CN107462771B - 一种基于双施密特触发器的相频采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于双施密特触发器的相频采集装置。本发明包括滤波器、第一施密特触发器、第二施密特触发器、第一分压模块、第二分压模块、微处理器和程序模块。程序模块存储在微处理器上，且程序模块能被所述微处理器执行，执行内容是关于检测信号相频参数的采集算法。本发明在不需要检测信号具体幅值的情况下，能对失真的正弦波检测信号进行检测。同时，由于本发明利用了差分算法，能消除部分的干扰，提高了准确性。

Description

一种基于双施密特触发器的相频采集装置

技术领域

本发明涉及信号频率和信号相位采集领域，更具体地，涉及一种基于双施密特触发器的相频采集装置。

背景技术

新设计和制造的高压电气设备，通过局部放电测量可以及时发现绝缘中的薄弱环节，防止设计与制造工艺上的差错及材料的使用不当。局部放电测试是鉴别产品绝缘或设备运行可靠性的一种重要方法。它能发现耐压试验无法发现的设备缺陷。局部放电测试是当前电力设备预防性试验的重要项目之一。

在局部放电测试中，由于局部放电测试仪的检测点与局部放电测试点距离较远，存在相位不一致，无法核实局部放电测试点相位的问题。现有的做法是通过AD采样后通过单片机数字信号处理和RTC实时时钟芯片截取信号过零点计时的方法来达到获取相位频率的目的。然而,这种方法需要满足检测信号是一个标准的正弦波，否则过0相位获取时可能因为信号的不规整而导致相位频率获取不准确。实际工作中，检测信号可能存在失真的情况，导致计算过0点的时差可能会有偏差，从而过零计时的方法所测频率和相位准确性下降。

发明内容

本发明克服了现有相位频率采集方法对失真的正弦波检测信号的缺陷，提供了一种新的基于双施密特触发器的相频采集装置。本发明通过两路施密特触发器进行相频采集，可以对失真的正弦波检测信号进行采集，而且对于外来的抗干扰性更强，提高了对于检测的准确性。

本发明的技术方案如下：

一种基于双施密特触发器的相频采集装置，相频采集装置对检测信号进行频率采集和相位采集，相频采集装置包括滤波器、第一施密特触发器、第二施密特触发器、第一分压模块、第二分压模块、微处理器和程序模块，其中：

滤波器的输入端作为相频采集装置的输入端，滤波器的输出端与第一施密特触发器的输入端电连接；

滤波器的输出端与第二施密特触发器的输入端电连接；

第一施密特触发器的输出端与第一分压模块的输入端电连接；

第一施密特触发器与微处理器电连接；

第二施密特触发器的输出端与第二分压模块的输入端电连接；

第二施密特触发器与微处理器电连接；

第一分压模块的输出端与微处理器电连接；

第二分压模块的输出端与微处理器电连接；

程序模块存储在微处理器上，且程序模块能被微处理器执行时实现以下步骤：

S1：通过微处理器读取第一施密特触发器或者第二施密特触发器的正触发时间点ta1和负触发时间点tb1，信号的频率f＝1/(2*(ta1-tb1))；

S2：通过微处理器读取第一施密特触发器的触发时间点T1和第二施密特触发器的触发时间点T2，定义第一施密特触发器的触发时间点T1和第二施密特触发器的触发时间点T2为在同一个周期的检测信号中发生的触发时间，两个施密特触发器处于相同触发态的触发时间，得到△t＝T2-T1，其中△t表示两个施密特触发器的触发时间差；

S3：定义第一施密特触发器的正向阈值电压为V1，定义第二施密特触发器的正向阈值电压为V2，定义检测信号的幅值为A，定义第一施密特触发器由信号0点至信号达到正向阈值电压的时间段为t1，定义第二施密特触发器由信号0点至信号达到正向阈值电压的时间段为t2，结合S2，得到：V1＝A*sin(t1)和V2＝A*sin(t2)，结合S2推导得出V2＝A*sin(t1+△t)；

T1和T2是触发器触发时的时间点，和后面定义的t1，t2不同。t1，t2指的是由信号0点至信号达到正向阈值电压的两个触发器时间段，因为过0的时间点无法捕捉，所以公式中的t1和t2无法测量，但是t1和t2的时间差就等于这里的△t＝T2-T1。

S4：通过S3得到即V1*sin(t1+△t)＝V2*sin(t1)；

S5：通过S4得到V1*sin(t1+△t)＝V1*(sint1*cos△t+sin△t*cost1)＝V2*sin(t1)，

令x＝sint1和a＝sin△t，得到和

S6：通过S5得到

S7：通过S6得到通过反三角函数求得t1，结合S1中得到的信号的频率f,计算触发时刻的初始相位。

本发明通过利用两路施密特触发器对检测信号的触发时间差异，结合两路施密特触发器不同的阈值电压，求出施密特触发器从信号0点至信号达到阈值电压的时间，结合利用施密特触发器推导出检测信号的频率，便可以得到检测信号在施密特触发器触发时的相位。本技术方案要求检测信号的幅值大于施密特触发器的阈值电压。

在一种优选的方案中，滤波器是低通滤波器。低通滤波器用于过滤检测信号中的高频干扰信号。

在一种优选的方案中，第一分压模块是比例运算电路。比例运算电路的输入电阻很高，输出电阻很低，能提供较大的放大倍数。

在一种优选的方案中，第二分压模块是比例运算电路。

在一种优选的方案中，微处理器是单片机。单片机的具有成本低，功耗低等特点。

在一种优选的方案中，一种基于双施密特触发器的相频采集装置还包括显示模块、数据存储器和无线通信模块，其连接关系如下：

微处理器与数据存储器电连接；

微处理器与显示模块的输入端电连接；

微处理器与无线通信模块的输入端电连接。

在一种优选的方案中，显示模块是LCD显示屏。

在一种优选的方案中，微处理器将S1中得到的频率和S7中得到的相位传输至LCD显示屏。本操作方便工作人员现场直观地观察检测信号的相频数值。

在一种优选的方案中，微处理器将S1中得到的频率和S7中得到的相位通过发送至数据存储器。本操作将检测信号的相频信息保存至数据存储器，方便以后调取历史数据。

在一种优选的方案中，微处理器将S1中得到的频率和S7中得到的相位通过无线通信模块发送至远端系统。本操作将检测信号的相频信息发送至远端系统，远端系统可以集中收集处理。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

(1)只需要保证检测信号的幅值大于施密特触发器的阈值电压，就可以采集相频，不需要检测信号的具体幅值。

(2)本发明通过时间差计算初相位，适用于失真的正弦波检测信号。

(3)即使检测信号存在干扰，由于两路检测信号的干扰基本是相同的，可利用本发明的查分算法消除干扰，使得检测结果的准确性提高。

附图说明

图1为本发明连接关系结构图。

图2为参数定义示例图。

图3为本发明程序模块流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种基于双施密特触发器的相频采集装置，相频采集装置对检测信号进行频率采集和相位采集，相频采集装置包括低通滤波器、第一施密特触发器、第二施密特触发器、第一比例运算电路、第二比例运算电路、单片机、程序模块、LCD显示屏、数据存储器和无线通信模块，其中：

低通滤波器的输入端作为相频采集装置的输入端，检测信号从低通滤波器的输入端进入相频采集装置，滤波器的输出端与第一施密特触发器的输入端电连接；

低通滤波器的输出端与第二施密特触发器的输入端电连接；

第一施密特触发器的输出端与第一比例运算电路的输入端电连接；

第一施密特触发器与单片机电连接；

第二施密特触发器的输出端与第二比例运算电路的输入端电连接；

第二施密特触发器与单片机电连接；

第一比例运算电路的输出端与单片机电连接；

第二比例运算电路的输出端与单片机电连接；

单片机与数据存储器电连接；

单片机与LCD显示屏的输入端电连接；

单片机与无线通信模块的输入端电连接。

如图3所示，程序模块存储在单片机上，且程序模块能被执行时实现以下步骤：

S1：通过单片机读取其中一路施密特触发器的正负触发时间。

设正触发时间ta1和负触发时间tb1；

S2：根据正负触发时间计算出检测信号的频率。

信号的频率f＝1/(2*(ta1-tb1))；

S3：通过单片机读取两路施密特触发器的正负触发时间。

设第一施密特触发器的触发时间点T1和第二施密特触发器的触发时间点T2，第一施密特触发器的触发时间点T1和第二施密特触发器的触发时间点T2为在同一个周期的检测信号中发生的触发时间。这里，以发生在负触发态的触发时间为实施例，如图2所示。设△t＝T2-T1，其中△t表示两个施密特触发器的触发时间差。

S4：结合两个施密特触发器的正向阈值，利用数学公式进行推导，得到t1。

S4.1：定义第一施密特触发器的正向阈值电压为V1，定义第二施密特触发器的正向阈值电压为V2，定义检测信号的幅值为A，定义第一施密特触发器由信号0点至信号达到正向阈值电压的时间段为t1，定义第二施密特触发器由信号0点至信号达到正向阈值电压的时间段为t2，得到：V1＝A*sin(t1)和V2＝A*sin(t2)，结合S3推导得出V2＝A*sin(t1+△t)；

S4.2：通过S4.1得到即V1*sin(t1+△t)＝V2*sin(t1)；

S4.3：通过S4.2得到V1*sin(t1+△t)＝V1*(sint1*cos△t+sin△t*cost1)＝V2*sin(t1)，

令x＝sint1和a＝sin△t，得到和

S4.4：通过S4.3得到

S4.5：通过S4.4得到

S4.6：通过反三角函数求得t1，

S5：结合信号频率，得到施密特触发器触发时的初相位。

S6：将信号的频率参数和相位参数通过无线通信模块发送至远端系统。

S7：将信号的频率参数和相位参数传输至数据存储器。

S8：将信号的频率参数和相位参数在LCD显示屏上面显示出来。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双施密特触发器的相频采集装置，所述相频采集装置对检测信号进行频率采集和相位采集，其特征如下，所述相频采集装置包括滤波器、第一施密特触发器、第二施密特触发器、第一分压模块、第二分压模块、微处理器和程序模块，其中：

所述滤波器的输入端作为所述相频采集装置的输入端，所述滤波器的输出端与所述第一施密特触发器的输入端电连接；

所述滤波器的输出端与所述第二施密特触发器的输入端电连接；

所述第一施密特触发器的输出端与第一分压模块的输入端电连接；

所述第一施密特触发器与所述微处理器电连接；

所述第二施密特触发器的输出端与第二分压模块的输入端电连接；

所述第二施密特触发器与所述微处理器电连接；

所述第一分压模块的输出端与所述微处理器电连接；

所述第二分压模块的输出端与所述微处理器电连接；

所述程序模块存储在所述微处理器上，且所述程序模块能被所述微处理器执行时实现以下步骤：

S1：通过所述微处理器读取所述第一施密特触发器或者所述第二施密特触发器的正触发时间点ta1和负触发时间点tb1，信号的频率f＝1/(2*(ta1-tb1))；

S2：通过所述微处理器读取所述第一施密特触发器的触发时间点T1和所述第二施密特触发器的触发时间点T2，定义所述第一施密特触发器的触发时间点T1和所述第二施密特触发器的触发时间点T2为在同一个周期的检测信号中发生的触发时间，两个施密特触发器处于相同触发态的触发时间，得到△t＝T2-T1，其中△t表示两个施密特触发器的触发时间差；

S3：定义所述第一施密特触发器的正向阈值电压为V1，定义所述第二施密特触发器的正向阈值电压为V2，定义所述检测信号的幅值为A，定义第一施密特触发器由信号0点至信号达到正向阈值电压的时间段为t1，定义第二施密特触发器由信号0点至信号达到正向阈值电压的时间段为t2，结合S2，得到：V1＝A*sin(t1)和V2＝A*sin(t2)，结合S2推导得出V2＝A*sin(t1+△t)；

S4：通过S3得到即V1*sin(t1+△t)＝V2*sin(t1)；

S5：通过S4得到V1*sin(t1+△t)＝V1*(sint1*cos△t+sin△t*cost1)＝V2*sin(t1)，令x＝sint1和a＝sin△t，得到和

S6：通过S5得到

S7：通过S6得到通过反三角函数求得t1，结合S1中得到的信号的频率f,计算触发时刻的初始相位。

2.根据权利要求1所述的一种基于双施密特触发器的相频采集装置，其特征在于，所述滤波器是低通滤波器。

3.根据权利要求2所述的一种基于双施密特触发器的相频采集装置，其特征在于，所述第一分压模块是比例运算电路。

4.根据权利要求2所述的一种基于双施密特触发器的相频采集装置，其特征在于，所述第二分压模块是比例运算电路。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于双施密特触发器的相频采集装置，其特征在于，所述微处理器是单片机。

6.根据权利要求1所述的一种基于双施密特触发器的相频采集装置，其特征在于，所述一种基于双施密特触发器的相频采集装置还包括显示模块、数据存储器和无线通信模块，其连接关系如下：

所述微处理器与所述数据存储器电连接；

所述微处理器与所述显示模块的输入端电连接；

所述微处理器与所述无线通信模块的输入端电连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于双施密特触发器的相频采集装置，其特征在于，所述显示模块是LCD显示屏。

8.根据权利要求7所述的一种基于双施密特触发器的相频采集装置，其特征在于，所述微处理器将所述S1中得到的频率和所述S7中得到的相位传输至LCD显示屏。

9.根据权利要求6所述的一种基于双施密特触发器的相频采集装置，其特征在于，所述微处理器将所述S1中得到的频率和所述S7中得到的相位通过发送至数据存储器。

10.根据权利要求6所述的一种基于双施密特触发器的相频采集装置，其特征在于，所述微处理器将所述S1中得到的频率和所述S7中得到的相位通过无线通信模块发送至远端系统。