CN114629458A - 一种较低频信号中微弱中高频信号提取电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种较低频信号中微弱中高频信号提取电路，包括高端输入匹配网络、高通滤波电路、保护电路和电流差分放大电路。高端输入匹配网络的输入端连接高端信号的输入，输出端连接高通滤波电路；高通滤波电路的输出端连接保护电路；保护电路用于克服失去直流分量或干扰造成的电平波动，其输出端连接电流差分放大电路；电流差分放大电路用于对处理后的中高频信号进行放大，电流差分放大电路的输出端为整个电路的输入。本发明对高端信号进行处理，即输入信号Vin+和Vin‑与差分放大器不共用地端，从而可以大大地减少工频等低频强信号的干扰，以达到更好的滤波效果；此外，本发明除差分放大器外均采用被动器件搭建，结构简单，成本低，稳定性好等特点。

Description

一种较低频信号中微弱中高频信号提取电路

技术领域

本发明属于模拟电路设计与微弱中高频提取电路设计领域，涉及一种电力变压器绕组变形检测相关技术，尤其是一种较低频信号中微弱中高频信号提取电路。

背景技术

对于基于频率响应法的变压器绕组变形检测中，在对变压器响应信号进行准确提取方面存在很大的难题。主要原因就是检测现场有强烈的电磁干扰，从而导致微弱的响应信号上叠加了高强度噪声，极大影响了微弱故障信号的检测。

目前在对变压器绕组响应信号提取方面，更多的是采用有源滤波器加电压放大器的方案，或者数字滤波器等方法。其中有源滤波器有滤波精度高、滤波范围广和响应速度快等优点，但是其缺点就是会引入电源噪声，由于变压器绕组的响应信号仅仅有十几或者几十毫伏，加上检测环境有复杂的电磁干扰，有源滤波无法准确有效的对响应信号进行提取。而数字滤波器的优点是电路简单、高可靠性、可改变特性或服用，便于集成等；缺点就是对于强噪声背景下对微弱信号的提取算法复杂，芯片资源消耗量大，成本太大。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种较低频信号中微弱中高频信号提取电路。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种较低频信号中微弱中高频信号提取电路，包括：

高端输入匹配网络，所述高端输入匹配网络的输入端连接高端信号的输入，输出端连接高通滤波电路；

高通滤波电路，所述高通滤波电路的输出端连接保护电路；

保护电路，所述保护电路用于克服失去直流分量或干扰造成的电平波动，其输出端连接电流差分放大电路；

电流差分放大电路，所述电流差分放大电路用于对处理后的中高频信号进行放大，电流差分放大电路的输出端为整个电路的输入。

本发明进一步的改进在于：

所述高端输入匹配网络包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1与电阻R2并联在高端信号输入的两端。

所述电阻R1和电阻R2的阻值为200Ω。

所述高通滤波电路为3dB截止频率为1kHz的巴特沃斯高通滤波电路，滤波器的阶数n＝4。

所述高通滤波电路包括串联的电容C1和电阻R3，电容C1的输入端连接高端信号输入Vin+；电阻R3分别连接电容C2的与电感L1的一侧，电容C2的另一侧分别连接电感L2和电阻R4的一侧；电感L1、电感L2和电阻R4的另一侧均与高端信号输入Vin-相连。

所述保护电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极均与电容C2相连，二极管D1的阳极与二极管D2的阴极均与高端信号输入Vin-相连。

所述电流差分放大电路包括差分放大器，所述差分放大器的正向输入端NI+通过电阻RS与二极管D2的阳极相连，反向输入端NI-分别连接电阻R6和电阻R7的一端，电阻R6的另一端连接二极管D2的阴极；电阻R7的另一端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地；差分放大器的输出端为整个电路的输出Vout。

所述电阻R7的另一端还连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接至差分放大器的输出端上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明属于模拟电路设计与微弱中高频提取电路设计领域，具体涉及电力变压器绕组变形检测相关技术。本发明主要特点是对高端信号进行处理，即输入信号Vin+和Vin-与差分放大器不共用地端，从而可以大大地减少工频等低频强信号的干扰，以达到更好的滤波效果；此外，本发明除差分放大器外均采用被动器件搭建，结构简单，成本低，稳定性好等特点。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的电路原理图。

图2为高通滤波电路部分的频率响应图。

图3为含噪信号处理前后信号波形示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明实施例公开了一种较低频信号中微弱中高频信号提取电路，适用于对工频信号中的1KHz以上微弱信号的高端电流采样。本发明电路结构包括：高端信号输入匹配网络R1和R2、截止频率为1KHz的高通滤波电路，D1和D2组成的保护电路以及1个电流差分放大电路。其中输入为待处理高端信号Vin+、Vin-，输出为电流差分放大器输出Vout。

本发明适用于对工频信号中的1KHz以上微弱信号的高端电流采样。本发明电路结构包括：高端信号输入匹配网络、截止频率为1KHz的高通滤波电路，D1和D2组成的保护电路以及电流差分放大电路。其中输入为待处理高端信号Vin+、Vin-，输出为电流差分放大器输出Vout。

高端信号输入匹配网络包括电阻R1和电阻R2，电阻R1和电阻R2并联在高端信号输入的两端，且阻值均为200Ω，以达到高端信号中微弱中高频信号均能传递至差分放大器的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提升能源效益。高通滤波电路采用3dB截至频率ω_c＝1kHz的巴特沃斯高通滤波电路，滤波器的阶数n＝4，其通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有波纹，而在阻频带则逐渐下降为零。保护电路由二极管D1和二极管D2组成，二极管D1和二极管D2首尾相接并联在滤波电路的下一级，以克服由于失去直流分量或干扰等原因而造成的电平波动，从而起到保护电路的作用。电流差分放大电路接在保护电路的下一级，主要对处理以后微弱中高频信号进行放大，最后放大器的输出Vout作为整个电路的输出。

如图2所示，该滤波电路的通带截至频率为1kHz，并且通频带内的频率响应曲线十分平坦，没有纹波，对信号几乎没有任何衰减。阻频带内信号则逐渐衰减至0，对工频信号及其高次谐波有很好的抑制作用。

如图3所示，原始信号中含有强烈的工频信号，其峰值电压电压超过了10V，同时伴有高次谐波，而有用信号幅值仅有0.1V左右，经过本提取电路处理之后，可以很好地从原始信号中提取该信号。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种较低频信号中微弱中高频信号提取电路，其特征在于，包括：

高端输入匹配网络，所述高端输入匹配网络的输入端连接高端信号的输入，输出端连接高通滤波电路；

高通滤波电路，所述高通滤波电路的输出端连接保护电路；

保护电路，所述保护电路用于克服失去直流分量或干扰造成的电平波动，其输出端连接电流差分放大电路；

电流差分放大电路，所述电流差分放大电路用于对处理后的中高频信号进行放大，电流差分放大电路的输出端为整个电路的输入。

2.根据权利要求1所述的较低频信号中微弱中高频信号提取电路，其特征在于，所述高端输入匹配网络包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1与电阻R2并联在高端信号输入的两端。

3.根据权利要求2所述的较低频信号中微弱中高频信号提取电路，其特征在于，所述电阻R1和电阻R2的阻值为200Ω。

4.根据权利要求1所述的较低频信号中微弱中高频信号提取电路，其特征在于，所述高通滤波电路为3dB截止频率为1kHz的巴特沃斯高通滤波电路，滤波器的阶数n＝4。

5.根据权利要求1或4所述的较低频信号中微弱中高频信号提取电路，其特征在于，所述高通滤波电路包括串联的电容C1和电阻R3，电容C1的输入端连接高端信号输入Vin+；电阻R3分别连接电容C2的与电感L1的一侧，电容C2的另一侧分别连接电感L2和电阻R4的一侧；电感L1、电感L2和电阻R4的另一侧均与高端信号输入Vin-相连。

6.根据权利要求5所述的较低频信号中微弱中高频信号提取电路，其特征在于，所述保护电路包括二极管D1和二极管D2，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极均与电容C2相连，二极管D1的阳极与二极管D2的阴极均与高端信号输入Vin-相连。

7.根据权利要求6所述的较低频信号中微弱中高频信号提取电路，其特征在于，所述电流差分放大电路包括差分放大器，所述差分放大器的正向输入端NI+通过电阻RS与二极管D2的阳极相连，反向输入端NI-分别连接电阻R6和电阻R7的一端，电阻R6的另一端连接二极管D2的阴极；电阻R7的另一端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地；差分放大器的输出端为整个电路的输出Vout。

8.根据权利要求7所述的较低频信号中微弱中高频信号提取电路，其特征在于，所述电阻R7的另一端还连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接至差分放大器的输出端上。

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