CN103076491B - 交直流通用的供电线路检测方法及检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电源监测测量技术领域,公开了一种交直流通用的供电线路检测方法及检测电路和装置,所述检测方法采样被检线路的电流或电压信号,滤除交流信号中的负半周期信号,对采样值进行FFT算法计算,通过计算采样值的波动幅值判断被检线路的信号类型,根据信号类型从FFT算法计算的结果中取出相应测量值,并根据信号类型选择不同核准公式计算对应的实际值,该方法同时适用于交直流信号检测。
Description
技术领域
本发明涉及电源监测测量技术领域,具体而言,本发明涉及一种通过与带串口的设备连接实现总负载及其支路负载电流、电压、功率和电能等监测的电源分配监测装置,该电源分配监测装置为交直流通用,适用于服务器、交换机、监控设备和机柜等电子电气设备。
背景技术
每个标准机架都需要安装一个电源分配单元(PDU或TRU),为机架内的每个设备提供电源。随着网络通信技术的不断发展,业务的不断增加,机柜内的服务器、交换机、监控设备等的电子设备的数量和功耗越来越高,电源分配单元作为机柜内设备用电的最后一道配电网络,它的稳定性和功能性就起到至关重要的作用,如果它的性能不够稳定,保护措施不够完善,将可能导致设备被毁,甚至整个系统崩溃,损失是无法估量的。因此电源分配单元的稳定性和可控性是设备和业务系统价值的有力保障之一,而为了确保电源分配单元正常工作,需要对其工作电压、电流和功率等进行监测,目前现有的监测装置主要监测整个电源分配单元的总电压,总电流和总功率等,不能具体监测到分配单元每一个支路的电参数,如果该分配单元中某一个支路设备出现某种故障(电流过大或功耗过大),该装置不能有效的监测出,即使能检测到也只能初步的定位至整个电源分配单元下设备的异常,不能具体定位到那个支路的设备出现异常,这样就会带来安全隐患或给维护人员带来故障排除的工作量,延长了故障处理时间,而对于重要的设备,时间就是金钱,故障处理的时间越长损失就会越大。
众所周知,机房内设备的供电方式既有交流电又有直流电。一般不同的供电方式会选择不同的电源分配监测单元,致使电源分配监测单元用途单一,成本较高,交流供电设备只能用交流电源分配监测单元,直流供电设备只能用直流电源分配监测单元。
发明内容
本发明目的在于针对上述技术问题,提供一种交直流通用的检测方法及基于该方法的检测电路,以及电源分配监测装置,
为了实现上述目的,本发明首先提出一种交直流通用的供电线路电流或电压检测方法,该方法包括如下步骤:
一、获取被检线路上直流电压或电流信号,或交流电压或电流信号的正半周期信号,将获取的电压或电流信号转换成处理器可接受的电压信号。
二、通过AD转换模块以固定频率采样步骤一中经转换的电压信号,得到一组采样值。
三、计算步骤二所得到的采样值的波动幅度值,与预设的门槛值进行比较。
四、将步骤二得到的采样值通过三点插值法修正为长度适于FFT算法的数组。
五、将步骤四中所述的数组通过位倒序法转换为另一同样长度的数组,将该数组经FFT算法计算得到有序的一组复数。
六、当步骤三的结果为幅度值小于门槛值时,计算步骤五中第一个复数进行求模运算,获得被检线路电压的测量值Uma或电流的测量值Ima,将测量值代入公式(一)或公式(二),求得被检线路电压的实际值Ura或电流的实际值Ira;当步骤三的结果为幅度值大于门槛值时,计算步骤五中第二个复数进行求模,获得被检线路电压的测量值Umd或电流的测量值Imd,将测量值代入公式(三)或公式(四),求得被检线路电压的实际值Urd或电流的实际值Ird。
Ura =Aa1*Uma+Ba 1 (一)
Ira =Aa2*Ima+Ba2 (二)
Urd =Ad1*Umd+Bd1 (三)
Ird =Ad2*Imd+Bd2 (四)
上述公式(一)至(四)中Aa1、Ba1、Ad1、Bd1、Aa2、Ba2、Ad2、Bd2均为校准系数。
上述方法中,步骤二所述采样值优选250个。步骤四所述的数组长度优选为128位。根据FFT算法的原理,数组的长度越长,计算结果的精度越高,但运算量越大,因此,本发明优选128位。
本发明所公开的上述方法特点如下:
一、该方法选用通用交直流的FFT算法处理采样信号,使交直流通用检测成为可能,通过计算采样值的波动幅值判断输入信号的类型,根据信号类型从FFT算法结果中提出相应的电流或电压分量,并选择相应的公式计算获得电流或电压值,最终实现了交直流通用电流和电压检测。
二、该方法通过采样值的波动幅值判断信号类型,此判断方法基于现成的值进行判断,无需获取专门用于类型判断的其他参数,也无需专门的辅助电路,该方法简单易行,有利于基于该方法的产品节约成本和节约产品中处理器的运算资源。
三、在FFT算法中采用128位采样值计算,在保证检测精度的同时尽可能降低了计算量。通过三点插值法修正用于FFT算法的采样值,提高了FFT算法的精度。
基于上述方法,本发明其次提出一种交直流通用的供电线路检测电路,包括电压取样电路、电流取样电路和处理器。
所述电压取样电路获取被检线路上直流电压信号,或交流电压信号的正半周期信号,经电阻分压、光耦隔离放大后输出至处理器AD转换模块第一输入接口,所述电流取样电路获取被检线路上直流电流信号,或交流电流信号的正半周期信号,经分流器转换为电压信号后,经光耦隔离放大后输出至处理器AD转换模块第二输入接口。
所述处理器AD转换模块分别采样上述两个输入接口的电压信号,分别获得对应被检线路电压的第一组采样值和及对应被检线路电流的第二组采样值。
所述处理器采用上述步骤三至六的方法分别对AD转换模块采样的两组采样值进行处理,获得被检线路的电压值和电流值。具体如下:
所述处理器通过三点插值法分别将由AD转换模块采样获得的两组采样值修正为两个长度适于FFT算法的数组;并通过位倒序法进一步转换该两个数组为另两个同样长度的数组,将转换获得的两个数组分别经FFT算法计算得到对应被检线路电压的有序的第一组复数和对应被检线路电流的有序的第二组复数;
所述处理器计算AD转换模块采样获得的第一组采样值的波动幅度值,并与预设的门槛值进行比较;当比较结果为幅度值小于门槛值时,对第一组复数中第一个复数进行求模,获得被检线路电压的测量值Uma,并根据公式(一)计算得到被检线路电压的实际值,当比较结果为幅度值大于门槛值时,对第一组复数中第二个复数进行求模,获得被检线路电压的测量值Umd,并根据公式(三)计算得到被检线路电压的实际值;
所述处理器计算AD转换模块采样获得的第二组采样值的波动幅度值,并与预设的门槛值进行比较;当比较结果为幅度值小于门槛值时,对第二组复数中第一个复数进行求模,获得被检线路电流的测量值Ima,并根据公式(二)计算得到被检线路电流的实际值,当比较结果为幅度值大于门槛值时,对第二组复数中第二个复数进行求模,获得被检线路电流的测量值Imd,并根据公式(四)计算得到被检线路电流的实际值;
所述电压取样电路包括电压采样电路、电压跟随电路、信号隔离放大电路,所述电压采样电路获取被检线路上直流电压信号,或交流电压信号的正半周期信号,将获取的电压信号分压后,输出给电压跟随电路的输入端,电压跟随电路具有高输入阻抗和低输出阻抗的作用,它将输入端的电压信号无失真的传输给信号隔离放大电路输入端,信号隔离放大电路将输入端的电压信号隔离和放大后输出给处理器的AD模块。
上述电压采样电路包含至少两个电阻和至少一个二极管,两者之间串联连接;所述电压跟随电路主要包含一个运算放大器,其同相输入端与上述电压采样电路的输出端相连,反相输入端与运算放大器的输出端连接,为了提高信号的抗干扰性,可在其周围添加部分调理电路,如滤波电容;所述信号隔离放大电路包含有至少两个运算放大器和至少一个线性光电耦合器,第一运算放大器的反相输入端通过电阻与上述电压跟随电路的输出端和线性光电耦合器反馈端连接,第一运算放大器的输出端通过电阻与线性光电耦合器的信号输入端连接,线性光电耦合器的输出引脚与第二运算放大器的反相输入端连接,第二运算放大器的反相输入端通过电阻与其输出端连接,为了提高信号的抗干扰能力,可以在该电路内接入适当个数的滤波电容或电阻,上述的第二运算放大器的输出端即为本电压取样电路的输出端。
上述电流取样电路适用于交流或直流输入,既能检测交流电流值又能检测直流电流值,该电路包括电流采样电路、电压跟随电路和信号隔离放大电路,电流采样电路获取被检线路上直流电流信号,或交流电流信号的正半周期信号,经分流器转换为电压信号后,输出给电压跟随电路的输入端,电压跟随电路具有高输入阻抗和低输出阻抗的作用,它将输入端的电压信号无失真的传输给信号隔离放大电路输入端,信号隔离放大电路将输入端的电压信号隔离和放大后输出给处理器的AD模块。
上述电流采样电路包含至少一个分流器和至少一个二极管,两者之间串联连接;所述电压跟随电路主要包含一个运算放大器,其同相输入端与上述电压采样电路的输出端相连,反相输入端与运算放大器的输出端相连,为了提高信号的抗干扰性,可在其周围添加部分调理电路,如滤波电容;其信号隔离放大电路包含有至少两个运算放大器和至少一个线性光电耦合器,第一运算放大器的反相输入端通过电阻与上述电压跟随电路的输出端和线性光电耦合器反馈端连接,第一运算放大器的输出端通过电阻与线性光电耦合器的信号输入端连接,线性光电耦合器的输出端与第二运算放大器的反相输入端连接,第二运算放大器的反相输入端通过电阻与其输出端连接,为了提高信号的抗干扰能力,可以在该电路内接入适当个数的滤波电容或电阻,上述的第二运算放大器的输出端即为本电流取样电路的输出端。
基于上述的交直流通用的信号检测电路,本发明进一步提供一种交直流通用电源分配监测装置,该装置包括电源分配单元和监测单元,其中电源分配单元包括一个总输入线路和多个输出支路,各线路中均接有断路器,其中监测单元包括处理器、电源模块、有源检测模块、存储模块、实时时钟模块、通信模块、人机界面、一个上述交直流通用电压取样电路以及与输出支路数量相同的多个上述交直流通用电流取样电路。所述电压取样电路输入端接总输入线路,输出端接处理器的AD转换模块一个输入接口,各电流取样电路输入端分别串接在各输出支路中,输出端分别接处理器的AD转换模块一个输入接口。
所述电源模块与所有模块之间都有连接,为所有模块提供电源供给。
所述存储模块为铁电储存器,用于存储电源分配单元的总电能、支路电能和支路电能记录的起始时间等一系列需要保存的数据,该存储模块与处理器连接。
所述人机界面包括显示屏和按键。其中显示屏为122*32DOTS的LCD液晶显示器,用于显示用户需要查询的信息,按键设置了四个按钮,用于用户的查询和设置,该人机界面与处理器连接。
所述通信模块包括串口通信模块和网络通信模块,能够对电源分配单元的工作状态进行实时监测,实现远程查询的功能。其网络通信模块可接入以太网,其串口通信模块具有RS485和RS232通信接口,该通信模块与处理器连接。
所述实时时钟模块包括处理器内的时钟、晶振时钟,该实时时钟模块与处理器连接。
所述处理器主要是ARM处理器,是该装置的核心部件,与每一个模块之间均有连接,负责控制每个模块正常工作。
上述装置能够监测电源分配单元的电压、总电流、总功率、总电量以及每一个支路的电流、功率和电量等,若支路出现用电异常(过负荷)、过欠压等故障时,装置会发出声光报警信号,从而方便用户进行机房设备用电信息化管理,降低机房电源监测装置的配套成本。
附图说明
图1本发明装置交直流通用电压取样电路。
图2本发明装置交直流通用电流取样电路。
图3本发明装置的整体外观示意图。
图4、图5本发明装置电源分配单元的外观示意图。
图6、图7本发明装置监测单元的外观示意图。
图8本发明装置在服务器机架中的安装示意图。
图9本发明装置的电路结构框图。
具体实施方式
为了使本发明目的、技术方案及优点更加明白清楚,以下结合附图及具体实例,对本发明做进一步的详细说明。以下用于说明的实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,该电路为交直流电压取样电路的一个具体实施例,该电路包括电压采样电路10、电压跟随电路11和信号隔离放大电路12,其电压采样电路包含有3个电阻和1个二极管,4个元件串联连接,第一电阻R1的一端与第二电阻R2的一端连接,第二电阻R2的另一端与第三电阻R3的一端连接,第三电阻R3的另一端接第一信号地GNDS0且与第一二极管D1的阳极连接,第一电阻R1的另一端和第一二极管D1的阴极为输入信号的输入端,即电压采样电路的输入端,第二电阻R2与第三电阻R3之间为电压采样电路的输出端;其电压跟随电路包含有1个运算放大器、1个电阻和4个电容,第四电阻R4的一端与上述电压采样电路的输出端连接,第四电阻R4的另一端与第一运算放大器U1B的同相输入端连接,该同相输入端同时与第一电容C1的一端连接,第一电容C1的另一端与第一信号地GNDS0连接,第一运算放大器U1B的同相输入端与第二电容C2的一端连接,第二电容C2的另一端与第一运算放大器U1B的输出端连接,第一运算放大器U1B的反相输入端与该运算放大器的输出端连接,第一运算放大器U1B正电源端接第一信号正电源+5VS0,同时与第三电容C3的一端连接,第三电容C3的另一端接第一信号地GNDS0,第一运算放大器U1B的输出端与第四电容C4的一端连接,第四电容C4的另一端与第一信号地GNDS0连接;其信号隔离放大电路包含有1个线性光电耦合器、2个运算放大器、4个电阻、5个电容和1个钳位管,第五电阻R5的一端与电压跟随电路的输出端连接,另一端与第二运算放大器U1A的反相输入端连接,第五电容C5一端连接至第二运算放大器U1A的反相输入端,另一端连接至第二运算放大器U1A的输出端,第二运算放大器U1A的反相输入端与第一线性光电耦合器K1的反馈信号输入端连接,第二运算放大器U1A的输出端与第六电阻R6的一端连接,第六电阻R6的另一端与第一线性光电耦合器U1A的信号输入端连接,第二运算放大器U1A的同相输入端接第一信号地GNDS0,第二运算放大器U1A的负电源端接第一信号负电源-5VS0,第六电容C6的一端接第二运算放大器U1A的负电源端,第六电容C6另一端接第一信号地GNDS0,线性光电耦合器U1A的2号输入端接第一信号正电源+5VS0,线性光电耦合器U1A的4号反馈端接第一信号地GNDS0,线性光电耦合器U1A的5号输出端接第二信号地GND,线性光电耦合器U1A的6号输出端接第三运算放大器U3A的反相输入端,第七电阻R7的一端与第三运算放大器U3A的反相输入端连接,另一端与第三运算放大器U3A的输出端连接,第三运算放大器U3A的正电源输入端接第二信号正电源+3.3V,第七电容C7的一端与第三运算放大器U3A的正电源输入端连接,另一端与第二信号地GND连接,第三运算放大器U3A的负电源输入端接第二信号负电源-3.3V,第八电容C8的一端与第三运算放大器U3A的负电源输入端连接,另一端与第二信号地GND连接,第八电阻R8的一端与第三运算放大器U3A的输出端连接,另一端与第九电容C9一端连接,第九电容C9的另一端与第二信号地GND连接,钳位管D2的3号端连接至第八电阻R8和第九电容C9之间,钳位管D2的1号端与第二信号地GND连接,钳位管D2的2号端与第二信号正电源+3.3V连接,第八电阻R8和第九电容C9之间为该信号隔离放大电路的输出端,也为整个电压取样电路的输出端。
如图2所示,该电路为交直流电流取样电路的一个具体实施例,该电路包括电流采样电路20、电压跟随电路21和信号隔离放大电路22,其电流采样电路包含有1个分流器和1个二极管,2个元件串联连接,分流器F1的一端与第一二极管D1的阳极连接,分流器F1的另一端与第一二极管D1的阴极为输入信号的输入端,即电流采样电路的输入端,分流器F1的一端与第一二极管D1的阳极之间为电流采样电路的输出端;其电压跟随电路包含有1个运算放大器、1个电阻和4个电容,第一电阻R4的一端与上述电压采样电路的输出端连接,第一电阻R4的另一端与第一运算放大器U1B的同相输入端连接,该同相输入端同时与第一电容C1的一端连接,第一电容C1的另一端与第一信号地GNDS1连接,第一运算放大器U1B的同相输入端与第二电容C2的一端连接,第二电容C2的另一端与第一运算放大器U1B的输出端连接,第一运算放大器U1B的反相输入端与该运算放大器的输出端连接,第一运算放大器U1B正电源端接第一信号正电源+5VS1,同时与第三电容C3的一端连接,第三电容C3的另一端接第一信号地GNDS1,第一运算放大器U1B的输出端与第四电容C4的一端连接,第四电容C4的另一端与第一信号地GNDS1连接;其信号隔离放大电路包含有1个线性光电耦合器、2个运算放大器、4个电阻、5个电容和1个钳位管,第二电阻R5的一端与电压跟随电路的输出端连接,另一端与第二运算放大器U1A的反相输入端连接,第五电容C5一端连接至第二运算放大器U1A的反相输入端,另一端连接至第二运算放大器U1A的输出端,第二运算放大器U1A的反相输入端与第一线性光电耦合器K1的反馈信号输入端连接,第二运算放大器U1A的输出端与第六电阻R6的一端连接,第三电阻R6的另一端与第一线性光电耦合器U1A的信号输入端连接,第二运算放大器U1A的同相输入端接第一信号地GNDS1,第二运算放大器U1A的负电源端接第一信号负电源-5VS1,第六电容C6的一端接第二运算放大器U1A的负电源端,第六电容C6另一端接第一信号地GNDS1,线性光电耦合器U1A的2号输入端接第一信号正电源+5VS1,线性光电耦合器U1A的4号反馈端接第一信号地GNDS1,线性光电耦合器U1A的5号输出端接第二信号地GND,线性光电耦合器U1A的6号输出端接第三运算放大器U3A的反相输入端,第四电阻R7的一端与第三运算放大器U3A的反相输入端连接,另一端与第三运算放大器U3A的输出端连接,第三运算放大器U3A的正电源输入端接第二信号正电源+3.3V,第七电容C7的一端与第三运算放大器U3A的正电源输入端连接,另一端与第二信号地GND连接,第三运算放大器U3A的负电源输入端接第二信号负电源-3.3V,第八电容C8的一端与第三运算放大器U3A的负电源输入端连接,另一端与第二信号地GND连接,第五电阻R8的一端与第三运算放大器U3A的输出端连接,另一端与第九电容C9一端连接,第九电容C9的另一端与第二信号地GND连接,钳位管D2的3号端连接至第五电阻R8和第九电容C9之间,钳位管D2的1号端与第二信号地GND连接,钳位管D2的2号端与第二信号正电源+3.3V连接,第五电阻R8和第九电容C9之间为该信号隔离放大电路的输出端,也为整个电流取样电路的输出端。
通过上述两种取样电路,经过以下方法实现信号的检测:
一、当被检线路上是直流电压信号时,经电阻R1、R2、R3分压;当被检线路上是交流电压信号时,二极管D1将信号的负半周期滤除,正半周期信号经电阻R1、R2、R3分压,将R3两端的电压信号经R4输入给运算放大器U1B、光耦隔离放大电路转换后输出至处理器AD转换模块一个输入接口。
二、当被检线路上是直流电流信号时,经分流器F1转换为电压信号;当被检线路上是交流电流信号时,二极管D1将信号的负半周期滤除,正半周期信号经分流器F1转换为电压信号,将分流器F1两端的电压信号经运算放大器U1B、光耦隔离放大电路转换后输出至处理器AD转换模块一个输入接口。
三、通过AD转换模块以10KHz固定频率采样步骤一中经转换的电压信号,得到第一组250位的采样值。
四、通过AD转换模块以10KHz固定频率采样步骤二中经转换的电压信号,得到第二组250位的采样值。
五、计算步骤三或四所得到的采样值的波动幅度值,与预设的门槛值进行比较。
六、将步骤三得到的采样值通过三点插值法修正为长度128位的数组。
七、将步骤四得到的采样值通过三点插值法修正为长度128位的数组。
八、将步骤六中所述的数组通过位倒序法转换为另一组长度128位的数组,将该数组经FFT算法计算得到有序的128个复数。
九、将步骤七中所述的数组通过位倒序法转换为另一组长度128位的数组,将该数组经FFT算法计算得到有序的128个复数。
十、当步骤五的结果为幅度值小于门槛值时,计算步骤八中第一个复数进行求模,获得被检线路电压的测量值,将测量值代入公式(一),求得被检线路电压的实际值;当步骤五的结果为幅度值大于门槛值时,计算步骤八中第二个复数进行求模,获得被检线路电压的测量值,将测量值代入公式(三),求得被检线路电压的实际值。
十一、当步骤五的结果为幅度值小于门槛值时,计算步骤九中第一个复数进行求模,获得被检线路电流的测量值,将测量值代入公式(二),求得被检线路电流的实际值;当步骤五的结果为幅度值大于门槛值时,计算步骤九中第二个复数进行求模,获得被检线路电流的测量值,将测量值代入公式(四),求得被检线路电流的实际值。
Ura =Aa1*Uma+Ba 1 (一)
Ira =Aa2*Ima+Ba2 (二)
Urd =Ad1*Umd+Bd1 (三)
Ird =Ad2*Imd+Bd2 (四)
十二、根据上述测得的电压值和电流值,计算功率和电能,并且将计算结果显示输出至人机界面。
如图3所示,该图为本发明交直流通用电源分配监测装置系统框图,该装置包括电源模块、处理器、有源检测模块、电压取样电路、电流取样电路、人机界面、实时时钟模块、存储模块和通信模块,其中电源模块与其他所有模块都有连接,处理器与有源检测模块、电压取样电路、电流取样电路、人机界面、实时时钟模块、存储模块、通信模块都有连接。
如图4所示,该图为交直流通用电源分配监测装置的整体外观图,它包括上下两部分,其中上部分为电源分配单元10,下部分为监测单元11。整体组成一个完整的交直流通用的电源分配监测装置。整个装置通过两侧的安装孔12能方便的安装在任何一个标准的服务器机柜内。
如图5、图6所示,该装置为电源分配单元,该电源分配单元配置有一个总输入21和十个支路输出22,共11路,且每路中都串联有断路器,用于保护该电源分配单元下的所有设备,每个支路断路器的输入端都与总输入断路器的输出端相连接,其中连接至总输入断路器的电源类型(交流或直流),由连接至该电源分配单元下的设备的供电方式决定,若连接的设备为交流供电方式,则总输入接交流电;若连接的设备为直流供电方式,则总输入接直流电,总输入进线口20用于接入电源。
如图7、图8所示,该装置为监测单元,图7为前上视图,图8为后上视图,该装置包括显示面板40、四个按钮41、支路输出接线端子42、指示灯43、电源配电单元和监控单元连接口44、网络通信口45、串口通信口46、散热风扇47、监测单元支路输入接线端子48、监测单元总输入接线端子49和监测单元电源接口50。上述电源分配单元的出线口32和33引出的电源线,分别于监测单元支路接线端子48和总输入接线端子49连接。
图9所示,该图为本发明交直流通用电源分配监测装置的安装示意图,该图中60为标准服务器机柜,本发明交直流通用电源分配监测装置61安装在标准服务器机柜60的最上方,方便用户的查看和操作。
Claims (9)
1.一种交直流通用的供电线路电流或电压检测方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:
一、获取被检线路上直流电压或电流信号,或交流电压或电流信号的正半周期信号,将获取的电压或电流信号转换成处理器可接受的电压信号;
二、通过AD 转换模块以固定频率采样步骤一中经转换的电压信号,得到一组采样值;
三、计算步骤二所得到的采样值的波动幅度值,与预设的门槛值进行比较;
四、将步骤二得到的采样值通过三点插值法修正为长度适于FFT 算法的数组;
五、将步骤四中所述的数组通过位倒序法转换为另一同样长度的数组,将该数组经FFT 算法计算得到有序的一组复数;
六、当步骤三的结果为幅度值小于门槛值时,对步骤五中第一个复数进行求模,获得被检线路电压的测量值Uma 或电流的测量值Ima,将测量值代入公式(一)或公式(二),求得被检线路电压的实际值Ura 或电流的实际值Ira;当步骤三的结果为幅度值大于门槛值时,对步骤五中第二个复数进行求模,获得被检线路电压的测量值Umd 或电流的测量值Imd,将测量值代入公式(三)或公式(四),求得被检线路电压的实际值Urd 或电流的实际值Ird;
Ura =Aa1*Uma+Ba 1 (一)
Ira =Aa2*Ima+Ba2 (二)
Urd =Ad1*Umd+Bd1 (三)
Ird =Ad2*Imd+Bd2 (四)
上述公式(一)至(四)中Aa1、Ba1、Ad1、Bd1、Aa2、Ba2、Ad2、Bd2 均为校准系数。
2.根据权利要求1 所述的供电线路电流或电压检测方法,其特征在于,步骤二所述采样值为250 个。
3.根据权利要求1 所述的供电线路电流或电压检测方法,其特征在于,步骤四所述的数组长度为128位。
4.一种交直流通用的供电线路检测电路,其特征在于,包括电压取样电路、电流取样电路和处理器,所述电压取样电路获取被检线路上直流电压信号,或交流电压信号的正半周期信号,经电阻分压、光耦隔离放大后输出至处理器AD 转换模块第一输入接口,所述电流取样电路获取被检线路上直流电流信号,或交流电流信号的正半周期信号,经分流器转换为电压信号后,经光耦隔离放大后输出至处理器AD 转换模块第二输入接口;
所述处理器AD 转换模块分别采样上述两个输入接口的电压信号,分别获得对应被检线路电压的第一组采样值和及对应被检线路电流的第二组采样值;
所述处理器通过三点插值法分别将由AD 转换模块采样获得的两组采样值修正为两个长度适于FFT 算法的数组;并通过位倒序法进一步转换该两个数组为另两个同样长度的数组,将转换获得的两个数组分别经FFT 算法计算得到对应被检线路电压的有序的第一组复数和对应被检线路电流的有序的第二组复数;
所述处理器计算AD 转换模块采样获得的第一组采样值的波动幅度值,并与预设的门槛值进行比较;当比较结果为幅度值小于门槛值时,对第一组复数中第一个复数进行求模,获得被检线路电压的测量值Uma,并根据公式(一)计算得到被检线路电压的实际值,当比较结果为幅度值大于门槛值时,对第一组复数中第二个复数进行求模,获得被检线路电压的测量值Umd,并根据公式(三)计算得到被检线路电压的实际值;
所述处理器计算AD 转换模块采样获得的第二组采样值的波动幅度值,并与预设的门槛值进行比较;当比较结果为幅度值小于门槛值时,对第二组复数中第一个复数进行求模,获得被检线路电流的测量值Ima,并根据公式(二)计算得到被检线路电流的实际值,当比较结果为幅度值大于门槛值时,对第二组复数中第二个复数进行求模,获得被检线路电流的测量值Imd,并根据公式(四)计算得到被检线路电流的实际值;
Ura =Aa1*Uma+Ba 1 (一)
Ira =Aa2*Ima+Ba2 (二)
Urd =Ad1*Umd+Bd1 (三)
Ird =Ad2*Imd+Bd2 (四)
上述公式(一)至(四)中Aa1、Ba1、Ad1、Bd1、Aa2、Ba2、Ad2、Bd2 均为校准系数。
5.根据权利要求4 所述的供电线路检测电路,其特征在于,所述采样值数量为250 个;所述的数组长度为128 位。
6.根据权利要求4 所述的交直流通用的供电线路检测电路,其特征在于,所述电压取样电路包括电压采样电路、电压跟随电路、信号隔离放大电路,所述电压采样电路获取被检线路上直流电压信号,或交流电压信号的正半周期信号,将获取的电压信号分压后,输出给电压跟随电路的输入端,电压跟随电路将输入端的电压信号无失真的传输给信号隔离放大电路输入端,信号隔离放大电路将输入端的电压信号隔离和放大后输出给处理器的AD 模块。
7.根据权利要求6 所述的交直流通用的供电线路检测电路,其特征在于,所述电压采样电路包含至少两个电阻和至少一个二极管,两者之间串联连接;所述电压跟随电路主要包含一个运算放大器,其同相输入端与上述电压采样电路的输出端相连,反相输入端与运算放大器的输出端连接;所述信号隔离放大电路包含有至少两个运算放大器和至少一个线性光电耦合器,第一运算放大器的反相输入端通过电阻与上述电压跟随电路的输出端和线性光电耦合器反馈端连接,第一运算放大器的输出端通过电阻与线性光电耦合器的信号输入端连接,线性光电耦合器的输出引脚与第二运算放大器的反相输入端连接,第二运算放大器的反相输入端通过电阻与其输出端连接,所述的第二运算放大器的输出端即为本电压取样电路的输出端。
8.根据权利要求4 所述的交直流通用的供电线路检测电路,其特征在于,所述电流取样电路包括电流采样电路、电压跟随电路和信号隔离放大电路,电流采样电路获取被检线路上直流电流信号,或交流电流信号的正半周期信号,经分流器转换为电压信号后,输出给电压跟随电路的输入端,电压跟随电路将输入端的电压信号无失真的传输给信号隔离放大电路输入端,信号隔离放大电路将输入端的电压信号隔离和放大后输出给处理器的AD 模块。
9.根据权利要求8 所述的交直流通用的供电线路检测电路,其特征在于,所述电流采样电路包含至少一个分流器和至少一个二极管,两者之间串联连接;所述电压跟随电路主要包含一个运算放大器,其同相输入端与上述电压采样电路的输出端相连,反相输入端与运算放大器的输出端相连;信号隔离放大电路包含有至少两个运算放大器和至少一个线性光电耦合器,第一运算放大器的反相输入端通过电阻与上述电压跟随电路的输出端和线性光电耦合器反馈端连接,第一运算放大器的输出端通过电阻与线性光电耦合器的信号输入端连接,线性光电耦合器的输出端与第二运算放大器的反相输入端连接,第二运算放大器的反相输入端通过电阻与其输出端连接,所述的第二运算放大器的输出端即为本电流取样电路的输出端。
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