下一步——取数据；如果没有数据中断，则跳转至查询键盘中断。

4．  DSP数字信号处理器从FPGA模块处获取两份数据，一份数据对应标准信号源，另一份对应待测信号源。

5．  进行数据计算步骤。实施例在该步骤首先采用FIR滤波算法来降低信号中的白噪声，其次采用1024点FFT算法计算出信号的有效值和相位信息，据此计算出作为待测源的电子式互感器和作为标准源的电磁式互感器的差别。

6．  将测试结果实时输出，更新显示在LED显示屏上，显示结果每秒钟更新1次。

本发明的保护范围不限于以上实施例。

Claims (7)

1.一种多功能电子式互感器校验仪，包括模拟信号调理模块、校验电路模块、高精度数据采集模块所组成，其特征在于：信号源输出端所提供模拟信号输入到模拟信号调理模块，经模拟信号调理模块调理转换后输出到校验电路模块，该输出经校验电路模块进行倍率转换后，所得交流电压信号输出到高精度数据采集模块；该交流电压信号在高精度数据采集模块内部转换成差分信号后再进行模数转换，所得数字信号输入FPGA模块中的AD控制及存储模块；所述FPGA模块包括AD控制及存储模块、同步控制模块、网口控制及存储模块和数据控制中心模块；数字式电子式电压互感器或数字式电子式电流互感器所提供数字信号通过网络接口模块，送入FPGA模块中的网口控制及存储模块；同步时钟模块和FPGA模块中的同步控制模块之间建立传送控制信号的连接；显示及键盘模块的键盘部份连接到FPGA模块的数据控制中心模块，键盘部份输入的键盘值送入数据控制中心模块；所述FPGA模块中，同步控制模块和AD控制及存储模块之间建立传送时钟信号的连接；数据控制中心模块与数字信号处理及存储模块建立通信连接，通过该通信连接进行三种信息传递：1)当操作人员操作键盘部份输入的键盘值送入数据控制中心模块时，数据控制中心模块向数字信号处理及存储模块发送中断，把键盘值送到数字信号处理及存储模块；2)数字信号处理及存储模块输出控制信号到数据控制中心模块，经数据控制中心模块分别相应输出，包括输出到模拟信号调理模块、输出到校验电路模块、经AD控制及存储模块输出到高精度数据采集模块、经网口控制及存储模块输出到网络接口模块，以及经同步控制模块输出到同步时钟模块；3)AD控制及存储模块和网口控制及存储模块存储的数据，经数据控制中心模块输出到数字信号处理及存储模块；

所述的数字信号处理及存储模块包括DSPP数字信号处理器，DSPP数字信号处理器处理由FPGA模块的数据控制中心模块输入的键盘值，所产生的控制信号向数据控制中心模块输出；DSPP数字信号处理器处理由AD控制及存储模块和网口控制及存储模块输入的数字信号，所得最终运算结果送到显示及键盘模块中的显示部份，并通过通用标准接口模块向外输出。

2.根据权利要求1所述的一种多功能电子式互感器校验仪，其特征在于：所述模拟信号调理模块包括标准侧电压信号接入电路、标准侧电流信号接入电路、待测信号接口电路及调理控制单元；所述网络接口模块包括标准侧电压信号输入，标准侧电流信号输入，待测电压信号输入，待测电流信号输入；所述信号源输出端包括标准电磁式电压互感器、标准电磁式电流互感器、模拟式电子式电压互感器、模拟式电子式电流互感器、数字式电子式电压互感器 和数字式电子式电流互感器；

所述的标准电磁式电压互感器或标准模拟式电子式电压互感器所提供交流电压信号输入到标准侧电压信号接入电路，经标准侧电压信号接入电路转换为电压信号SV1；

所述的标准电磁式电流互感器或标准模拟式电子式电流互感器所提供交流电流信号输入到标准侧电流信号接入电路，经标准侧电流信号接入电路转换为电压信号SI1；

所述的待测模拟式电子式电压互感器所提供模拟电压信号，通过待测信号接口电路接入，该模拟电压信号标示为电压信号EV1；

所述的待测模拟式电子式电流互感器所提供模拟电流信号，通过待测信号接口电路接入，该模拟电压信号标示为电压信号EI1；

所述的标准数字式电子式电压互感器所提供数字电压信号，通过标准网络接口接入，该数字电压信号标示为电压信号SDV1；

所述的标准数字式电子式电流互感器所提供数字电流信号，通过标准网络接口接入，该数字电流信号标示为电流信号SDI1；

所述的待测数字式电子式电压互感器所提供数字电压信号，通过待测网络接口接入，该数字电压信号标示为电压信号DV1；

所述的待测数字式电子式电流互感器所提供数字电流信号，通过待测网络接口接入，该数字电流信号标示为电流信号DI1；

所述的电压信号SV1、SI1、EV1、EI1接入调理控制单元，FPGA模块中的数据控制中心模块发送控制信号到调理控制单元，调理控制单元根据控制信号从电压信号SV1和SI1中选择一路作为校验用标准信号ST1输出，或从电压信号SDV1和电流SDI1中选择一路作为校验用标准信号ST3输出；从信号EV1和EI1中选择一路作为校验用待测信号SE1输出，或从信号DV1和DI1中选择一路作为校验用待测信号SE3输出。

3.根据权利要求2所述的一种多功能电子式互感器校验仪，其特征在于：1)所述校验电路模块包括校验保护电路、模拟滤波电路、自动倍率切换电路和校验控制单元，校验用标准模拟信号ST1和校验用待测模拟信号SE1同时输入到校验保护电路和模拟滤波电路，校验用标准模拟信号ST1经模拟滤波电路后输出，记为标准信号ST2；校验用待测信号SE1经模拟滤波电路的输出，再经自动倍率切换电路进行放大调整后输出，记为待测信号SE2；标准信号ST2和待测信号SE2送入高精度数据采集模块，FPGA模块中的数据控制中心模块发送控制信号到校验控制单元，经校验控制单元将校验用标准信号ST1和校验用待测信号SE1通过控制校验保护电路接地，经校验控制单元调整自动倍率切换电路的放大倍率； 

2)校验用标准数字信号ST3和校验用待测数字信号SE3同时输入到网络接口电路，通过网口控制及存储模块处理接收到的数字信号。

4.根据权利要求3所述的一种多功能电子式互感器校验仪，其特征在于：所述高精度数据采集模块包含两套同样的电路，分别用于对校验用标准信号ST1和校验用待测信号SE1的转换；每套电路包括信号调理电路和AD转换电路，标准信号ST2在相应的一套电路中，经信号调理电路转换为一对差分信号后，送入AD转换电路转换成数字信号，待测信号SE2在相应的一套电路中，经信号调理电路转换为一对差分信号后，送入AD转换电路转换成数字信号，FPGA模块中的AD控制及存储模块发送控制信号到两套电路中的AD转换电路，AD转换电路所得数字信号连接到AD控制及存储模块。

5.根据权利要求1、2、3、4所述的一种多功能电子式互感器校验仪，其特征在于：所述网络接口模块包括光以太网端口和电以太网端口，FPGA模块连接了两套同样的电路，分别用于连接两路电子式互感器信号ECT1和ECT2，可输入电子式电流互感器信号也可以输入电子式电压互感器信号，作为标准信号或待测信号；或同时输入电子式电压互感器信号和电子式电流互感器信号，用于测量功率因数角；或一路输出误码测试信号另一路接收误码测试信号，用于测试通信信道的误码。

6.根据权利要求1、2、3、4、5所述的一种多功能电子式互感器校验仪，其特征在于：采用电磁式互感器作为标准互感器又可以采用电子式互感器作为标准互感器。

7.根据权利要求1、2、3、4、5所述的一种多功能电子式互感器校验仪，其特征在于：具有两套网络接口模块，均集成了光以太网端口和电以太网端口。 

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