CN108693495B - 一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，通过主控模块控制多路选择器的第一输入通道、第二输入通道和第三输入通道的通道切换，实现大电流输入信号由第一输入通道端口输入通过毫欧级的精密电阻转换为小电压信号，小电流输入信号由第二输入通道端口输入通过常规紧密电阻转换为小电压信号，小电压信号由第三输入通道端口输入，实现了大电流输入信号、小电流输入信号和小电压信号都可以通过本申请的转换器进行自适应转换，能够完成对不同类型模拟量输入信号的采样，转换为相应编码的数字信号，发送至后端的校验仪本体装置，实现直流互感器的闭环校验，解决了目前直流互感器闭环测试需要反复更换转换器的技术问题。

Description

一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器

技术领域

本发明涉及直流互感器技术领域，尤其涉及一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器。

背景技术

直流互感器提供准确可靠的采样测量信息，其运行可靠性和测量准确性直接关系到直流控保系统的运行稳定性及可靠性，是直流输电系统中的重要环节。为保证直流互感器的可靠运行，需要对直流互感器进行投运前试验和周期性定检。在现场运行过程中，由于缺乏相关标准规程和统一完善的现场校验方法及测试装置，直流互感器现场测试一般只能进行直流开环试验，这种测试方法不仅对直流源的稳定性要求极高，而且难以实现试品与直流源的同步测量，试验结果不够准确。目前，基于同源回采比对的闭环校验方法是直流互感器测试技术的研究新方向。

目前直流电子式互感器的现场检测技术包括开环测试和闭环测试两类。开环测试模式：采用高精度直流源输出直流信号，经直流互感器传变后，接入测试仪表，通过人工方式比对直流互感器输出信号与原始直流源输出信号的差异，对直流互感器传变特性进行校验。闭环测试模式：直流源输出标准直流信号，经直流互感器传变后，接入校验仪；同时，由输入转换器同步采集直流标准源输出的模拟量信号，转换为数字信号后经光纤通道也传输至校验仪。由校验仪自动完成直流互感器的闭环回采比对校验。

现有的直流互感器开环测试，直流源输出信号的性能指标及稳定性不能完全满足要求，难以适应各种原理直流互感器的负载特性变化，试验结果不够准确。

目前的直流互感器闭环测试方式，尚未统一转换器的接口及功能。由于测试项目不同(稳态测试和暂态测试)，且直流标准源输出接口不统一(小电压输出、小电流输出、大电流输出等)，现场实际使用的直流互感器检测转换器种类繁多，其对应的采样速率、采样范围、低通滤波回路都有区别，测试过程中可能需要反复更换转换器，测试操作繁琐，降低了测试设备和测试结果的可靠性。

直流互感器闭环校验系统由直流标准源、转换器及校验仪本体三部分组成。转换器采集直流标准源输出的模拟量信号，转换为数字信号后经光纤通道传输至校验仪本体，实现直流互感器的闭环回采比对校验。转换器把标准源模拟信号转换为数字信号，将一次系统与校验系统隔离，提高了现场测试的安全性，转换器的采样特性及运行稳定性是直流互感器校验体系中的重要环节。实际应用中，由于测试内容不同(稳态测试和暂态测试)，且直流标准源接口不统一(小电压输出、小电流输出、大电流输出等)，现场采用的直流互感器检测转换器种类繁多，其对应的采样速率、采样范围、低通滤波回路都有区别，现场测试过程中需要反复更换转换器，测试操作繁琐。研究自适应采样的检测转换器对直流互感器现场检测工作的开展具有重要意义。

转换器把标准源模拟信号转换为数字信号，将一次系统与校验系统隔离，提高了现场测试的安全性。根据现场实际测试项目及采用的直流标准源型号，在使用过程中可能需要反复更换。对于输出小电压信号的稳态直流源，需要采用小电压输入接口的转换器；对于输出小电流信号的稳态直流源，需要采用小电流输入接口的转换器；对于输出大电流信号的暂态阶跃直流源，需要采用暂态转换器。

因此，需要设计出一种能够自动进行接口切换且能够处理小电压信号、小电流信号和大电流信号的转换器，解决目前直流互感器闭环测试需要反复更换转换器的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，用于解决目前直流互感器闭环测试需要反复更换转换器的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，包括：毫欧级精密电阻、常规精密电阻、多路选择器、滤波模块、比例调节模块、AD转换模块、主控模块和光纤收发模块；

转换器的第一输入通道端口通过毫欧级精密电阻连接至多路选择器的输入端，转换器的第二输入通道端口通过常规精密电阻连接至多路选择器的输入端，转换器的第三输入通道端口连接多路选择器的输入端；

多路选择器的输出端、滤波模块、比例调节模块、AD转换模块、主控模块和光纤收发模块依次连接；

主控模块连接多路选择器，用于控制多路选择器的第一输入通道、第二输入通道和第三输入通道的通道切换。

优选地，滤波模块具体为可变滤波模块；

可变滤波模块包括三个串联有第一开关的滤波电路，三个串联有第一开关的滤波电路之间并联；

主控模块连接第一开关，用于通过切换第一开关实现切换滤波电路。

优选地，滤波电路具体为二阶有源低通滤波电路。

优选地，二阶有源低通滤波电路包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第一放大器；

二阶有源低通滤波电路的输入端经过第一电阻连接第一电容的第一端和第二电阻的第一端；

第二电阻的第二端连接第二电容的第一端和第一放大器的正输入端；

第二电容的第二端接地；

第一电容的第二端、第一放大器的负输入端和第一放大器的输出端相连并作为二阶有源低通滤波电路的输出端。

优选地，比例调节模块具体为可变比例调节模块；

可变比例调节模块具体包括三个串联有第二开关的同相比例运算电路，三个串联有第二开关的同相比例运算电路之间并联；

主控模块连接第二开关，用于通过切换第二开关实现切换同相比例运算电路。

优选地，同相比例运算电路包括：第七电阻、第八电阻、第九电阻和第四放大器；

同相比例运算电路的输入端经过第九电阻连接第四放大器的正输入端；

第八电阻的第一端接地，第八电阻的第二端连接第四放大器的负输入端和第七电阻的第一端；

第七电阻的第二端与第四放大器的输出端相连并作为同相比例运算电路的输出端。

优选地，主控模块连接AD转换模块，用于输出数字化采样的发送同步脉冲对AD转换模块的采样周期进行修正；

采样周期修正的计算公式为：

其中，NI为AD转换周期的计数器，i为当前中断序号，NP为发送同步脉冲的计数器，N为每个发送周期内的AD转换次数。

优选地，AD转换模块中AD之间采用多组并发方式的转换控制及数据读取，转换开始同时使能AD转换的繁忙指示信号，当AD转换结束后实时获取相应的采样数据；

AD转换公式为：

其中，S_o为AD转换后输出数字量，V_i为输入电压模拟量，V_max为电压输入范围。

优选地，主控模块在每字节数据发送过程中预读取下一字节数据。

本申请第二方面提供一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的运行方法，基于第一方面的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器进行执行，包括：

主控模块根据当前测试的应用场景，向多路选择器发送选通指令，选择其中一组信号输出至后端；

主控模块通过切换第一开关实现选择实际使用的滤波电路对信号进行滤波；

主控模块通过切换第二开关实现选择实际使用的同相比例运算电路将过滤后的信号调节为统一比例标准的模拟量小电压信号；

主控模块根据检测直流互感器检测要求，改变AD转换的触发信号频率，产生相应的AD转换启动信号，控制AD转换的采样周期，实现将模拟量小电压信号转换为离散数字信号；

主控模块按对应的直流互感器采样协议对数据格式编码且在每字节数据发送过程中预读取下一字节数据；

主控模块控制光纤收发模块将编码后的数字信号发送出去。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，包括：毫欧级精密电阻、常规精密电阻、多路选择器、滤波模块、比例调节模块、AD转换模块、主控模块和光纤收发模块；转换器的第一输入通道端口通过毫欧级精密电阻连接至多路选择器的输入端，转换器的第二输入通道端口通过常规精密电阻连接至多路选择器的输入端，转换器的第三输入通道端口连接多路选择器的输入端；多路选择器的输出端、滤波模块、比例调节模块、AD转换模块、主控模块和光纤收发模块依次连接；主控模块连接多路选择器，用于控制多路选择器的第一输入通道、第二输入通道和第三输入通道的通道切换。本申请通过主控模块控制多路选择器的第一输入通道、第二输入通道和第三输入通道的通道切换，实现大电流输入信号由第一输入通道端口输入通过毫欧级的精密电阻转换为小电压信号，小电流输入信号由第二输入通道端口输入通过常规紧密电阻转换为小电压信号，小电压信号由第三输入通道端口输入，实现了大电流输入信号、小电流输入信号和小电压信号都可以通过本申请的转换器进行自适应转换，能够完成对不同类型模拟量输入信号的采样，转换为相应编码的数字信号，发送至后端的校验仪本体装置，实现直流互感器的闭环校验，解决了目前直流互感器闭环测试需要反复更换转换器的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的一个实施例的电路示意图；

图2为本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的一个实施例中滤波模块的电路图；

图3为本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的一个实施例中比例调节模块的电路图；

图4为本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的运行方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，用于解决目前直流互感器闭环测试需要反复更换转换器的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的一个实施例，包括：毫欧级精密电阻、常规精密电阻、多路选择器、滤波模块、比例调节模块、AD转换模块、主控模块和光纤收发模块；

转换器的第一输入通道端口通过毫欧级精密电阻连接至多路选择器的输入端，转换器的第二输入通道端口通过常规精密电阻连接至多路选择器的输入端，转换器的第三输入通道端口连接多路选择器的输入端；

多路选择器的输出端、滤波模块、比例调节模块、AD转换模块、主控模块和光纤收发模块依次连接；

主控模块连接多路选择器，用于控制多路选择器的第一输入通道、第二输入通道和第三输入通道的通道切换。

本申请通过主控模块控制多路选择器的第一输入通道、第二输入通道和第三输入通道的通道切换，实现大电流输入信号由第一输入通道端口输入通过毫欧级的精密电阻转换为小电压信号，小电流输入信号由第二输入通道端口输入通过常规紧密电阻转换为小电压信号，小电压信号由第三输入通道端口输入，实现了大电流输入信号、小电流输入信号和小电压信号都可以通过本申请的转换器进行自适应转换，能够完成对不同类型模拟量输入信号的采样，转换为相应编码的数字信号，发送至后端的校验仪本体装置，实现直流互感器的闭环校验，解决了目前直流互感器闭环测试需要反复更换转换器的技术问题。

以上是对本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的一个实施例进行详细的描述，以下将对本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的另一个实施例进行详细的描述。

请参阅图1，本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的另一个实施例，包括：毫欧级精密电阻、常规精密电阻、多路选择器、可变滤波模块、可变比例调节模块、AD转换模块、主控模块和光纤收发模块；

转换器的第一输入通道端口通过毫欧级精密电阻连接至多路选择器的输入端，转换器的第二输入通道端口通过常规精密电阻连接至多路选择器的输入端，转换器的第三输入通道端口连接多路选择器的输入端；

多路选择器的输出端、可变滤波模块、可变比例调节模块、AD转换模块、主控模块和光纤收发模块依次连接；

主控模块连接多路选择器，用于控制多路选择器的第一输入通道、第二输入通道和第三输入通道的通道切换。

第一输入通道、第二输入通道和第三输入通道为模拟量输入通道。

大电流输入信号由第一输入通道进入，通过毫欧级的精密电阻转换为小电压信号，输入多路选择器；小电流输入信号由第二输入通道进入，通过常规紧密电阻转换为小电压信号，输入多路选择器；小电压信号由第三输入通道进入，直接输入多路选择器。

多路选择器有3路输入通道和1路输出通道，由主控模块控制通道切换，同一时刻只将1路输入通道的小电压信号输出至后端。

进一步地，请参阅图2，图2为滤波模块的电路图；图2中R1至R6为第一至第六电阻，C1至C6为第一至第六电容，OP1至OP3为第一至第三放大器；S1为三个第一开关；

请参阅图2，可变滤波模块包括三个串联有第一开关的滤波电路，三个串联有第一开关的滤波电路之间并联；

主控模块连接第一开关，用于通过切换第一开关实现切换滤波电路。

进一步地，滤波电路具体为二阶有源低通滤波电路。

进一步地，二阶有源低通滤波电路包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第一放大器；

二阶有源低通滤波电路的输入端经过第一电阻连接第一电容的第一端和第二电阻的第一端；

第二电阻的第二端连接第二电容的第一端和第一放大器的正输入端；

第二电容的第二端接地；

第一电容的第二端、第一放大器的负输入端和第一放大器的输出端相连并作为二阶有源低通滤波电路的输出端。

其余两个二阶有源低通滤波电路与上述的二阶有源低通滤波电路原理一样，此处不再赘述。

滤波回路采用二阶有源低通滤波电路，参数可调，通过改变电阻R1、R2和电容C1、C2的大小，可调整滤波电路输出信号的截止频率，获取对高频干扰信号滤除能力与信号处理延迟时间两者间的平衡点。

主控模块通过切换选择开关，切换不同参数的信号滤波通道，实现滤波回路的特性可变，以适合各种不同的信号滤波参数匹配方案。

进一步地，请参阅图3，图3为比例调节模块的电路图，其中，R7至R15为第七电阻至第十五电阻，OP4至OP6为第四放大器至第六放大器，S2为三个第二开关；

请参阅图3，可变比例调节模块具体包括三个串联有第二开关的同相比例运算电路，三个串联有第二开关的同相比例运算电路之间并联；

主控模块连接第二开关，用于通过切换第二开关实现切换同相比例运算电路。

进一步地，同相比例运算电路包括：第七电阻、第八电阻、第九电阻和第四放大器；

同相比例运算电路的输入端经过第九电阻连接第四放大器的正输入端；

第八电阻的第一端接地，第八电阻的第二端连接第四放大器的负输入端和第七电阻的第一端；

第七电阻的第二端与第四放大器的输出端相连并作为同相比例运算电路的输出端。

其余两个同相比例运算电路与上述的同相比例运算电路原理一样，此处不再赘述。

比例调节回路采用同相比例运算电路，通过调节电阻R7、R8的阻值，可以改变输出信号与输入信号的比例关系，对原始输入小电压信号比例进行调节，以适应外部不同种类的模拟量采样信号。

模块内部预设多组不同参数的电阻元件，实现各种不同比例关系的调节电路，由主控模块控制切换开关选择实际采用的信号比例调节参数，配合不同类型的模拟量输入信号，转换为标准的AD模块转换小电压。

进一步地，主控模块连接AD转换模块，用于输出数字化采样的发送同步脉冲对AD转换模块的采样周期进行修正；

采样周期修正的计算公式为：

其中，NI为AD转换周期的计数器，i为当前中断序号，NP为发送同步脉冲的计数器，N为每个发送周期内的AD转换次数。

采用18位的逐次逼近型模数转换器AD7982，采样率最大1000kSPS，可实现高精度、高采样率的模数转换功能。AD7982采用2.5V单电源供电，内置一个低功耗、高速、18位无失码采样ADC、一个内部转换时钟和一个多功能串行接口端口。在转换信号上升沿，该器件对差分输入引脚之间的电压差进行采样。基准电压由外部提供，并且可以设置为电源电压。该器件的功耗和吞吐速率呈线性变化关系。支持SPI通信方式和菊花链连结模式，并提供一个可选的繁忙指示。

在进行直流电子式互感器检测时，不同型号互感器输出的采样率一般不同，稳态测试与暂态测试的采样率要求也不同，为提高检测精度，需要改变转换器的采样率与待测互感器匹配。采用可变采样率的AD模数转换，主控模块根据检测直流互感器检测要求，改变AD转换的触发信号频率，产生相应的AD转换启动信号，控制AD转换的采样周期。

AD转换中断的最小分辨率由板载晶振确定，通过转换器输出数字化采样的发送同步脉冲调节，每个采样发送周期内包含N个AD转换中断(N由AD采样频率决定)，首个AD转换中断由发送同步脉冲上升沿发起，其余AD转换中断由转换中断计数器控制。在有效误差范围内，将AD转换中断计数器分为若干档位，并从第一个AD转换中断计数开始，对计数器进行一个时钟单位的修正。最少情况下，所有AD转换中断计数器均无需修正；最大情况下，所有计数器均需要修正。保证AD转换周期的变化最大不超过两个时钟单位，计算公式如下：

其中，NI为AD转换周期的计数器，i为当前中断序号，NP为发送同步脉冲的计数器，N为每个发送周期内的AD转换次数。

进一步地，AD转换模块中AD之间采用多组并发方式的转换控制及数据读取，转换开始同时使能AD转换的繁忙指示信号，当AD转换结束后实时获取相应的采样数据；

AD转换公式为：

其中，S_o为AD转换后输出数字量，V_i为输入电压模拟量，V_max为电压输入范围。

为提高AD采样频率，多片AD间不使用菊花链连结采样方式，而采用多组并发方式的转换控制及数据读取，转换开始同时使能AD转换的繁忙指示信号，当AD转换结束后实时获取相应的采样数据。AD转换公式如下：

其中，S_o为AD转换后输出数字量，V_i为输入电压模拟量，V_max为电压输入范围。

AD转换模块可将模拟量小电压信号转换为离散数字信号。

进一步地，主控模块在每字节数据发送过程中预读取下一字节数据。

数据采样后，按对应的直流互感器采样协议对数据格式编码。为降低处理器的消耗，转换后的数据采用采样率可变的高波特率的曼彻斯特编码发送。编码前数据波特率40M/s，最大采样频率下每十个采样点发送一帧数据，最小采样频率时每一个采样点发送一帧数据。

每帧数据内采样点按顺序排列，协议发送过程中附加起始符、采样计数器和CRC校验码，保证高速数据传输的稳定。数据开始发送后，主控模块在每字节数据发送过程中预读取下一字节数据，无需额外的数据读取时间，可最大化提升数据的采样发送频率。

模块采用并行流水线处理技术，通过牺牲处理器资源，换取多个模块的实时并行处理。所有软件模块共享处理器系统时钟，模块与模块间工作独立，并行占用内部硬件资源，实现最小的软件转换延迟。

此外，本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器还包括可充电电源模块。

为实现一次被测设备与二次测试系统的电气隔离，保障测试过程的安全性，转换器宜在待测直流互感器及标准源附近区域就地放置，因此，转换器应具备电池独立供电使用的能力。

在转换器内部安置大容量的可充电电池，使用前将电池充满，测试过程中转换器无需额外电源供电。电池输出电压由装置内部的电源芯片转换为各种规格，满足内部不同芯片回路的工作需求。

电源模块由内置充电电池及线性稳压器组成。

充电电池电压9V，电池容量8000mAh，充满电后可提供转换器持续工作12小时以上。

后端采用AMS1117线性稳压器，将充电电池输出的9V电压转换为1.2V、2.5V、3.3V、5V几组，为转换器内部的各种芯片提供稳定的工作电源。

以上是对本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的另一个实施例进行详细的描述，以下将对本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的运行方法的一个实施例进行详细的描述。

请参阅图4，本申请提供的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的运行方法的一个实施例，基于上述实施例的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器进行执行，包括：

主控模块根据当前测试的应用场景，向多路选择器发送选通指令，选择其中一组信号输出至后端；

主控模块通过切换第一开关实现选择实际使用的滤波电路对信号进行滤波；

主控模块通过切换第二开关实现选择实际使用的同相比例运算电路将过滤后的信号调节为统一比例标准的模拟量小电压信号；

主控模块根据检测直流互感器检测要求，改变AD转换的触发信号频率，产生相应的AD转换启动信号，控制AD转换的采样周期，实现将模拟量小电压信号转换为离散数字信号；

主控模块按对应的直流互感器采样协议对数据格式编码且在每字节数据发送过程中预读取下一字节数据；

主控模块控制光纤收发模块将编码后的数字信号发送出去。

以下将对该运行方法的原理进行描述：一共包括五个步骤；

步骤一：信号输入选择

由于没有完善的测试规范和测试仪器，现阶段直流互感器测试所采用的直流标准源输出信号没有统一标准。实际使用中，直流稳态精度测试时采用的比例器输出有1V、5V等小电压输出方式，也有安级的小电流输出方式，特别在进行暂态阶跃测试时，还需要输入几百安的大电流模拟量，不同等级的电流或电压信号无法直接使用。

为实现对各类模拟量的输入兼容，采用分通道类型转换和多路选择的方法。

首先按将输入通道分为大电流、小电流、小电压三种类型，大电流通道串接毫欧级阻值的精密电阻，当有大电流通入时，采集精密电阻的两端电压作为输出信号；小电流通道串接常规阻值的精密电阻，当有小电流通入时，同样采集其两端电压作为输出信号；小电压通道不做处理，直接输出至后端。

各类通道的输入信号均转换为了小电压信号，并行接入多路选择器，主控模块根据当前测试的应用场景，向多路选择器发送选通指令，选择其中一组信号输出至后端，通过步骤二对原始信号滤波。

步骤二：滤波回路选择

步骤一转换选择后的小电压信号进入步骤二，开始信号滤波。

对于直流互感器的稳态精度测试，可提高滤波电路的滤波能力，获取更好的抗高频干扰能力，提高测试的精度；对于直流互感器的暂态阶跃测试，为保证对原始暂态信号准确传变，可适当降低滤波电路的滤波能力，减少滤波电路的传输延迟，以便后端实现高速的AD采样。

通过改变二阶有源低通滤波电路参数，实现滤波回路切换功能。通过改变相关电阻与电容大小，可调整滤波电路输出信号的截止频率，改变其实际滤波能力。在信号调理回路中预先放置若干不同参数的电阻、电容组合的滤波电路，由主控模块切换实际使用的回路，自动实现滤波效果与应用场景的匹配。滤波后信号送入步骤三，进行模拟量比例调节。

步骤三：比例调节回路选择

步骤二滤除小电压的干扰信号后，通过步骤三调节输出信号大小。

为兼容各类模拟量输入，步骤一转换后输出的小电压没有统一的范围标准，但步骤四AD转换的输入电压范围是固定的，因此需要在AD转换前将转换信号调节为统一比例标准。

比例调节回路采用同相比例运算电路，通过调节相关电阻的阻值参数，可以改变输出信号与输入信号的比例关系。在比例调节回路中放置若干不同组合的电阻元件，主控模块根据应用场景，通过选择开关切换信号的转换电路，按原始输入信号类型自动选择相应的比例调节模块，调理后信号送入步骤四，进行AD转换。

步骤四：可变采样率AD转换

在进行直流电子式互感器检测时，不同型号互感器输出的采样率一般不同，稳态测试与暂态测试的采样率要求也不同，为提高检测精度，需要改变转换器的采样率与待测互感器匹配。采用可变采样率的AD模数转换，主控模块根据检测直流互感器检测要求，改变AD转换的触发信号频率，产生相应的AD转换启动信号，控制AD转换的采样周期。

AD转换中断的最小分辨率由板载晶振确定，通过转换器输出数字化采样的发送同步脉冲调节，每个采样发送周期内包含N个AD转换中断(N由AD采样频率决定)，首个AD转换中断由发送同步脉冲上升沿发起，其余AD转换中断由转换中断计数器控制。在有效误差范围内，将AD转换中断计数器分为若干档位，并从第一个AD转换中断计数开始，对计数器进行一个时钟单位的修正。最少情况下，所有AD转换中断计数器均无需修正；最大情况下，所有计数器均需要修正。保证AD转换周期的变化最大不超过两个时钟单位，计算公式如下：

其中：NI为AD转换周期的计数器，i为当前中断序号，NP为发送同步脉冲的计数器，N为每个发送周期内的AD转换次数；

为提高AD采样频率，多片AD间不使用菊花链连结采样方式，而采用多组并发方式的转换控制及数据读取，转换开始同时使能AD转换的繁忙指示信号，当AD转换结束后实时获取相应的采样数据。AD转换公式如下：

其中：S_o为AD转换后输出数字量，V_i为输入电压模拟量，V_max为电压输入范围；

通过步骤四，将模拟量小电压信号转换为离散数字信号，传输至步骤五处理。

步骤五：数据发送

数据采样后，按对应的直流互感器采样协议对数据格式编码。为降低处理器的消耗，转换后的数据采用采样率可变的高波特率的曼彻斯特编码发送。编码前数据波特率40M/s，最大采样频率下每十个采样点发送一帧数据，最小采样频率时每一个采样点发送一帧数据。

每帧数据内采样点按顺序排列，协议发送过程中附加起始符、采样计数器和CRC校验码，保证高速数据传输的稳定。数据开始发送后，主控模块在每字节数据发送过程中预读取下一字节数据，无需额外的数据读取时间，可最大化提升数据的采样发送频率。

步骤四的AD转换、步骤五的数据编码与数据发送等模块采用并行流水线处理技术，通过牺牲处理器资源，换取多个模块的实时并行处理。所有软件模块共享处理器系统时钟，模块与模块间工作独立，并行占用内部硬件资源，实现最小的软件转换延迟。

通过上述步骤，完成对不同类型模拟量输入信号的采样，转换为相应编码的数字信号，发送至后端的校验仪本体装置，实现直流互感器的闭环校验。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，其特征在于，包括：毫欧级精密电阻、常规精密电阻、多路选择器、滤波模块、比例调节模块、AD转换模块、主控模块和光纤收发模块；

所述转换器的第一输入通道端口通过所述毫欧级精密电阻连接至所述多路选择器的输入端，所述转换器的第二输入通道端口通过所述常规精密电阻连接至所述多路选择器的输入端，所述转换器的第三输入通道端口连接所述多路选择器的输入端；其中，所述转换器的第一输入通道端口输入大电流信号，所述转换器的第二输入通道端口输入小电流信号，所述转换器的第三输入通道端口输入小电压信号；

所述多路选择器的输出端、所述滤波模块、所述比例调节模块、所述AD转换模块、所述主控模块和所述光纤收发模块依次连接；

所述主控模块连接所述多路选择器，用于控制多路选择器的第一输入通道、第二输入通道和第三输入通道的通道切换。

2.根据权利要求1所述的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，其特征在于，所述滤波模块具体为可变滤波模块；

所述可变滤波模块包括三个串联有第一开关的滤波电路，所述三个串联有第一开关的滤波电路之间并联；

所述主控模块连接所述第一开关，用于通过切换所述第一开关实现切换滤波电路。

3.根据权利要求2所述的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，其特征在于，所述滤波电路具体为二阶有源低通滤波电路。

4.根据权利要求3所述的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，其特征在于，所述二阶有源低通滤波电路包括：第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容和第一放大器；

所述二阶有源低通滤波电路的输入端经过所述第一电阻连接所述第一电容的第一端和所述第二电阻的第一端；

所述第二电阻的第二端连接所述第二电容的第一端和所述第一放大器的正输入端；

所述第二电容的第二端接地；

所述第一电容的第二端、所述第一放大器的负输入端和所述第一放大器的输出端相连并作为所述二阶有源低通滤波电路的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，其特征在于，所述比例调节模块具体为可变比例调节模块；

所述可变比例调节模块具体包括三个串联有第二开关的同相比例运算电路，所述三个串联有第二开关的同相比例运算电路之间并联；

所述主控模块连接所述第二开关，用于通过切换所述第二开关实现切换同相比例运算电路。

6.根据权利要求5所述的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，其特征在于，所述同相比例运算电路包括：第七电阻、第八电阻、第九电阻和第四放大器；

所述同相比例运算电路的输入端经过所述第九电阻连接所述第四放大器的正输入端；

所述第八电阻的第一端接地，所述第八电阻的第二端连接所述第四放大器的负输入端和所述第七电阻的第一端；

所述第七电阻的第二端与所述第四放大器的输出端相连并作为同相比例运算电路的输出端。

7.根据权利要求1所述的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，其特征在于，所述主控模块连接所述AD转换模块，用于输出数字化采样的发送同步脉冲对AD转换模块的采样周期进行修正；

所述采样周期修正的计算公式为：

其中，NI为AD转换周期的计数器，i为当前中断序号，NP为发送同步脉冲的计数器，N为每个发送周期内的AD转换次数。

8.根据权利要求1所述的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，其特征在于，所述AD转换模块中AD之间采用多组并发方式的转换控制及数据读取，转换开始同时使能AD转换的繁忙指示信号，当AD转换结束后实时获取相应的采样数据；

AD转换公式为：

其中，S_o为AD转换后输出数字量，V_i为输入电压模拟量，V_max为电压输入范围。

9.根据权利要求1所述的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器，其特征在于，所述主控模块在每字节数据发送过程中预读取下一字节数据。

10.一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器的运行方法，基于如权利要求1至9任一项所述的一种采样自适应的直流电子式互感器检测转换器进行执行，其特征在于，包括：

主控模块根据当前测试的应用场景，向多路选择器发送选通指令，选择其中一组信号输出至后端；

主控模块通过切换第一开关实现选择实际使用的滤波电路对信号进行滤波；

主控模块通过切换第二开关实现选择实际使用的同相比例运算电路将过滤后的信号调节为统一比例标准的模拟量小电压信号；

主控模块根据检测直流互感器检测要求，改变AD转换的触发信号频率，产生相应的AD转换启动信号，控制AD转换的采样周期，实现将模拟量小电压信号转换为离散数字信号；

主控模块按对应的直流互感器采样协议对数据格式编码且在每字节数据发送过程中预读取下一字节数据；

主控模块控制光纤收发模块将编码后的数字信号发送出去。

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