CN103852716A

CN103852716A - 具有高精度大存储量的断路器机械特性检测方法

Info

Publication number: CN103852716A
Application number: CN201210498206.2A
Authority: CN
Inventors: 刘爱民; 杨艳辉; 杨壮壮; 张阳
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明涉及电路检测装置和输变电设备技术领域，特别是涉及一种高精度便携性的高压断路器机械特性检测方法，用于高压断路器机械特性的检测，为高压断路器工作状况优良评估提供数据依据。其特征在于：该方法以实现对断路器行程、振动信号、脱扣器线圈电压电流信号的采集和处理；经过检测，通过以AD7665模数转换芯片为核心，设计了精确的外围工作电路，实现了对断路器机械特性模拟信号的高精度的转换。通过对SD卡的设计，实现了对处理信号的大容量存储，增加了装置的灵活性。

Description

具有高精度大存储量的断路器机械特性检测方法

技术领域

本发明涉及电路检测装置和输变电设备技术领域，特别是涉及一种高精度便携性的高压断路器机械特性检测方法，用于高压断路器机械特性的检测，为高压断路器工作状况优良评估提供数据依据。

背景技术

目前高压断路器机械特性检测装置普遍存在对信号的处理效率和精度不够，得到的波形出现失真的情况，致使对断路器机械特性状况不能做出正确的评估。鉴于目前断路器的检测装置普遍还局限于单板集成结构的设计，会因某个器件的损坏影响到整个装置的工作，降低了检测装置的便携性和灵活性。同时断路器的机械特性检测装置缺少对处理信号的存储。

发明内容

针对现有断路器机械特性的检测状况，本发明提出一种具有高精度便携性的高压断路器机械特性检测装置提高对断路器机械特性检测的精度、设计了对处理后信号的存储单元、增加了检测装置的便携性和灵活性。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具有高精度大存储量的断路器机械特性检测方法，其特征在于：该方法以实现对断路器行程、振动信号、脱扣器线圈电压电流信号的采集和处理；在信号采集模块，行程信号采用DHWDJ-1736F角位移传感器采集，该传感器线性度为1%，能高精确的测量到行程信号；电压电流信号采集分别采用霍尔电流传感器CHB-25NP、CHB-100P和霍尔电压传感器CHV-25P，他们是基于闭环霍尔磁补偿原理，精度达到，响应时间小于

和极好的线性度，能准确测量电压电流信号；通过这三个传感器分别实现对行程、脱扣器线圈电压电流信号的采集；信号放大电路模块采用由OPA177和INA105构成的放大电路；OPA177是精密双极性运算放大器，失调电压小于

，温漂为

以及非常低的静态电流和噪声故可以极大降低温漂和误差，INA105是一个低噪声单片机微分运算放大器，两者的配合使用实现对信号放大的同时也保证信号的精度。在模数转换模块使用以AD7665为转换核心芯片，配合ADR421、AD8031、AD8021、D触发器74HC74芯片实现由模拟信号向数字信号的转换。信号转换成数字信号后，输入DSP TMS320F28335芯片中进行处理运算；TMS320F28335通过控制CH376芯片，实现对SD卡对处理数据的存储；为了实现下位机和上位机之间的通讯，该发明使用的是RS-485通讯模块，RS-485通讯采用平衡发送和差分接收，能抑制共模干扰信号，传输信号能实现远距离输入；通过以ZW32A(G)-12/T630-20永磁机构真空断路器为试验对象进行检测，实现了对断路器机械特性信号高精度采集和处理，并实现了对处理后数据的大容量存储。

优点效果：本发明通过以真空断路器ZW32A(G)-12/T630-20为实验对象，测定真空断路器ZW32A(G)-12/T630-20在离线状态下的机械特性曲线对装置的工作特性进行检测。经过检测，通过以AD7665模数转换芯片为核心，设计了精确的外围工作电路，实现了对断路器机械特性模拟信号的高精度的转换。通过对SD卡的设计，实现了对处理信号的大容量存储，增加了装置的灵活性。

附图说明：图1为本发明以AD7665为核心的模数转换模块电路图；

图2为本发明断路器行程信号的示波器采样波形图和AD采集波形图；

图3为本发明断路器脱口线圈分闸时电流的示波器采样波形图和AD采集波形图；

图4为本发明存储单元模块电路图；

图5为本发明上位机绘制的行程信号波形图和下位机所接受的行程信号波形图。

具体实施方式：

本发明包括信号采集、信号放大电路、模数转换电路、数字信号处理器、数据存储单元、USB通信六个单元。

对于组成该系统的几大模块，在设计时全部采用功能模块化，使各个电路板的功能独立便于硬件电路的调试，也增加装置工作的便携性、灵活性。

模数转换的精度和速度对检测装置的效率会产生严重影响，为此，本发明选用的是具有16位的高速采样的ADC转换芯片，用ADR421、AD8031、AD8021以及外接的电阻和电容共同构成了AD7665的基本转换电路。ADR421利用温度漂移曲率校正专利技术和XFET技术，能够使电压随温度变化的非线性度降至最小，具有低噪声高精度的特性，利用它的特性，为AD7665芯片的正常工作提供一个稳定的基准电压值。在此电路中是利用ADR421提供一个精密稳定的+2.5V的基准电压。AD8021具有低压噪声和低电流噪声（其典型值分别为2.1 nV/Hz和2.1 pA/Hz）的特点，是一种高速、高性能的电压反馈器。AD8031是一款具有高速特性的电压反馈型放大器，小信号宽带达到80MHz,压摆率为

，建立时间为125ns。因此，在设计时选用AD8021、AD8031作为电压跟随器，对输入AD7665芯片的信号进行缓冲，隔离，大大降低了电压波动对采样信号的影响。在AD转换中，时序问题直接决定了AD转换的成功与否。信号控制AD7665转换的开始，要求有良好的边缘性和很小的抖动，故在电路设计时专门利用D触发器74HC74来产生

的信号。下表是通过示波器和经过AD转换后测得的行程信号数据：

表1 实际数值和测量数值

通过表可以得出，真实值与测量值之间的误差最大为1.46%，满足试验要求。

在对断路器进行机械特性检测过程中，会有大量的数据需要进行存储，因此在该发明中设计了以SD卡为存储器件的数据存储单元并使存储空间达到1G。SD卡有SD和SPI两种操作模式，SD模式使用并行数据总线，传输速度快；SPI虽然传输速度慢但简单易用兼容性好，又由于本装置用到的控制器DSP自带SPI模块，故采用SPI总线模式读取SD卡内的数据。为了方便上位机访问存储器中的数据，在设计时选择了FAT16作为SD卡的文件系统。这样系统采样得到的数据信息以文件的形式保存在SD卡内。根据SD卡内文件系统分配方式，以及SD卡工作在SPI模式下的特点，设计了DSP与SD卡的接口电路。同过该电路，在实现SD卡与DSP以SPI模式的通讯。DSP通过控制CH376即可操作SD卡在FAT16规范下文件形式的数据存取。

本发明实现的是对断路器行程、振动信号、脱扣器线圈电压电流信号的采集和处理。并以ZW32A(G)-12/T630-20永磁机构真空断路器为对象进行测试。在信号采集模块，行程信号采用DHWDJ-1736F角位移传感器采集，该传感器线性度为1%，能高精确的测量到行程信号；电压电流信号采集分别采用霍尔电流传感器CHB-25NP、CHB-100P和霍尔电压传感器CHV-25P，他们是基于闭环霍尔磁补偿原理，精度达到

，响应时间小于

和极好的线性度，能准确测量电压电流信号。通过这三个传感器分别实现对行程、脱扣器线圈电压电流信号的采集。信号放大电路模块采用由OPA177和INA105构成的放大电路。OPA177是精密双极性运算放大器，失调电压小于

，温漂为

以及非常低的静态电流和噪声故可以极大降低温漂和误差，INA105是一个低噪声单片机微分运算放大器，两者的配合使用实现对信号放大的同时也保证信号的精度。在模数转换模块使用以AD7665为转换核心芯片，配合ADR421、AD8031、AD8021、D触发器74HC74芯片实现由模拟信号向数字信号的转换。信号转换成数字信号后，输入DSP TMS320F28335芯片中进行处理运算。TMS320F28335通过控制CH376芯片，实现对SD卡对处理数据的存储。为了实现下位机和上位机之间的通讯，该发明使用的是RS-485通讯模块，RS-485通讯采用平衡发送和差分接收，能抑制共模干扰信号，传输信号能实现远距离输入。通过以ZW32A(G)-12/T630-20永磁机构真空断路器为试验对象进行检测，该装置实现了对断路器机械特性信号高精度采集和处理，并实现了对处理后数据的大容量存储。

Claims

1.一种具有高精度大存储量的断路器机械特性检测方法，其特征在于：该方法以实现对断路器行程、振动信号、脱扣器线圈电压电流信号的采集和处理；在信号采集模块，行程信号采用DHWDJ-1736F角位移传感器采集，该传感器线性度为1%，能高精确的测量到行程信号；电压电流信号采集分别采用霍尔电流传感器CHB-25NP、CHB-100P和霍尔电压传感器CHV-25P，他们是基于闭环霍尔磁补偿原理，精度达到

Figure 2012104982062100001DEST_PATH_IMAGE002

，响应时间小于

Figure 2012104982062100001DEST_PATH_IMAGE004

Figure 2012104982062100001DEST_PATH_IMAGE006

，温漂为

Figure 2012104982062100001DEST_PATH_IMAGE008

以及非常低的静态电流和噪声故可以极大降低温漂和误差，INA105是一个低噪声单片机微分运算放大器，两者的配合使用实现对信号放大的同时也保证信号的精度。

2.在模数转换模块使用以AD7665为转换核心芯片，配合ADR421、AD8031、AD8021、D触发器74HC74芯片实现由模拟信号向数字信号的转换。

3.信号转换成数字信号后，输入DSP TMS320F28335芯片中进行处理运算；TMS320F28335通过控制CH376芯片，实现对SD卡对处理数据的存储；为了实现下位机和上位机之间的通讯，该发明使用的是RS-485通讯模块，RS-485通讯采用平衡发送和差分接收，能抑制共模干扰信号，传输信号能实现远距离输入；通过以ZW32A(G)-12/T630-20永磁机构真空断路器为试验对象进行检测，实现了对断路器机械特性信号高精度采集和处理，并实现了对处理后数据的大容量存储。