CN208060600U - 一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，电路包括第一电压跟随器、积分器、第二电压跟随器、通道选择电路和隔离电源，第一电压跟随器、积分器和第二电压跟随器依次连接，隔离电源分别连接第一电压跟随器、积分器和第二电压跟随器。通道选择电路包括第一放大器和4条通道电路，每条通道电路一端连接第一放大器负极输入端，另一端经过模拟多路复用器输出至第一放大器输出端，第一放大器负极输入端连接第二电压跟随器输出端。与现有技术相比，本实用新型具有多档位测量，有效提高100KA量程内的测量准确度，以及采用隔离电源，抗干扰能力强，测量精度高等优点。

Description

一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路

技术领域

本实用新型涉及罗氏线圈应用领域，尤其是涉及一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路。

背景技术

罗氏线圈是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈，把线圈套入通电导体，其输出信号是电流对时间的微分，通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，还原输入电流。

积分器是将输入信号进行积分运算的电路，把集成运算放大器连接成能实现输出电压与输入电压对时间的积分成正比的放大电路。积分器广泛运用于波形变换、延时等环节中，是信号处理的重要单元电路。

在电磁辐射下工作的积分电路，干扰信号叠加在电路各个部分，可以用提高信噪比的方式解决，但提高信噪比将使得信号能测量的范围变小。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，包括第一电压跟随器、积分器、第二电压跟随器、通道选择电路和隔离电源，所述的第一电压跟随器、积分器和第二电压跟随器依次连接，所述的隔离电源分别连接第一电压跟随器、积分器和第二电压跟随器。

优选地，所述的通道选择电路包括第一放大器和4条通道电路，所述的每条通道电路一端连接第一放大器负极输入端，另一端经过模拟多路复用器输出至第一放大器输出端，第一放大器负极输入端与第一放大器正极输入端之间通过第一电容连接，第一放大器负极输入端与第一放大器输出端之间通过第二电容连接，第一放大器负极输入端连接第二电压跟随器输出端。

优选地，所述的模拟多路复用器采用MUX509型号4通道模拟多路复用器。

优选地，每条通道电路内均设置电位器。

优选地，所述的隔离电源包括相互连接的电源和电源隔离电路，所述的电源隔离电路包括正电压输出模块和负电压输出模块，所述的正电压输出模块和负电压输出模块均通过DC/DC转换器连接电源，所述的正电压输出模块包括第一三端稳压器，第一三端稳压器的输入端连接DC/DC转换器输出端，第一三端稳压器的两个输出端连接后一条支路经过升压调试电阻后连接至正电压输出端，另一条支路经过升压反馈电阻后接地，所述的负电压输出模块包括第二三端稳压器，第二三端稳压器的两个输入端连接后再连至DC/DC转换器，第二三端稳压器的输出端一条支路经过降压调试电阻后连接至负电压输出端，另一条支路经过降压反馈电阻后接地。

优选地，所述的升压反馈电阻包括依次串联连接的第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述的第一三端稳压器接地端连接于第一反馈电阻和第二反馈电阻之间，所述的第一反馈电阻与第二反馈电阻之间的连接点通过第三电容接地，所述的第一三端稳压器输入端经过第四电容后接地。

优选地，所述的降压反馈电阻包括依次串联连接的第三反馈电阻和第四反馈电阻，所述的第二三端稳压器接地端连接于第三反馈电阻和第四反馈电阻之间，所述的第三反馈电阻和第四反馈电阻之间的连接点通过第五电容接地，所述的第二三端稳压器输入端经过第六电容后接地。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、在传统积分器功能基础上加入四种档位，采用多档位测量方式，有效提高100000A量程内的测量准确度；

2、多档位测量方式中，通道控制采用隔离方式，电源也采用隔离方式，有较强的抗干扰能力；

3、积分器测量电流精度高，响应速度快，并将积分后的信号调制成0～5V真有效值的正弦信号，避免波形杂乱无章，可直接输出给单片机AD采集端口使用。

附图说明

图1为本实用新型电路结构框图；

图2为本实用新型跟随器示意图；

图3为本实用新型积分器示意图；

图4为本实用新型通道选择和调节部分电路示意图；

图5为本实用新型供电部分电路示意图；

图6为本实用新型通道选择芯片示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

实施例

积分器对罗氏线圈输入的信号进行处理，积分器测量电流精度高，响应速度快，其输出信号波形是对电流信号的微分，未经过积分器处理的波形,显得杂乱无章。

本积分器电路首先将输入信号积分，再将积分后的信号调制成0-5V真有效值的正弦信号，在保留传统积分器功能的情况下，加入四种档位以保证从0A-20000A 电流转换精度，每一档位均转换成0-5V真有效值信号。通道控制采用隔离方式, 电源也采用隔离方式，有较强的抗干扰能力。

提高信噪比将使得信号能测量的范围变小，本方案采用多档位测量,有效提高100000A量程内的测量准确度。

具体结构：

一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，如图1所示，电路包括第一电压跟随器、积分器、第二电压跟随器、通道选择电路和隔离电源，第一电压跟随器、积分器和第二电压跟随器依次连接，隔离电源分别连接第一电压跟随器、积分器和第二电压跟随器。

跟随器电路示意图如图2，电压跟随器输入信号为电流对时间的微分信号，电压跟随器使得积分器输入的信号与后级隔离开，防止后级损耗输入信号。其中：电阻DJ1、电阻DJ2、电阻DJ3为0R电阻，三个电阻不同的焊接方式决定电压跟随器是否接入。

积分器电路如图3所示，积分器电路输出电压有效值范围为0～5V。该积分器能够将0A～20000A电流转换成0-5V真有效值交流电输出。转换误差最大1％，能够快速响应输入的变化，能够运用于各种需要电流检测的设备，性能可靠。抗干扰能力强,能够在较恶劣的电磁辐射中运行。芯片由隔离的正负电源进行供电，反馈回路上的积分器件电容C1、电阻R3、电阻R4、电阻R7对IN端流经的信号进行积分和放大，在OUT端输出积分后的信号。

通道选择电路包括第一放大器和4条通道电路，如图4，每条通道电路一端连接第一放大器负极输入端，另一端经过模拟多路复用器输出至第一放大器输出端，第一放大器负极输入端与第一放大器正极输入端之间通过第一电容连接，第一放大器负极输入端与第一放大器输出端之间通过第二电容连接，第一放大器负极输入端连接第二电压跟随器输出端。模拟多路复用器采用MUX509型号4通道模拟多路复用器。每条通道电路内均设置电位器。为了保证积分器的精度，给积分器设置了四个不同的档位。积分器积分后的信号，经过通道选择电路，将会被调节成正弦 0-5V真有效值输出。

通道选择电路包括4个输出档位：放大800A档位、放大4000A档位、衰减 20KA档位和衰减100KA档位。

四个通道在校准后，测量输出端，输出结果如表1：

表1输出档位校准后输入输出明细表

图6为通道选择芯片示意图，控制信号来自外部，通过光耦进行控制隔离，端为EN、A0、A1，功能原理和控制真值表如表2所示：

EN＝0、A0＝任意、A1＝任意、关闭所有通道；

EN＝1、A0＝0、A1＝0、放大800A档；

EN＝1、A0＝0、A1＝1、放大4KA档；

EN＝1、A0＝1、A1＝0、衰减20KA档，R24、R25接地进行衰减；

EN＝1、A0＝1、A1＝1、衰减100KA档，R22、R23接地进行衰减；

通过不同的通道选择档和运放的配合使用，在所有的电流输入情况下，选择合适的档位，信号输出范围始终在0-5VRMS内。通道选择电路包括4个输出档位：放大800A档位、放大4000A档位、衰减20KA档位和衰减100KA档位。积分器整体电路在4个输出档位的输出电压有效值范围为0～5V。

表2 MUX509真值表

EN	A1	A0	开启的通道
				0	-	-	全部关闭
1	0	0	S1A&S1B
				1	0	1	S2A&S2B
1	1	0	S3A&S3B
				1	1	0	S4A&S4B

隔离电源包括相互连接的电源和电源隔离电路，如图5，电源隔离电路包括正电压输出模块和负电压输出模块，正电压输出模块和负电压输出模块均通过 DC/DC转换器连接电源，正电压输出模块包括第一三端稳压器，第一三端稳压器的输入端连接DC/DC转换器输出端，第一三端稳压器的两个输出端连接后一条支路经过升压调试电阻后连接至正电压输出端，另一条支路经过升压反馈电阻后接地，负电压输出模块包括第二三端稳压器，第二三端稳压器的两个输入端连接后再连至DC/DC转换器，第二三端稳压器的输出端一条支路经过降压调试电阻后连接至负电压输出端，另一条支路经过降压反馈电阻后接地。

升压反馈电阻包括依次串联连接的第一反馈电阻和第二反馈电阻，第一三端稳压器接地端连接于第一反馈电阻和第二反馈电阻之间，第一反馈电阻与第二反馈电阻之间的连接点通过第三电容接地，第一三端稳压器输入端经过第四电容后接地。

降压反馈电阻包括依次串联连接的第三反馈电阻和第四反馈电阻，第二三端稳压器接地端连接于第三反馈电阻和第四反馈电阻之间，第三反馈电阻和第四反馈电阻之间的连接点通过第五电容接地，第二三端稳压器输入端经过第六电容后接地。

采用隔离电源供电，在被测设备对电源造成较大影响，或者电源扰动较大时，能极大的减少对积分电路的影响，正负电源供电,能提高信噪比，并能解决运放芯片的零点漂移以及非正负电源导致的运放参考电压不一致问题。

将罗氏线圈套入一个通电的导体，导体通过800A的交流电，用高精度六位半测量，线圈输出电压真有效值为80mV，将该微分信号接入电路输入口，在经过电压跟随器和积分器的作用后，积分器输出端输出一个正弦波，信号继续通过电压跟随器和通道选择调节部分电路，将会在输出端输出一个正弦信号。其中：第一电位器R8、第一电位器R11、第一电位器R23、第一电位器R25用于校准四个通道输出值。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，其特征在于，包括第一电压跟随器、积分器、第二电压跟随器、通道选择电路和隔离电源，所述的第一电压跟随器、积分器和第二电压跟随器依次连接，所述的隔离电源分别连接第一电压跟随器、积分器和第二电压跟随器。

2.根据权利要求1所述的一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，其特征在于，所述的通道选择电路包括第一放大器和4条通道电路，所述的每条通道电路一端连接第一放大器负极输入端，另一端经过模拟多路复用器输出至第一放大器输出端，第一放大器负极输入端与第一放大器正极输入端之间通过第一电容连接，第一放大器负极输入端与第一放大器输出端之间通过第二电容连接，第一放大器负极输入端连接第二电压跟随器输出端。

3.根据权利要求2所述的一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，其特征在于，所述的模拟多路复用器采用MUX509型号4通道模拟多路复用器。

4.根据权利要求2所述的一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，其特征在于，每条通道电路内均设置电位器。

5.根据权利要求1所述的一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，其特征在于，所述的隔离电源包括相互连接的电源和电源隔离电路，所述的电源隔离电路包括正电压输出模块和负电压输出模块，所述的正电压输出模块和负电压输出模块均通过DC/DC转换器连接电源，所述的正电压输出模块包括第一三端稳压器，第一三端稳压器的输入端连接DC/DC转换器输出端，第一三端稳压器的两个输出端连接后一条支路经过升压调试电阻后连接至正电压输出端，另一条支路经过升压反馈电阻后接地，所述的负电压输出模块包括第二三端稳压器，第二三端稳压器的两个输入端连接后再连至DC/DC转换器，第二三端稳压器的输出端一条支路经过降压调试电阻后连接至负电压输出端，另一条支路经过降压反馈电阻后接地。

6.根据权利要求5所述的一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，其特征在于，所述的升压反馈电阻包括依次串联连接的第一反馈电阻和第二反馈电阻，所述的第一三端稳压器接地端连接于第一反馈电阻和第二反馈电阻之间，所述的第一反馈电阻与第二反馈电阻之间的连接点通过第三电容接地，所述的第一三端稳压器输入端经过第四电容后接地。

7.根据权利要求5所述的一种运用于罗氏线圈信号处理的积分器电路，其特征在于，所述的降压反馈电阻包括依次串联连接的第三反馈电阻和第四反馈电阻，所述的第二三端稳压器接地端连接于第三反馈电阻和第四反馈电阻之间，所述的第三反馈电阻和第四反馈电阻之间的连接点通过第五电容接地，所述的第二三端稳压器输入端经过第六电容后接地。