CN209690402U - 一种电流信号测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种电流信号测量装置。本实用新型包括衰减网络、功率放大模块、非接触式电流传感器、电流电压转换模块、放大模块、低通滤波模块、快速傅里叶变换模块、微处理器、按键、OLED显示屏；所述的衰减网络、功率放大模块、非接触式电流传感器、电流电压转换模块、放大模块、低通滤波模块、快速傅里叶变换模块、微处理器通过导线依次串联连接；所述微处理器与所述按键通过导线连接；所述微处理器与所述OLED显示屏通过导线连接。本实用新型待测信号被转化为电压信号并放大后通过滤波器滤除，在快速傅立叶变换模块中进行快速傅立叶变换，通过快速傅立叶变换对信号的基频和各次谐波测量。本实用新型优点在于结构简单、稳定性、准确性好。

Description

一种电流信号测量装置

技术领域

本实用新型涉及电力检测设备技术领域，尤其涉及到一种电流信号测量装置。

背景技术

目前在电流信号测量领域中，一般测量高频电流的主要方式有热电法，测辐射热器法，这些方法可用于直流、低频和高频电流测量，但基于这些测量交变电流的方法一般只关注测量的平均电流功耗，并不能很好的测量到由多频率分量构成复杂电流信号的频域参数，即不能反应电流信号每种谐波的幅值，频率。且在目前的电流测量系统中，由于被测件与测量仪器是串联接入，负载效应较大，增加了测量的困难。

目前，市场上迫切需要一种能够测量复杂电流信号频域信息的电流信号测量装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中所述的电流信号测量装置存在的不足之处，提供一种可以对含有多频分量的复杂电流信号进行频域测量的电流信号测量装置。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种电流信号测量装置，包括衰减网络、功率放大模块、非接触式电流传感器、电流电压转换模块、放大模块、低通滤波模块、快速傅里叶变换模块、微处理器、按键、OLED显示屏；

所述的衰减网络、功率放大模块、非接触式电流传感器、电流电压转换模块、放大模块、低通滤波模块、快速傅里叶变换模块、微处理器通过导线依次串联连接；所述微处理器与所述按键通过导线连接；所述微处理器与所述OLED显示屏通过导线连接。

所述衰减网络用于输入待测信号，减小待测信号的电压幅值，得到衰减后电压信号，用于防止所述功率放大模块的工作不稳定；所述功率放大模块用于对衰减后电压信号进行功率放大，得到功率放大后电压信号；所述非接触式电流传感器用于测量功率放大后电压信号的电流信号，实现电流信号传输和隔离，防止待测信号的干扰；所述电流电压转换模块用于将电流信号转换为放大后电压信号；所述低通滤波模块抑制放大后电压信号的高频噪声，得到滤波后电压信号以减小测量误差；所述快速傅立叶变换模块将滤波后电压信号转换为数字电压信号以表征待测信号的数字电流，并将数字电压信号进行快速傅里叶变换，得到待测信号电流的基波频率和基波幅值，得到待测信号电流的各次谐波频率和各次谐波幅值；所述微处理器将待测信号电流的基波频率和基波幅值，各次谐波频率和各次谐波幅值通过所述OLED显示屏进行显示，并根据所述按键选择为单频率交变电流测量模式或复杂频率电流信号测量模式。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型所述的一种电流信号测量装置，设计并制作了外部检测电路，完成功率放大及电流信号幅值、频率测量。解决了目前电气测量装置无法测量多频率混合复杂电流信号的频域测量。本实用新型提供了一种结构简单、稳定性、准确性好的电流信号测量装置。

附图说明

图1：是本实用新型的组成模块框图；

图2：是衰减网络的电路图；

图3：是功率放大模块的电路图；

图4：是非接触式电流传感器和电流电压转换模块的电路图；

图5：是放大模块和低通滤波模块的电路图；

图6：是快速傅立叶变换模块的电路图；

图7：是微处理器外围接口电路的电路图；

图8：是OLED显示屏的电路图；

图9：是按键的电路图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型是一种电流信号测量装置，包括一种电流信号测量装置，包括衰减网络、功率放大模块、非接触式电流传感器、电流电压转换模块、放大模块、低通滤波模块、快速傅里叶变换模块、微处理器、按键、OLED显示屏；

所述的衰减网络、功率放大模块、非接触式电流传感器、电流电压转换模块、放大模块、低通滤波模块、快速傅里叶变换模块、微处理器通过导线依次串联连接；所述微处理器与所述按键通过导线连接；所述微处理器与所述OLED显示屏通过导线连接。

所述衰减网络用于输入待测信号，减小待测信号的电压幅值，得到衰减后电压信号，用于防止所述功率放大模块的工作不稳定；所述功率放大模块用于对衰减后电压信号进行功率放大，得到功率放大后电压信号；所述非接触式电流传感器用于测量功率放大后电压信号的电流信号，实现电流信号传输和隔离，防止待测信号的干扰；所述电流电压转换模块用于将电流信号转换为放大后电压信号；所述低通滤波模块抑制放大后电压信号的高频噪声，得到滤波后电压信号以减小测量误差；所述快速傅立叶变换模块将滤波后电压信号转换为数字电压信号以表征待测信号的数字电流，并在该模块中将数字电压信号进行快速傅里叶变换，得到待测信号电流的基波频率和基波幅值，得到待测信号电流的各次谐波频率和各次谐波幅值；所述微处理器将待测信号电流的基波频率和基波幅值，各次谐波频率和各次谐波幅值通过所述OLED显示屏进行显示，并根据所述按键选择所述OLED显示屏显示模式。

所述衰减网络选型为小电阻分压方式衰减电路；所述功率放大模块选型为D型功率放大芯片LM1875；所述非接触式电流传感器选型为锰芯磁环自制传感器；所述电流电压转换模块选型为OPA227；所述放大模块选型为OPA227；所述低通滤波模块选型为5阶巴特沃思滤波器；所述快速傅里叶变换模块选型为ADE7880；所述微处理器选型为Altera公司Cyclone IV系列下，型号为EP4CE40F23C8的高速FPGA；所述按键选型为16×16矩阵键盘；所述OLED显示屏选型为以SH1106为驱动芯片，132×64点阵的OLED显示面板。

如图2所示，所述衰减网络采用12KΩ电阻与1.2KΩ电阻依次串联于输入信号端与地之间，所述功率放大模块输入端与1.2KΩ电阻两端并联，所述功率放大模块的输入信号与输入信号之间的关系为0.91倍，对输入信号衰减防止输入信号过大使集成功率放大芯片LM1875工作不稳定。

如图3所示，所述功率放大模块采用的是D类集成功率放大芯片LM1875，该芯片内部设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护，最大输出功率可达30W，其外围电路简单，信噪比高，所述芯片由+15V和-15V模拟电源供电，其中输入端采用1MΩ电阻和22KΩ电阻分别并联在输入端和地之间，输出端与该芯片负输入端之间连接10KΩ反馈电阻，该芯片负输入端与地之间串联1KΩ电阻，该功率放大模块放大倍数G＝11，电源与地之间采用0.1uF和100uF电解电容进行去耦处理，目的是使10Ω电阻两端电压信号与输入信号完全一致以获得标准电流值，并且使通过10Ω电阻的电流能够达到1A，功率达到10W，最后输出无失真。

如图4所示，所述非接触式电流传感器采用自制线圈，在锰芯磁环上绕取350匝线圈构成原边，图3中所述的功率放大模块的导线构成1匝线圈为副边，主要作用是实现电流信号传输和隔离，防止接入被测件对测量电路的干扰。所述电流电压转换模块采用OPA227芯片，该芯片低功耗，低噪声，高开环增益适用于本实用新型。OPA227芯片的正负输入端之间串联上述自制线圈，正输入端接地，输出端与负输入端之间串联750Ω电阻作为反馈，电流信号通过所述电流电压转换模块转换为更便于测量以及处理的电压信号，

如图5所示，所述放大模块及所述低通滤波模块采用OPA227芯片。所述放大模块的OPA227芯片正输入端与所述电流电压转换模块的输出端连接，负输入端与地之间串联1KΩ电阻，与输出端之间串联1.2KΩ电阻，放大倍数为-2.2倍；所述低通滤波模块为5阶巴特沃斯滤波器，截止频率为1.9KHz，抑制高频噪声。

如图6所示，所述快速傅立叶变换模块采用ADE7880的三相电能计量芯片，该器件内置多个二阶Σ-Δ型模数转换器(ADC)、数字积分器、基准电压源电路及所有必需的信号处理电路，其中P13-2，P13-3，P14-9，P14-12，P14-14～P14-19管脚与所述微处理器的IO-C17，IO-H15，IO-C15，IO-E12，IO-C20，IO-B22，IO-F20，IO-D22，IO-E22，IO-F22接口连接，实现基波和谐波有功/视在功率测量和有效值计算，以及基波有功/无功功率测量。

如图6所示，所述微处理器采用Altera公司Cyclone IV系列下，型号为EP4CE40F23C8的高速FPGA，包含外围接口电路，所述外围接口电路的输出端IO-C17，IO-H15，IO-C15，IO-E12，IO-C20，IO-B22，IO-F20，IO-D22，IO-E22，IO-F22与所述快速傅立叶变换模块中的ADE7880的P13-2，P13-3，P14-9，P14-12，P14-14～P14-19管脚连接，所述外围接口电路的输出端VCC3P3连接3.3V电压，所述外围接口电路的输出端GND接地。

如图8所示，所述OLED显示屏的大小为1.3英寸，分辨率为128×64像素，采用型号为SH1106的驱动芯片，132×64点阵OLED显示面板，内部集成132×64位SRAM显示缓冲器。图8中的P4是连接所述OLED显示屏的接口，其目的是提供人机交互界面，显示电流谐波频率，电流信号幅值的大小及其频率值。

如图9所示，所述按键采用16×16矩阵键盘，其作用是赋予键值，设定测量模式为单频率交变电流测量模式或复杂频率电流信号测量模式。

下面结合图1至图9介绍具体实施方式：

该电流信号测量装置整体工作方式为：输入待测信号经过所述衰减网络，减小其电压幅值，得到衰减后电压信号，该信号传入所述功率放大模块中，用于对衰减后电压信号进行功率放大，得到功率放大后电压信号，由所述非接触式电流传感器，使被测信号和测量回路隔开，实现电流信号传输和隔离，防止待测信号的干扰，电流信号经过所述电流电压转换模块以及所述放大模块后，转换为放大后电压信号。该电压信号经过所述低通滤波模块抑制放大后电压信号的高频噪声，得到滤波后电压信号以减小测量误差。滤波后的电压信号经所述快速傅立叶变换模块首先将模拟电压信号转换为数字电压信号以表征待测信号的数字电流，并在该模块中将数字电压信号进行快速傅里叶变换，得到待测信号电流的基波频率和基波幅值，得到待测信号电流的各次谐波频率和各次谐波幅值，并送入所述微处理器将待测信号电流的基波频率和基波幅值，各次谐波频率和各次谐波幅值通过所述OLED显示屏进行显示。

尽管本说明书较多地使用了衰减网络、功率放大模块、非接触式电流传感器、电流电压转换模块、放大模块、低通滤波模块、快速傅里叶变换模块、微处理器、按键、OLED显示屏等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种电流信号测量装置，其特征在于，包括：衰减网络、功率放大模块、非接触式电流传感器、电流电压转换模块、放大模块、低通滤波模块、快速傅里叶变换模块、微处理器、按键、OLED显示屏；

所述的衰减网络、功率放大模块、非接触式电流传感器、电流电压转换模块、放大模块、低通滤波模块、快速傅里叶变换模块、微处理器通过导线依次串联连接；所述微处理器与所述按键通过导线连接；所述微处理器与所述OLED显示屏通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的电流信号测量装置，其特征在于：所述衰减网络用于输入待测信号，减小待测信号的电压幅值，得到衰减后电压信号，用于防止所述功率放大模块的工作不稳定。

3.根据权利要求1所述的电流信号测量装置，其特征在于：所述功率放大模块用于对衰减后电压信号进行功率放大，得到功率放大后电压信号。

4.根据权利要求1所述的电流信号测量装置，其特征在于：所述非接触式电流传感器用于测量功率放大后电压信号的电流信号，实现电流信号传输和隔离，防止待测信号的干扰。

5.根据权利要求1所述的电流信号测量装置，其特征在于：所述电流电压转换模块用于将电流信号转换为放大后电压信号。

6.根据权利要求1所述的电流信号测量装置，其特征在于：所述低通滤波模块抑制放大后电压信号的高频噪声，得到滤波后电压信号以减小测量误差。

7.根据权利要求1所述的电流信号测量装置，其特征在于：所述快速傅里叶变换模块将滤波后电压信号转换为数字电压信号以表征待测信号的数字电流，并将数字电压信号进行快速傅里叶变换，得到待测信号电流的基波频率和基波幅值，得到待测信号电流的各次谐波频率和各次谐波幅值。

8.根据权利要求1所述的电流信号测量装置，其特征在于：所述微处理器将待测信号电流的基波频率和基波幅值，各次谐波频率和各次谐波幅值通过所述OLED显示屏进行显示，并根据所述按键选择为单频率交变电流测量模式或复杂频率电流信号测量模式。