CN107561475A - 高频电流传感器频带量化校验方法、系统以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频电流传感器频带量化校验方法、系统以及装置。所述方法的步骤包括：获取用于测试的脉冲信号，将脉冲信号输入待检测的高频电流传感器中，采集高频电流传感器输出的检测信号，将用于测试的脉冲信号和检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号，根据第一频域幅值信号和第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线；根据频响特性曲线，量化校验高频电流传感器的频带。

Description

高频电流传感器频带量化校验方法、系统以及装置

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种高频电流传感器频带量化校验方法以及一种高频电流传感器频带量化校验系统。

背景技术

电力电缆在城市电网建设中扮演重要角色，设备运行状态直接影响城市电网供电的可靠性，由于电缆制作及安装工艺的限制以及电缆长期运行导致的电缆绝缘性能下降，直接威胁电力电缆的安全稳定运行。局部放电检测是判断电力电缆绝缘性能的重要手段，一般分为停电耐压局放检测和在线局放检测两类，目前电缆局放在线检测传感器主要以高频电流传感器为主。在电力电缆局放在线检测应用中，高频电流传感器性能指标的好坏直接影响电力电缆局放在线检测的结果，传输阻抗小、频带特性差的高频电流传感器容易造成局放故障信号的漏检测，难以发现早期潜在的局部放电故障。对高频电流传感器频响特性的校验可以量化传感器的性能指标，对高频电流传感器的选型提供工程指导。

高频电流传感器的频响特性校验一般采用扫频法完成。但该方法试验操作时间长，效率低，不适合现场校验。

发明内容

基于此，提供一种高频电流传感器频带量化校验方法和系统，解决高频电流传感器频带量化校验时间长，效率低的问题。

一种高频电流传感器频带量化校验方法，所述方法的步骤包括：

获取用于测试的脉冲信号，将所述脉冲信号输入待检测的高频电流传感器中；

采集所述高频电流传感器输出的检测信号；将所述用于测试的脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号；

根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线；根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。

一种高频电流传感器频带量化校验系统，包括：

测试信号输入模块，用于获取用于测试的脉冲信号，将所述脉冲信号输入待检测的高频电流传感器中；

信号转换模块，用于采集所述高频电流传感器输出的检测信号；将所述用于测试的脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号；

校验模块，用于根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线；根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。

一种高频电流传感器频带量化校验装置，包括：控制单元和同轴传输单元；

所述控制单元包括脉冲信号源、信号采集单元以及控制器；

所述同轴传输单元包括同轴电缆和校验模块；

所述同轴电缆和校验模块连接；所述脉冲信号源连接所述同轴电缆的输入端；所述信号采集单元分别连接所述同轴电缆的输出端以及所述校验模块；所述信号采集单元和所述脉冲信号源均连接所述控制器；

所述控制器输出校验指令至所述脉冲信号源，所述脉冲信号源输出脉冲信号，所述脉冲信号从所述同轴电缆的输入端输入，并从所述同轴电缆的输出端输入至所述校验模块，其中，所述校验模块用于夹持待检测高频电流传感器，所述待检测高频电流传感器接收所述脉冲信号，并输出检测信号；所述信号采集单元分别采集所述脉冲信号和所述检测信号，并将所述脉冲信号和所述检测信号转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号；所述控制器根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线，并根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。

上述高频电流传感器频带量化校验方法、系统以及装置，通过获取用于测试的脉冲信号，并将脉冲信号输入待检测的高频电流传感器中；分别采集脉冲信号和高频电流传感器输出的检测信号；将所述脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号；根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线；根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。本发明的上述技术方案，大大简化了高频电流传感器频带量化过程，从而使量化时间缩短，提高量化效率。

附图说明

图1为一实施例中高频电流传感器频带量化校验方法的示意性流程图；

图2为一实施例中高频电流传感器频带量化校验系统的示意性结构图；

图3为一实施例中高频电流传感器频带量化校验装置的示意性结构图；

图4为另一实施例中高频电流传感器频带量化校验装置的示意性结构图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明实施例的技术方案，进行清楚和完整的描述。

图1为一实施例中高频电流传感器频带量化校验方法的示意性流程图，如图1所示，所述方法的步骤包括：

S101，获取用于测试的脉冲信号，将所述脉冲信号输入待检测的高频电流传感器中。

在本步骤中，脉冲信号分为两路，其中的一路输入待检测的高频电流传感器中。

S102，采集所述高频电流传感器输出的检测信号；将所述用于测试的脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号。

在本步骤中，采集步骤S101中另一路的脉冲信号以及高频电流传感器输出的检测信号。并将这两路信号均转换为频域上的幅值信号。

S103，根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线；根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。

在本步骤中，在获取到两路信号频域上的幅值曲线之后，可以得到待检测的高频电流传感器的频响特性曲线，通过分析频响特性曲线，就可以得到待检测的高频电流传感器的频带信息。

在本实施例中，通过获取用于测试的脉冲信号，并将脉冲信号输入待检测的高频电流传感器中；分别采集脉冲信号和高频电流传感器输出的检测信号；将所述脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号；根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线；根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。大大简化了高频电流传感器频带量化过程，从而使量化时间缩短，提高量化效率。

可选的，所述脉冲信号为满足预设幅值和预设时间宽度的陡脉冲信号。陡脉冲在同轴电缆中传播时，即使经过阻抗匹配单元，也不会产生反射回波，因此可以提高本次检测是准确性。

在一实施例中，在步骤S102之前，还可以分别对所述脉冲信号和检测信号进行模数转换。因此，可以通过以下方式将所述用于测试的脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号：分别对模数转换后的脉冲信号和模数转换后的检测信号进行傅里叶变换转换，得到所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号。

在本实施例中，傅里叶变换转换可以将典型信号转为频域幅值信号，便于对信号进行频带分析。

对于S103的步骤，可以通过以下方式根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线：将所述第二频域幅值信号与所述第一频域幅值信号做比值运算，得到高频电流传感器的频响特性曲线。

在本实施例中，第二频域幅值信号与第一频域幅值信号的比值，即为高频电流传感器的频响特性曲线。通过对该频响特性曲线进行分析，即可得到高频电流传感器的频带进行分析。

基于与上述实施例中的高频电流传感器频带量化校验方法相同的思想，本发明还提供高频电流传感器频带量化校验系统，该系统可用于执行上述高频电流传感器频带量化校验方法。为了便于说明，高频电流传感器频带量化校验系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

图2为一实施例中高频电流传感器频带量化校验系统的示意性结构图，如图2所示，所述系统包括：

测试信号输入模块201，用于获取用于测试的脉冲信号，将所述脉冲信号输入待检测的高频电流传感器中。

信号转换模块202，用于采集所述高频电流传感器输出的检测信号；将所述用于测试的脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号。

校验模块203，用于根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线；根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。

可选的，所述脉冲信号为满足预设幅值和预设时间宽度的陡脉冲信号。陡脉冲在同轴电缆中传播时，即时经过阻抗匹配单元，也不会产生反射回波，因此可以提高本次检测是准确性。

在一实施例中，信号转换模块202还用于分别对所述脉冲信号和检测信号进行模数转换，在模式转换之后，信号转换模块202还用于分别对模数转换后的脉冲信号和模数转换后的检测信号进行傅里叶变换转换，得到所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号。

在另一实施例中，校验模块203还用于将所述第二频域幅值信号与所述第一频域幅值信号做比值运算，得到高频电流传感器的频响特性曲线。

基于上述高频电流传感器频带量化校验方法和系统相同的思想，还提供一种高频电流传感器频带量化校验装置，用于实现高频电流传感器频带量化校验方法和系统。

图3为一实施例中高频电流传感器频带量化校验装置的示意性结构图，如图3所示，所述装置包括：控制单元3和同轴传输单元4。其中，控制单元包括脉冲信号源31、信号采集单元32以及控制器33；同轴传输单元4包括同轴电缆41和校验模块42。

同轴电缆41与校验模块42连接。脉冲信号源31连接所述同轴电缆41的输入端；所述信号采集单元32分别连接所述同轴电缆41的输出端以及所述校验模块42；所述信号采集单元32和所述脉冲信号源31均连接所述控制器33。

上述的高频电流传感器频带量化校验装置，在进行校验时，控制器33输出校验指令至所述脉冲信号源31，所述脉冲信号源31输出脉冲信号，所述脉冲信号从所述同轴电缆41的输入端输入，并从同轴电缆41的输出端输入至所述校验模块42，其中，校验模块42用于夹持待检测高频电流传感器421，待检测高频电流传感器421接收脉冲信号，并输出检测信号。信号采集单元32分别采集脉冲信号和检测信号，并将脉冲信号和检测信号转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号，控制器33根据第一频域幅值信号和第二频域幅值信号，得到待检测高频电流传感器421的频响特性曲线，并根据频响特性曲线，量化校验待检测高频电流传感器421的频带。

本实施例的高频电流传感器频带量化校验装置，结构简单，体积小巧，适用于高频电流传感器频响特性的现场校验，并且整个测试过程简单，大大缩短了测试时间，提高校验效率。

在一实施例中，脉冲信号源31为程控脉冲信号源，程控脉冲信号源包括：三极管和储能电容；在所述校验指令的控制下，三极管雪崩击穿控制所述储能电容输出预设幅值和预设时间宽度的陡脉冲信号。上述程控脉冲信号源利用雪崩击穿三极管控制储能电容进行充放电，可选的，可利用PCB电路制作该陡脉冲源，使其体积小，输出的脉冲信号稳定，同时，输出脉冲信号的频带宽度可达40MHz。

在一实施例中，信号采集单元32为FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)脉冲信号采集单元；FPGA脉冲信号采集单元中包括模数转换器；FPGA脉冲信号采集单元采集检测信号以及脉冲信号后，模数转换器将检测信号以及脉冲信号从模拟信号转换为数字信号。本实施例中，采用FPGA作为信号采集单元，可同时对两路信号进行高速采集，可选的，FPGA脉冲信号采集单元还包括DDR3缓存器，DDR3缓存器可存储转换后的数字信号。

可选的，FPGA脉冲信号采集单元中的FPGA芯片采用Xilinx Artix-7系列高性能芯片，模数转换器为AD9613数模转换芯片。

控制器33为DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)控制器；DSP控制器将数字信号形式的脉冲信号以及数字信号形式的检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号；并将第二频域幅值信号和第一频域幅值信号做比值运算，得到高频电流传感器的频响特性曲线。本实施例中，DSP控制器和FPGA脉冲信号采集单元高度配合，完成高频电流传感器的输入脉冲信号和输出检测信号的采集到运算，使测试结构更加准确。

图4为另一实施例中高频电流传感器频带量化校验装置的示意性结构图，如图4所示，高频电流传感器频带量化校验装置还包括阻抗匹配单元5、信号调理单元6和显示单元7。

阻抗匹配单元5与校验模块42连接；信号调理单元5连接在校验模块42和信号采集单元32之间；信号采集单元32采集的脉冲信号经过信号调理单元6调理之后，输入信号采集单元32；显示单元7与所述控制器33连接，用于显示调校结果。本实施例中，由于同轴传输单元4有结构设计阻抗，阻抗匹配单元5为了匹配其阻抗，阻抗大小应匹配同轴传输单元4的结构设计阻抗。例如，同轴传输单元4结构设计阻抗为50欧姆，那么阻抗匹配单元5的阻抗大小为50欧姆，可选的，在PCB电路板上设计阻抗匹配单元5，可采用8个400欧姆大小的贴片电阻在PCB电路板的BNC(Bayonet Nut Connector，卡扣配合型连接器)接头处沿径向分布，从而减少寄生电感对测量结果的影响。优选的，阻抗匹配单元的PCB电路板为圆形。

可选的，高频电流传感器频带量化校验装置还包括屏蔽腔体422，屏蔽腔体422完全覆盖同轴传输单元4，能够很好的屏蔽外界干扰对校验结果的影响。

在另一实施例中，校验模块42可设计为高频电流传感器内导体423和屏蔽腔体422的两层结构，其中，屏蔽腔体422内径和内导体内径的比值D优选为2.3，同时，待检测高频电流传感器421活动安装在内导体423上，输出的检测信号由安装在屏蔽腔体上的BNC法兰424引出。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高频电流传感器频带量化校验方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

获取用于测试的脉冲信号，将所述脉冲信号输入待检测的高频电流传感器中；

采集所述高频电流传感器输出的检测信号；将所述用于测试的脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号；

根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线；根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。

2.根据权利要求1所述的高频电流传感器频带量化校验方法，其特征在于，所述脉冲信号为满足预设幅值和预设时间宽度的陡脉冲信号。

3.根据权利要求1所述的高频电流传感器频带量化校验方法，其特征在于，在将所述用于测试的脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号之前，还包括：

分别对所述脉冲信号和检测信号进行模数转换；

所述将所述用于测试的脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号的步骤，包括：

分别对模数转换后的脉冲信号和模数转换后的检测信号进行傅里叶变换转换，得到所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号。

4.根据权利要求3所述的高频电流传感器频带量化校验方法，其特征在于，根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线的步骤，包括：

将所述第二频域幅值信号与所述第一频域幅值信号做比值运算，得到高频电流传感器的频响特性曲线。

5.一种高频电流传感器频带量化校验系统，其特征在于，包括：

测试信号输入模块，用于获取用于测试的脉冲信号，将所述脉冲信号输入待检测的高频电流传感器中；

信号转换模块，用于采集所述高频电流传感器输出的检测信号；将所述用于测试的脉冲信号和所述检测信号分别转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号；

校验模块，用于根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到高频电流传感器的频响特性曲线；根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。

6.一种高频电流传感器频带量化校验装置，其特征在于，包括：控制单元和同轴传输单元；

所述控制单元包括脉冲信号源、信号采集单元以及控制器；

所述同轴传输单元包括同轴电缆和校验模块；

所述同轴电缆和校验模块连接；所述脉冲信号源连接所述同轴电缆的输入端；所述信号采集单元分别连接所述同轴电缆的输出端以及所述校验模块；所述信号采集单元和所述脉冲信号源均连接所述控制器；

所述控制器输出校验指令至所述脉冲信号源，所述脉冲信号源输出脉冲信号，所述脉冲信号从所述同轴电缆的输入端输入，并从所述同轴电缆的输出端输入至所述校验模块，其中，所述校验模块用于夹持待检测高频电流传感器，所述待检测高频电流传感器接收所述脉冲信号，并输出检测信号；所述信号采集单元分别采集所述脉冲信号和所述检测信号，并将所述脉冲信号和所述检测信号转换为第一频域幅值信号和第二频域幅值信号；所述控制器根据所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号，得到待检测高频电流传感器的频响特性曲线，并根据所述频响特性曲线，量化校验所述高频电流传感器的频带。

7.根据权利要求6所述的高频电流传感器频带量化校验装置，其特征在于，所述脉冲信号源为程控脉冲信号源，所述程控脉冲信号源包括：三极管和储能电容；

在所述校验指令的控制下，三极管雪崩击穿控制所述储能电容输出预设幅值和预设时间宽度的陡脉冲信号。

8.根据权利要求6所述的高频电流传感器频带量化校验装置，其特征在于，所述信号采集单元为FPGA脉冲信号采集单元；

所述FPGA脉冲信号采集单元中包括模数转换器；所述FPGA脉冲信号采集单元采集所述检测信号以及所述脉冲信号后，所述模数转换器将所述检测信号以及所述脉冲信号从模拟信号转换为数字信号。

9.根据权利要求8所述的高频电流传感器频带量化校验装置，其特征在于，所述控制器为DSP控制器；

所述DSP控制器将所述数字信号形式的脉冲信号以及数字信号形式的检测信号分别转换为所述第一频域幅值信号和所述第二频域幅值信号；并将所述第二频域幅值信号和所述第一频域幅值信号做比值运算，得到高频电流传感器的频响特性曲线。

10.根据权利要求6-9任一项所述的高频电流传感器频带量化校验装置，其特征在于，还包括阻抗匹配单元、信号调理单元和显示单元；

所述阻抗匹配单元与所述校验模块连接；

所述信号调理单元连接在所述校验模块和所述信号采集单元之间；所述信号采集单元采集的脉冲信号经过所述信号调理单元调理之后，输入所述信号采集单元；

所述显示单元与所述控制器连接，用于显示校验结果。