CN205404857U - 一种气象仪器漏电流检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种气象仪器漏电流检测系统，包括信号输入模块、电流电压转换电路、前置放大电路、低通滤波电路、后级电压增益电路、AD转换电路、控制模块、显示模块和通信模块，信号输入模块的输入端采集待测气象仪器的漏电流信号，信号输入模块的输出端连接电流电压转换电路的输入端，电流电压转换电路的输出端连接前置放大电路的输入端，前置放大电路的输出端连接低通滤波电路的输入端，低通滤波电路的输出端连接后级电压增益电路的输入端，后级电压增益电路的输出端连接AD转换电路的输入端，控制模块连接AD转换电路的输出端、显示模块和通信模块。本实用新型的测量精度高，性能稳定，且性价比高。
Description
技术领域
本实用新型属于信号检测技术领域，特别涉及了一种气象仪器漏电流检测系统。
背景技术
微电流检测属于微弱信号检测的一个分支，是一门针对噪声的技术，它注重的是如何抑制噪声和提高信噪比。该技术在军事侦察、物理学、化学、电化学、生物医学、天文学、地学、磁学等许多领域具有广泛的应用。国内外在直流低电压检测方面均采用调制解调放大的设计方案。1980年，山东大学研制出了一台低直流电压检测仪器，代表了当时我国直流低电压检测的最高技术水平。该仪器使用调制解调方案来解决直流检测中的问题，通过结型场效应管作为直流调制器件，隔直交流耦合器通过电容来实现，由结型场效应管等分立元件组成仪器的前级低噪声交流放大器。
此外，也有在检测过程中用调制器把微弱的直流信号调制成交流信号，放大后的交流信号经幅度解调、结果转换处理，即可完成对微弱直流信号的精确测量。
目前市场上的直流电流检测装置虽然已经可以测量更低级别的直流电流，其中的重点是直流电流检测模块，气象仪器的漏电流约为微安级甚至更低，要是测量准确，那么直流电流检测装置的精度就必须达到微安级到纳安级的转换。那么现在要解决的问题是微电流检测装置的精度以及造价高的问题。此外，气象仪器大多在室外，所以还要解决电流检测装置抗干扰能力的问题。
实用新型内容
为了解决上述背景技术提出的技术问题，本实用新型旨在提供一种气象仪器漏电流检测系统，其测量精度高，性能稳定，且性价比高。
为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：
一种气象仪器漏电流检测系统，包括信号输入模块、电流电压转换电路、前置放大电路、低通滤波电路、后级电压增益电路、AD转换电路、控制模块、显示模块和通信模块，所述信号输入模块的输入端采集待测气象仪器的漏电流信号，信号输入模块的输出端连接电流电压转换电路的输入端，电流电压转换电路的输出端连接前置放大电路的输入端，前置放大电路的输出端连接低通滤波电路的输入端，低通滤波电路的输出端连接后级电压增益电路的输入端，后级电压增益电路的输出端连接AD转换电路的输入端，所述控制模块连接AD转换电路的输出端、显示模块和通信模块，控制模块控制显示模块显示待测气象仪器的漏电流值，并通过通信模块与气象部门进行数据交互。
基于上述技术方案的优选方案，所述电流电压转换电路包括运算放大器、保护电阻、反馈电阻和第一电容，所述信号输入模块的输出端经保护电阻与运算放大器的负输入端相连，运算放大器的正输入端接地，运算放大器的输入端经反馈电阻与信号输入模块的输出端相连，第一电容与反馈电阻并联，运算放大器的输出端连接前置放大电路的输入端。
基于上述技术方案的优选方案，所述反馈电阻的阻值为100GΩ。
基于上述技术方案的优选方案，所述运算放大器的型号为LMC6042。
基于上述技术方案的优选方案，所述第一电容为陶瓷电容。
基于上述技术方案的优选方案，所述前置放大电路采用OPA128JM差分放大电路。
基于上述技术方案的优选方案，所述低通滤波电路为RC二阶低通窄带滤波器。
基于上述技术方案的优选方案，所述信号输入模块采用聚四氟乙烯接线柱。
基于上述技术方案的优选方案，所述通信模块为GSM通信模块。
采用上述技术方案带来的有益效果：
(1)本实用新型通过电流电压转换电路、前置放大电路、低通滤波器和后级增益放大电路实现了抑制信号噪声和抗干扰的作用，尤其是电流电压转换电路，并没有采用常规的T型反馈网络，而是使用了高阻作为反馈电阻，可以在相同增益下，提高信噪比；
(2)本实用新型增加了GSM通信模块，当气象仪器的漏电流超过正常值的时候，可以通过GSM网络通信将信息及时传递给气象部门，提高维护效率；
(3)因为气象仪器中的漏电流基本都是微安级，虽然目前市场上的一些电流检测的装置能够检测到更微弱的电流，但由于价格过高，不适合用在气象仪器中，本实用新型均采用普通的集成电路模块，价格便宜，性价比高，适于推广。
附图说明
图1是本实用新型的组成框图；
图2是本实用新型中电流电压转换电路示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
如图1所示，一种气象仪器漏电流检测系统，包括信号输入模块、电流电压转换电路、前置放大电路、低通滤波电路、后级电压增益电路、AD转换电路、控制模块、显示模块和通信模块，所述信号输入模块的输入端采集待测气象仪器的漏电流信号，信号输入模块的输出端连接电流电压转换电路的输入端，电流电压转换电路的输出端连接前置放大电路的输入端，前置放大电路的输出端连接低通滤波电路的输入端，低通滤波电路的输出端连接后级电压增益电路的输入端，后级电压增益电路的输出端连接AD转换电路的输入端，所述控制模块连接AD转换电路的输出端、显示模块和通信模块，控制模块控制显示模块显示待测气象仪器的漏电流值，并通过通信模块与气象中心进行数据交互。
如图2所示，本实用新型采用运算放大器搭接的方法实现电流电压转换，若直接用电阻采样的方式得到电压信号，就会在电阻上产生压降，由于电流信号本身就很微弱，所以不采用这样的方式。而采用运算放大器搭接的方式，可以避免了运放输入失调电压和输入偏置电流带来的积分影响。但如果想要获得高精度的放大，对电阻和运放的选取有着严格的要求。电流电压转换电路的噪声电压取决于反馈电阻。由电阻热噪声公式可知，电阻中产生的热噪声热燥主要与温度、电阻值、和带宽三个参数的平方根成比例。而输出电压Vout与输入电流Iin的关系为Vout＝-Iin×Rf。综上所述，在微弱电流检测中，若反馈电阻Rf太小，则无法得到好的信噪比，但如果要减小噪声，则应使反馈电阻阻值尽可能的小。然而电阻的热噪声与电阻阻值的平方根成正比，而输出电压与电阻阻值成正比，所以应使反馈电阻Rf尽可能的大。运算放大器的选型也非常重要，在微弱直流信号检测中，为了提高信号的信噪比，必须提高输入阻抗。为了使电路具有良好的线性，选用低噪声运算放大器LMC6042，它的输入阻抗大于10TΩ，输入偏置电流约为4fA，失调电流2fA，完全符合要求。在反馈电阻两端并联电容，消除高值电阻热噪声对转换电压的影响，提高响应时间。
微弱信号检测是一门专门抑制噪声的技术,其首要任务是提高信噪比。因为只靠放大是不能把微弱信号检测出来的。只有在有效抑制噪声的条件下增大微弱信号的幅度,才能提取出有用信号。因为当电流经过电流电压转换电路后，所得的电压非常微弱，为了得到较好的信号，需要前置放大电路将电压进行放大。对于微弱信号检测仪器或设备,前置放大器是引入噪声的主要部件之一。在多级放大器级联的放大系统中，设各级放大器的噪声系数分别为F1，F2，F3…，Fn，对应的功率增益分别为K1，K2，K3…Kn，则整个系统的总噪声系数为即弗里斯公式。因此，整个检测系统的噪声系数主要取决于前置放大器的噪声系数在前置放大电路中，所以在前置放大电路中，运放的选取也极为重要，结型场效应管的主要噪声是沟道热噪声和栅极感应噪声，而栅源结的热噪声和噪声作用不大，所以结型场效应管的白噪声要低于三极管的，低频段的噪声更是远远低于三极管的。因此采用其输入级是由结型场效应管组成的差分放大电路的OPA128JM。而后级电压增益电路中的运放从噪声及成本方面考虑，则可采用一般的运放。
低通滤波电路用来消除电路中的高频噪声及其干扰。本实用新型采用RC二阶低通窄带滤波器，在信号接入低通滤波器后，电压信号可能会有所降低，因此将滤波器的输出端连接后级电压增益电路，保证电压的输出。
控制模块连接着显示模块以及GSM通信模块，当控制模块采集到AD转换电路输出的数字信号后，就会通过显示模块将检测到的漏电流信号值通过显示模块显示。若采集到的信号值超过了所规定的范围，则说明采集到的漏电流过大，说明气象仪器存在问题，控制模块就会将报警信息通过GSM通信模块传送给气象部门，有利于气象部门及时采取措施。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
Claims (9)
1.一种气象仪器漏电流检测系统，其特征在于：包括信号输入模块、电流电压转换电路、前置放大电路、低通滤波电路、后级电压增益电路、AD转换电路、控制模块、显示模块和通信模块，所述信号输入模块的输入端采集待测气象仪器的漏电流信号，信号输入模块的输出端连接电流电压转换电路的输入端，电流电压转换电路的输出端连接前置放大电路的输入端，前置放大电路的输出端连接低通滤波电路的输入端，低通滤波电路的输出端连接后级电压增益电路的输入端，后级电压增益电路的输出端连接AD转换电路的输入端，所述控制模块连接AD转换电路的输出端、显示模块和通信模块，控制模块控制显示模块显示待测气象仪器的漏电流值，并通过通信模块与气象部门进行数据交互。
2.根据权利要求1所述一种气象仪器漏电流检测系统，其特征在于：所述电流电压转换电路包括运算放大器、保护电阻、反馈电阻和第一电容，所述信号输入模块的输出端经保护电阻与运算放大器的负输入端相连，运算放大器的正输入端接地，运算放大器的输入端经反馈电阻与信号输入模块的输出端相连，第一电容与反馈电阻并联，运算放大器的输出端连接前置放大电路的输入端。
3.根据权利要求2所述一种气象仪器漏电流检测系统，其特征在于：所述反馈电阻的阻值为100GΩ。
4.根据权利要求2所述一种气象仪器漏电流检测系统，其特征在于：所述运算放大器的型号为LMC6042。
5.根据权利要求2所述一种气象仪器漏电流检测系统，其特征在于：所述第一电容为陶瓷电容。
6.根据权利要求1所述一种气象仪器漏电流检测系统，其特征在于：所述前置放大电路采用OPA128JM差分放大电路。
7.根据权利要求1所述一种气象仪器漏电流检测系统，其特征在于：所述低通滤波电路为RC二阶低通窄带滤波器。
8.根据权利要求1所述一种气象仪器漏电流检测系统，其特征在于：所述信号输入模块采用聚四氟乙烯接线柱。
9.根据权利要求1所述一种气象仪器漏电流检测系统，其特征在于：所述通信模块为GSM通信模块。
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