CN103105513B - 消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，包括：信号预处理单元，用于对被检设备输出的电压或电流信号进行无损衰减变换，并进行有效采样后输出预处理信号；主处理单元，用于计算预处理信号的幅值和频率，根据计算结果更新工作参数并滤波以滤除被检设备输出的随机大信号；信号恢复单元，用于还原滤波后的预处理信号，使其幅值和频率恢复至被检设备输出的电压或者电流信号的幅值和频率；本发明能够防止被检设备输出随机大信号损害标准设备，并且不影响标准设备判断被检设备合格与否的结果，可广泛应用于保护电力设备免受大信号冲击的领域。
Description
技术领域
本发明属于电力电子测量领域，特别涉及一种消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，在对电力电测设备的测量过程中，可防止被检设备输出的随机大信号损害标准设备。
背景技术
在电力电子测量领域中，对电力设备的准确度和功能要求越来越高，因此设备成本也随之增加，所以，未到报废年限的设备一旦发生损坏会带来极大的经济损失。在使用标准设备检测被检设备的过程中，被检设备输出的随机大信号会影响标准设备的测量性能，甚至损坏标准设备。
目前，对电子产品上电时的瞬时大电流或大电压等现象的研究方向基本是专注在电子产品上电时瞬时大信号的幅度、衰减特性及持续时间等，其研究技术成果一般体现在被检设备组成结构的改进以及产品的标准上。但是，对于被检设备反复出现随机大信号输出对标准设备伤害的机理及评估却研究甚少，至今也尚未出现解决该技术问题的有效途径和可适用的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、能够保护标准设备免受大信号冲击、避免损坏标准设备、且不会影响标准设备判断结果的消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置。
本发明的上述目的可以通过以下方案实现：一种消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，其特征在于包括：
信号预处理单元，用于对被检设备输出的电压或电流信号进行无损衰减变换，并进行有效采样后输出预处理信号；
主处理单元，用于计算预处理信号的幅值和频率，根据计算结果更新工作参数并滤波以滤除被检设备输出的随机大信号；
信号恢复单元，用于还原滤波后的预处理信号，使其幅值和频率恢复至被检设备输出的电压或者电流信号的幅值和频率；
所述信号预处理单元的信号输入端用于连接被检设备的电压输出端口或电流输出端口，所述信号预处理单元的信号输出端与所述主处理单元的信号输入端相连，所述主处理单元的信号输出端与信号恢复单元的信号输入端相连，所述信号恢复单元的信号输出端用于连接标准设备的电压输入端口或电流输入端口。
本发明能够防止被检设备输出随机大信号损害标准设备，并且不影响标准设备判断被检设备合格与否的结果，可广泛应用于保护电力设备免受大信号冲击的领域。
作为本发明的一种实施方式，所述信号预处理单元包括用于电压无损衰减的电压互感电路、用于电流无损衰减的电流互感电路、用于将电流转换为电压的电流转换电路和用于电信号高速采样的信号采样电路，其中，电压互感电路的信号输入端用于与被检设备的电压输出端口连接，电压互感电路的信号输出端与信号采样电路的信号输入端连接；电流互感电路的信号输入端用于与被检设备的电流输出端口连接，电流互感电路的信号输出端与电流转换电路的信号输入端连接；电流转换电路的信号输出端与信号采样电路的信号输入端连接，信号采样电路的信号输出端即为所述信号预处理单元的信号输出端。
作为本发明的一种实施方式，所述主处理单元包括用于信号幅值和频率计算的信号幅值和频率计算模块、用于信号智能滤波的自适应滤波器模块，其中，所述信号幅值和频率计算模块的信号输入端与信号采样电路的信号输出端连接，所述信号幅值和频率计算模块的信号输出端与自适应滤波器模块的信号输入端连接，所述自适应滤波器模块的信号输出端即为所述主处理单元的信号输出端。自适应滤波器模块能够根据信号的幅值和频率更新其自身参数，实现只滤除随机大信号而保留被检设备的正常输出信号。信号幅值和频率计算模块能对含有随机瞬时大信号的被检设备输出信号的幅值和频率进行准确计算。
作为本发明的一种实施方式，所述信号恢复单元包括用于信号模拟化的信号模拟化电路、用于恢复电压信号幅值和频率的电压信号恢复电路、用于恢复电流信号幅值和频率的电流信号恢复电路，所述自适应滤波器模块的信号输出端与信号模拟化电路的信号输入端连接，信号模拟化电路的信号输出端分别与电压信号恢复电路、电流信号恢复电路的信号输入端连接，电压信号恢复电路的信号输出端用于与标准设备的电压输入端口连接，而电流信号恢复电路的信号输出端则用于与标准设备的电流输入端口连接。
作为本发明的一种改进，所述主处理单元还包括用于信号延迟的信号延迟模块，所述信号延迟模块的信号输入端与信号采样电路的信号输出端连接，所述信号延迟模块的信号输出端与自适应滤波器模块的信号输入端连接。当预处理单元输出信号的幅值或频率产生变化时，信号延迟模块起到延时输出功能，否则禁止延时功能，以保证自适应滤波器模块具有足够的适应时间。
作为本发明的一种优选方式，所述信号模拟电路包括电压信号模拟电路和电流信号模拟电路，电压信号模拟电路和电流信号模拟电路的信号输入端分别与所述自适应滤波器模块的信号输出端连接，电压信号模拟电路的信号输出端与所述电压信号恢复电路的信号输入端连接，而电流信号模拟电路的信号输出端则与电流信号恢复电路的信号输入端连接。
作为本发明的一种推荐实施方式，所述主处理单元在FPGA处理器上配置实现。FPGA是现场可编程门阵列的英文缩写，FPGA处理器是一种半定制电路。
本发明所述的自适应滤波器模块采用自适应带通滤波器。
与现有技术相比，本发明具有如下显著的技术效果：
本发明能够防止被检设备输出随机大信号损害标准设备，并且不影响标准设备判断被检设备合格与否的结果，可广泛应用于保护电力设备免受大信号冲击的领域。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例中被检设备输出的随机大信号；
图2本发明的组成框图；
图3是主处理单元的工作流程框图。
具体实施方式
如图2、3所示，是本发明一种消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，包括：
信号预处理单元，用于对被检设备输出的电压或电流信号进行无损衰减变换，并进行有效采样后输出预处理信号；
主处理单元，用于计算预处理信号的幅值和频率，根据计算结果更新工作参数并滤波以滤除被检设备输出的随机大信号；
信号恢复单元，用于还原滤波后的预处理信号，使其幅值和频率恢复至被检设备输出的电压或者电流信号的幅值和频率；
信号预处理单元的信号输入端用于连接被检设备的电压输出端口或电流输出端口，信号预处理单元的信号输出端与主处理单元的信号输入端相连，主处理单元的信号输出端与信号恢复单元的信号输入端相连，信号恢复单元的信号输出端用于连接标准设备的电压输入端口或电流输入端口。
在本实施例中，信号预处理单元包括用于电压无损衰减的电压互感电路、用于电流无损衰减的电流互感电路、用于将电流转换为电压的电流转换电路和用于电信号高速采样的信号采样电路，其中，电压互感电路的信号输入端用于与被检设备的电压输出端口连接，电压互感电路的信号输出端与信号采样电路的信号输入端连接；电流互感电路的信号输入端用于与被检设备的电流输出端口连接，电流互感电路的信号输出端与电流转换电路的信号输入端连接；电流转换电路的信号输出端与信号采样电路的信号输入端连接，信号采样电路的信号输出端即为信号预处理单元的信号输出端。
主处理单元包括用于信号幅值和频率计算的信号幅值和频率计算模块、用于信号智能滤波的自适应滤波器模块、用于信号延迟的信号延迟模块，信号幅值和频率计算模块能对含有随机瞬时大信号的被检设备输出信号的幅值和频率进行准确计算。其中，信号幅值和频率计算模块的信号输入端与信号采样电路的信号输出端连接，信号幅值和频率计算模块的信号输出端与自适应滤波器模块的信号输入端连接，自适应滤波器模块的信号输出端即为主处理单元的信号输出端；信号延迟模块的信号输入端与信号采样电路的信号输出端连接，信号延迟模块的信号输出端与自适应滤波器模块的信号输入端连接，当预处理单元输出信号的幅值或频率产生变化时，信号延迟模块能够智能感知信号幅值或频率变化，并实现延时输出，否则禁止延时功能，以保证自适应滤波器模块具有足够的适应时间。在本实施例中，自适应滤波器模块采用自适应带通滤波器，能够根据信号的幅值和频率更新其自身参数，实现只滤除随机大信号而保留被检设备的正常输出信号。主处理单元在FPGA处理器上配置实现。
如图3所示，被检设备的输出信号一旦发生变化，都会引起滤波器的参数调整，变化后的信号会被延迟到达滤波器；在延迟时间段内，滤波器将完成参数调整，不会放过任何随机大信号，同时保留被检设备的正常输出信号。
信号恢复单元包括用于信号模拟化的信号模拟化电路、用于恢复电压信号幅值和频率的电压信号恢复电路、用于恢复电流信号幅值和频率的电流信号恢复电路，自适应滤波器模块的信号输出端与信号模拟化电路的信号输入端连接，信号模拟化电路的信号输出端分别与电压信号恢复电路、电流信号恢复电路的信号输入端连接，电压信号恢复电路的信号输出端用于与标准设备的电压输入端口连接，而电流信号恢复电路的信号输出端则用于与标准设备的电流输入端口连接。其中，信号模拟电路包括电压信号模拟电路和电流信号模拟电路，电压信号模拟电路和电流信号模拟电路的信号输入端分别与自适应滤波器模块的信号输出端连接，电压信号模拟电路的信号输出端与电压信号恢复电路的信号输入端连接，而电流信号模拟电路的信号输出端则与电流信号恢复电路的信号输入端连接。
信号恢复单元能对经过衰减、数字化和滤波后的电力设备信号进行还原，确保信号的幅值和频率不变，即完全恢复被检设备输出的正常模拟信号，避免影响标准设备判断被检设备是否合格的结果。
如图1所示，在本实施例中，被检设备是一款多功能三相电测量仪表检验装置，采用示波器测试其输出的C相电压，输出75V、50Hz电压信号，该装置的输出信号先衰减为原来的1/500后在输出给示波器；先按照100%输出(图中所示正弦波形)，然后按照0%输出；在此次电压调节过程中，出现了异常随机大信号。该信号不是正常信号，并且幅值较大，如果将其输出给标准设备，很有可能对标准设备产生损害。
使用本发明时，根据被检设备输出电压信号或者电流信号，将本发明的信号输入端连接在被检设备的电压输出端口或者电流输出端口，而本发明的信号输出端连接在标准设备的电压输入端口或电流输入端口。
本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。
Claims (8)
1.一种消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，其特征在于包括：
信号预处理单元，用于对被检设备输出的电压或电流信号进行无损衰减变换，并进行有效采样后输出预处理信号；
主处理单元，用于计算预处理信号的幅值和频率，根据计算结果更新工作参数并滤波以滤除被检设备输出的随机大信号；
信号恢复单元，用于还原滤波后的预处理信号，使其幅值和频率恢复至被检设备输出的电压或者电流信号的幅值和频率；
所述信号预处理单元的信号输入端用于连接被检设备的电压输出端口或电流输出端口，所述信号预处理单元的信号输出端与所述主处理单元的信号输入端相连，所述主处理单元的信号输出端与信号恢复单元的信号输入端相连，所述信号恢复单元的信号输出端用于连接标准设备的电压输入端口或电流输入端口。
2.根据权利要求1所述的消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，其特征在于：所述信号预处理单元包括用于电压无损衰减的电压互感电路、用于电流无损衰减的电流互感电路、用于将电流转换为电压的电流转换电路和用于电信号高速采样的信号采样电路，其中，电压互感电路的信号输入端用于与被检设备的电压输出端口连接，电压互感电路的信号输出端与信号采样电路的信号输入端连接；电流互感电路的信号输入端用于与被检设备的电流输出端口连接，电流互感电路的信号输出端与电流转换电路的信号输入端连接；电流转换电路的信号输出端与信号采样电路的信号输入端连接，信号采样电路的信号输出端即为所述信号预处理单元的信号输出端。
3.根据权利要求2所述的消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，其特征在于：所述主处理单元包括用于信号幅值和频率计算的信号幅值和频率计算模块、用于信号智能滤波的自适应滤波器模块，其中，所述信号幅值和频率计算模块的信号输入端与信号采样电路的信号输出端连接，所述信号幅值和频率计算模块的信号输出端与自适应滤波器模块的信号输入端连接，所述自适应滤波器模块的信号输出端即为所述主处理单元的信号输出端。
4.根据权利要求3所述的消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，其特征在于：所述信号恢复单元包括用于信号模拟化的信号模拟化电路、用于恢复电压信号幅值和频率的电压信号恢复电路、用于恢复电流信号幅值和频率的电流信号恢复电路，所述自适应滤波器模块的信号输出端与信号模拟化电路的信号输入端连接，信号模拟化电路的信号输出端分别与电压信号恢复电路、电流信号恢复电路的信号输入端连接，电压信号恢复电路的信号输出端用于与标准设备的电压输入端口连接，而电流信号恢复电路的信号输出端则用于与标准设备的电流输入端口连接。
5.根据权利要求4所述的消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，其特征在于：所述主处理单元还包括用于信号延迟的信号延迟模块，所述信号延迟模块的信号输入端与信号采样电路的信号输出端连接，所述信号延迟模块的信号输出端与自适应滤波器模块的信号输入端连接。
6.根据权利要求5所述的消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，其特征在于：所述信号模拟化电路包括电压信号模拟电路和电流信号模拟电路，电压信号模拟电路和电流信号模拟电路的信号输入端分别与所述自适应滤波器模块的信号输出端连接，电压信号模拟电路的信号输出端与所述电压信号恢复电路的信号输入端连接，而电流信号模拟电路的信号输出端则与电流信号恢复电路的信号输入端连接。
7.根据权利要求6所述的消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，其特征在于：所述主处理单元在FPGA处理器上配置实现。
8.根据权利要求7所述的消除被检设备输出随机大信号对标准设备损害的保护装置，其特征在于：所述的自适应滤波器模块采用自适应带通滤波器。
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