CN211426690U - 一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，包括：用于接收局放信号并进行功率放大的发射电路；与发射电路连接，用于进行信号发射的第一超声波换能器；用于接收第一超声波换能器的输出信号的第二超声波换能器；与第二超声波换能器连接的运放电路；与运放电路连接，包括N个可变电容的滤波电路；与滤波电路连接的信号分析单元；分别与N个可变电容连接的N个电容值调节单元，用于根据控制信号调节相连接的可变电容的电容值。应用本申请的方案，通过带窗滤波电路可以更加有效地进行局放信号滤波，适用于复杂的应用场景中，从而保障信号处理结果的准确性。并且基于超声波换能器进行信号传递，有利于降低干扰，提高信号分析结果的准确性。

Description

一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置

技术领域

本实用新型涉及信号处理技术领域，特别是涉及一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置。

背景技术

在电气设备的绝缘系统中，各部位的电场强度往往是不相等的，当局部区域的电场强度达到该区域介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这放电并没有贯穿施加电压的两导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然保持绝缘性能，这种现象称为局部放电。

局部放电是绝缘中普遍存在的问题，在一定的条件下，它会导致绝缘性能下降，甚至引发火灾等严重情况，对系统的安全运行造成威胁。

目前，通常会采用检测设备进行局部放电信号的检测，简称局放信号的检测。而在进行局放信号的检测并进行信号分析、处理时，为了减少噪声信号的干扰，通常需要设计滤波电路。但是，由于噪声的频率范围很宽，并且不同时刻的局放信号的频率也会改变，因此，目前的滤波电路通常不足以应用在各种复杂的场景中，导致滤波效果与理想效果有一定差距，也就不利于进行准确的信号分析。

综上所述，如何更加有效地进行局放信号的滤波，从而保障信号处理结果的准确性，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，以更加有效地进行局放信号的滤波，从而保障信号处理结果的准确性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，包括：

用于接收局放信号并进行功率放大的发射电路；

与所述发射电路连接，用于进行信号发射的第一超声波换能器；

用于接收所述第一超声波换能器的输出信号的第二超声波换能器；

与所述第二超声波换能器连接的运放电路；

与所述运放电路连接，包括N个可变电容的滤波电路；N为正整数；

与所述滤波电路连接的信号分析单元；

分别与N个所述可变电容连接的N个电容值调节单元，用于根据控制信号调节相连接的可变电容的电容值。

优选的，所述滤波电路包括：

与所述运放电路连接，至少包括一个可变电容的二阶带通滤波电路；

分别与所述二阶带通滤波电路以及所述信号分析单元连接，至少包括一个可变电容的二阶带阻滤波电路。

优选的，所述二阶带通滤波电路包括：

第一端作为所述二阶带通滤波电路的输入端，第二端分别与第一电容的第一端，第二电容的第一端以及第五电阻的第一端连接的第一电阻；

第二端接地的所述第一电容；

第二端分别与第二电阻的第一端以及第一运放的同相输入端连接的所述第二电容；

第二端接地的所述第二电阻；

反相输入端分别与第三电阻的第二端以及第四电阻的第一端连接，输出端作为所述二阶带通滤波电路的输出端的所述第一运放；

第一端接地的所述第三电阻；

第二端与所述第五电阻的第二端连接的所述第四电阻；

其中，所述第一电容和/或所述第二电容为可变电容。

优选的，所述二阶带阻滤波电路包括：

第一端与第六电阻的第一端连接，并作为所述二阶带阻滤波电路的输入端，第二端分别与第四电容的第一端以及第七电阻的第一端连接的第三电容；

第二端分别与第五电容的第一端以及第八电阻的第一端连接的所述第六电阻；

第二端接地的所述第五电容；

同相输入端分别与所述第八电阻的第二端以及所述第四电容的第二端连接，反相输入端分别与第九电阻的第二端以及第十电阻的第一端连接，输出端作为所述二阶带阻滤波电路的输出端的第二运放；

所述第七电阻；

所述第四电容；

所述第八电阻；

第一端接地的所述第九电阻；

第二端与所述第七电阻的第二端连接的所述第十电阻；

其中，所述第三电容，所述第四电容以及所述第五电容之中至少一个为可变电容。

优选的，所述第一电容以及所述第三电容均为可变电容，所述第二电容，所述第四电容以及所述第五电容均不为可变电容。

优选的，所述电容值调节单元包括：控制器，驱动电机，第一推杆，第二推杆，弹性件以及设置有通孔的位置固定的固定板；

与所述电容值调节单元连接的可变电容包括：位置固定的第一极板，与所述第二推杆固定连接的第二极板；

所述控制器用于根据接收的控制信号调节所述驱动电机的旋转方向；所述驱动电机与所述控制器以及所述第一推杆连接，用于通过旋转方向调整所述第一推杆的轴向移动的方向；所述第二推杆的一端设有一个限位凸起，另一端穿过所述固定板的通孔与所述第二极板固定连接；所述弹性件的一端与所述限位凸起相抵，另一端与所述固定板相抵；所述第一推杆用于通过所述限位凸起推动所述第二推杆。

优选的，所述发射电路包括：

用于接收局放信号的乙类推挽放大电路；

分别与所述乙类推挽放大电路以及所述第一超声波换能器连接的高频脉冲变压器。

优选的，所述乙类推挽放大电路包括：

第一端用于接收局放信号，第二端分别于第一三极管的基极以及第二三极管的基极连接的第十一电阻；

集电极与第一电源连接，发射极分别第二三极管的发射极以及第一场效应管的栅极连接的所述第一三极管；

集电极接地的所述第二三极管；

源极接地，漏极与所述高频脉冲变压器连接的所述场效应管。

应用本实用新型实施例所提供的技术方案，基于可调带窗滤波电路进行滤波，从而使得本申请的方案可以适用于复杂的场景中。具体的，滤波电路与运放电路连接，滤波电路中包括N个可变电容，每一个可变电容均与相应的电容值调节单元连接，电容值调节单元可以根据控制信号调节相连接的可变电容的电容值。因此，本申请的方案可以通过N个电容值调节单元调整滤波电路的滤波范围，即实现了可调带窗滤波电路。进一步的，本申请在进行信号传递时，使用了两个超声波换能器，即第一超声波换能器以及第二超声波换能器，相较于基于电信号的形式实现信号传递，通过超声信号有利于降低信号传递过程中受到的干扰，也就有利于提高后续的信号分析结果的准确性。

因此，本申请通过带窗滤波电路可以更加有效地进行局放信号滤波，适用于复杂的应用场景中，保障信号处理结果的准确性。并且基于超声波换能器进行信号传递，有利于降低干扰，提高信号分析结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置的结构示意图；

图2为本实用新型一种具体实施方式中的发射电路的电路结构示意图；

图3为本实用新型一种具体实施方式中的运放电路以及滤波电路的电路结构示意图；

图4为本实用新型一种具体实施方式中电容值调节单元的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，通过带窗滤波电路可以更加有效地进行局放信号滤波，适用于复杂的应用场景中，保障信号处理结果的准确性。并且基于超声波换能器进行信号传递，有利于降低干扰，提高信号分析结果的准确性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型中一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置的结构示意图，该具有可调带窗滤波的局放信号处理装置可以包括：

用于接收局放信号并进行功率放大的发射电路10。

发射电路10的具体电路构成可以根据实际需要进行设定和调整，例如在本实用新型的一种具体实施方式中，发射电路10可以包括：用于接收局放信号的乙类推挽放大电路；分别与乙类推挽放大电路以及第一超声波换能器20连接的高频脉冲变压器T1。

乙类推挽放大电路的具体形式也可以根据需要进行设定和选取，例如图2的实施方式中，乙类推挽放大电路包括：

第一端用于接收局放信号，第二端分别于第一三极管Q1的基极以及第二三极管Q2的基极连接的第十一电阻R11；

集电极与第一电源连接，发射极分别第二三极管Q2的发射极以及第一场效应管Q3的栅极连接的第一三极管Q1；

集电极接地的第二三极管Q2；

源极接地，漏极与高频脉冲变压器T1连接的场效应管Q3。

乙类推挽放大电路中具有两个三极管，即图2中的第一三极管Q1和第二三极管Q2，在接收到局放信号时，第一三极管Q1和第二三极管Q2可以轮流导通，输出一个完整的放大的信号。乙类推挽放大电路的输出转换功率高，并且第一三极管Q1和第二三极管Q2只在导通时存在损耗，有利于提高功率输出。

此外，该种实施方式中，第一三极管Q1，第二三极管Q2，场效应管Q3以及第十一电阻R11的具体型号均可以根据实际需要进行相适应的设定和调整。并且，图2中，还在变压器T1与第一超声波换能器20之间设置有滤波电容。

与发射电路10连接，用于进行信号发射的第一超声波换能器20；

用于接收第一超声波换能器20的输出信号的第二超声波换能器30。

发射电路10将放大的信号发送至第一超声波换能器20，第一超声波换能器20将接收的电信号转换为超声波并进行发射，第二超声波换能器30则可以接收第一超声波换能器20输出的超声波信号。

需要说明的是，本申请在进行信号传递时，使用了两个超声波换能器，即第一超声波换能器20以及第二超声波换能器30，相较于基于电信号的形式实现信号传递，通过超声信号进行传递，有利于降低信号传递过程中受到的干扰，也就有利于提高后续的信号分析结果的准确性。

与第二超声波换能器30连接的运放电路40。

运放电路40的具体电路构成也可以根据实际需要进行设定和选取，例如图3中示出了一种具体实施方式中与第二超声波换能器30连接的运放电路40，该运放电路40例如可以选取OP37。图3的运放电路40电路构成简单，成本较低，便于实施。当然，在其他具体场合中，完全可以采用其他形式的运放电路40，并不影响本实用新型的实施。

与运放电路40连接，包括N个可变电容的滤波电路50；N为正整数；

与滤波电路50连接的信号分析单元60；

分别与N个可变电容连接的N个电容值调节单元70，用于根据控制信号调节相连接的可变电容的电容值。

本申请的方案中，与运放电路40连接的滤波电路50的具体电路构成可以根据需要进行设定，但是，滤波电路50中至少需要包括1个可变电容。每一个可变电容均与相应的一个电容值调节单元70连接，本申请图1的实施方式中仅示出了一个电容值调节单元70。

由于每一个可变电容均与该可变电容对应的电容值调节单元70连接，电容值调节单元70则可以根据控制信号来调节与自身相连接的可变电容的电容值，因此，本申请的方案中，可以方便地对N个可变电容的电容值进行调节，进而也就可以改变滤波电路50的滤波范围。

还需要说明的是，电容值调节单元70在根据控制信号调节相连接的可变电容的电容值时，该控制信号可以由人工进行输入，也可以是自动生成的，例如由信号分析单元60自动生成。具体的，例如信号分析单元60通常会带有显示装置，将接收到的由滤波电路50输出的波形以及相关的分析结果进行显示，工作人员可以根据显示出的信息，来决定是否需要调节一个或多个可变电容的电容值，以及调节的程度。例如工作人员发现当前的滤波效果不佳，需要提高某一个电容的电容值，则例如可以输入相关控制指令至信号分析单元60，信号分析单元60与各个电容值调节单元70通信连接，从而将相关控制信号发送到对应的电容值调节单元70，进而实现了可变电容的电容值调整。又如，各个电容值调节单元70可以自带有输入单元，可以接收工作人员输入的指令，即通过自带的输入单元接收控制信号，进而触发电容值的调整的进程。

当然，控制信号也可以是自动生成的，例如由信号分析单元60自动生成。具体的，例如信号分析单元60确定出接收的信号强度之后，按照预设的策略不断地发送控制信号至相应的电容值调节单元70以调节相应的可变电容的电容值，直到当检测出的信号强度高于一定阈值时则停止调节，说明此时的滤波范围是合适的，也即此时的各个可变电容的电容值适用于当前场景中的局放信号。

电容值调节单元70的具体结构也可以根据需要进行设定和选取。可参与图4，在该种实施方式中，电容值调节单元70包括：控制器，驱动电机71，第一推杆72，第二推杆73，弹性件74以及设置有通孔的位置固定的固定板75；

与电容值调节单元70连接的可变电容包括：位置固定的第一极板C11，与第二推杆73固定连接的第二极板C22；

控制器用于根据接收的控制信号调节驱动电机71的旋转方向；驱动电机71与控制器以及第一推杆72连接，用于通过旋转方向调整第一推杆72的轴向移动的方向；第二推杆73的一端设有一个限位凸起，另一端穿过固定板75的通孔与第二极板C22固定连接；弹性件74的一端与限位凸起相抵，另一端与固定板75相抵；第一推杆72用于通过限位凸起推动第二推杆73。

需要说明的是，图4中并未示出电容值调节单元70中包括的控制器，并且在实际应用中，当电容值调节单元70有多个时，通常可以共用同一控制器，降低成本。

控制器可以根据接收的控制信号调节驱动电机71的旋转方向，通过旋转方向调整第一推杆72的轴向移动的方向。即控制驱动电机71是正转还是反转，例如正转时，第一推杆72沿着朝向第二推杆73的方向移动，反之，驱动电机71反转时，第一推杆72沿着背离第二推杆73的方向移动。

第二推杆73的一端设有一个限位凸起，另一端穿过固定板75的通孔与第二极板C22固定连接，即第二推杆73是一个T型结构。图4中的限位凸起为圆盘状，其他场合中可以为其他结构，能够与第一推杆72配合即可。

固定板75设置有通孔，并且位置固定，而第二推杆73与第二极板C22固定连接。因此，在图4中，第一推杆72推着第二推杆73向下移动时，可变电容中的第二极板C22与第一极板C11的间距便会降低。反之，第一推杆72向上移动时，由于弹性件74的弹力，可以使得第二极板C22与第一极板C11的间距增大。并且可以理解的是，第二极板C22与第一极板C11的间距最大时，便是第二极板C22与固定板75的下底面相抵的时候。

该种实施方式的电容值调节单元70结构简单，便于实施，也易于维护。此外，该种实施方式可以线性地调整可变电容的两个极板之间的间距，因此可以方便地实现所需要的电容值的选取。

在本实用新型的一种具体实施方式中，滤波电路50可以包括：

与运放电路40连接，至少包括一个可变电容的二阶带通滤波电路；

分别与二阶带通滤波电路以及信号分析单元60连接，至少包括一个可变电容的二阶带阻滤波电路。

在实际应用中，滤波电路50由带通滤波电路和带阻滤波电路构成时，滤波效果较好，并且由于二阶带通滤波电路和二阶带阻滤波电路的构成也不复杂，因此，该种实施方式中滤波电路50包括二阶带通滤波电路以及与二阶带通滤波电路连接的二阶带阻滤波电路。

具体的，在图3的实施方式中，二阶带通滤波电路包括：

第一端作为二阶带通滤波电路的输入端，第二端分别与第一电容C1的第一端，第二电容C2的第一端以及第五电阻R5的第一端连接的第一电阻R1；

第二端接地的第一电容C1；

第二端分别与第二电阻R2的第一端以及第一运放OP1的同相输入端连接的第二电容C2；

第二端接地的第二电阻R2；

反相输入端分别与第三电阻R3的第二端以及第四电阻R4的第一端连接，输出端作为二阶带通滤波电路的输出端的第一运放OP1；

第一端接地的第三电阻R3；

第二端与第五电阻R5的第二端连接的第四电阻R4；

其中，第一电容C1和/或第二电容C2为可变电容。

图3中，二阶带阻滤波电路包括：

第一端与第六电阻R6的第一端连接，并作为二阶带阻滤波电路的输入端，第二端分别与第四电容C4的第一端以及第七电阻R7的第一端连接的第三电容C3；

第二端分别与第五电容C5的第一端以及第八电阻R8的第一端连接的第六电阻R6；

第二端接地的第五电容C5；

同相输入端分别与第八电阻R8的第二端以及第四电容C4的第二端连接，反相输入端分别与第九电阻R9的第二端以及第十电阻R10的第一端连接，输出端作为二阶带阻滤波电路的输出端的第二运放OP2；

第七电阻R7；

第四电容C4；

第八电阻R8；

第一端接地的第九电阻R9；

第二端与第七电阻R7的第二端连接的第十电阻R10；

其中，第三电容C3，第四电容C4以及第五电容C5之中至少一个为可变电容。

在实际应用中，考虑到第一电容C1以及第三电容C3对滤波电路50的滤波范围影响较大，可变电容设置地过多时成本也较高，因此，针对图3的二阶带通滤波电路以及二阶带阻滤波电路，通常可以设置第一电容C1以及第三电容C3均为可变电容，第二电容C2，第四电容C4以及第五电容C5均不为可变电容。

图3的二阶带通滤波电路以及二阶带阻滤波电路的电路构成也较为简单，便于实施。此外，图2以及图3中各个器件的型号也均可以根据实际需要进行选取。例如第一运放OP1和第二运放OP2均为TL082型号。

应用本实用新型实施例所提供的技术方案，基于可调带窗滤波电路进行滤波，从而使得本申请的方案可以适用于复杂的场景中。具体的，滤波电路50与运放电路40连接，滤波电路50中包括N个可变电容，每一个可变电容均与相应的电容值调节单元70连接，电容值调节单元70可以根据控制信号调节相连接的可变电容的电容值。因此，本申请的方案可以通过N个电容值调节单元70调整滤波电路50的滤波范围，即实现了可调带窗滤波电路。进一步的，本申请在进行信号传递时，使用了两个超声波换能器，即第一超声波换能器20以及第二超声波换能器30，相较于基于电信号的形式实现信号传递，通过超声信号有利于降低信号传递过程中受到的干扰，也就有利于提高后续的信号分析结果的准确性。

因此，本申请通过带窗滤波电路可以更加有效地进行局放信号滤波，适用于复杂的应用场景中，保障信号处理结果的准确性。并且基于超声波换能器进行信号传递，有利于降低干扰，提高信号分析结果的准确性。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，其特征在于，包括：

用于接收局放信号并进行功率放大的发射电路；

与所述发射电路连接，用于进行信号发射的第一超声波换能器；

用于接收所述第一超声波换能器的输出信号的第二超声波换能器；

与所述第二超声波换能器连接的运放电路；

与所述运放电路连接，包括N个可变电容的滤波电路；N为正整数；

与所述滤波电路连接的信号分析单元；

分别与N个所述可变电容连接的N个电容值调节单元，用于根据控制信号调节相连接的可变电容的电容值。

2.根据权利要求1所述的具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，其特征在于，所述滤波电路包括：

与所述运放电路连接，至少包括一个可变电容的二阶带通滤波电路；

分别与所述二阶带通滤波电路以及所述信号分析单元连接，至少包括一个可变电容的二阶带阻滤波电路。

3.根据权利要求2所述的具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，其特征在于，所述二阶带通滤波电路包括：

第一端作为所述二阶带通滤波电路的输入端，第二端分别与第一电容的第一端，第二电容的第一端以及第五电阻的第一端连接的第一电阻；

第二端接地的所述第一电容；

第二端分别与第二电阻的第一端以及第一运放的同相输入端连接的所述第二电容；

第二端接地的所述第二电阻；

反相输入端分别与第三电阻的第二端以及第四电阻的第一端连接，输出端作为所述二阶带通滤波电路的输出端的所述第一运放；

第一端接地的所述第三电阻；

第二端与所述第五电阻的第二端连接的所述第四电阻；

其中，所述第一电容和/或所述第二电容为可变电容。

4.根据权利要求3所述的具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，其特征在于，所述二阶带阻滤波电路包括：

第一端与第六电阻的第一端连接，并作为所述二阶带阻滤波电路的输入端，第二端分别与第四电容的第一端以及第七电阻的第一端连接的第三电容；

第二端分别与第五电容的第一端以及第八电阻的第一端连接的所述第六电阻；

第二端接地的所述第五电容；

同相输入端分别与所述第八电阻的第二端以及所述第四电容的第二端连接，反相输入端分别与第九电阻的第二端以及第十电阻的第一端连接，输出端作为所述二阶带阻滤波电路的输出端的第二运放；

所述第七电阻；

所述第四电容；

所述第八电阻；

第一端接地的所述第九电阻；

第二端与所述第七电阻的第二端连接的所述第十电阻；

其中，所述第三电容，所述第四电容以及所述第五电容之中至少一个为可变电容。

5.根据权利要求4所述的具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，其特征在于，所述第一电容以及所述第三电容均为可变电容，所述第二电容，所述第四电容以及所述第五电容均不为可变电容。

6.根据权利要求1至5任一项所述的具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，其特征在于，所述电容值调节单元包括：控制器，驱动电机，第一推杆，第二推杆，弹性件以及设置有通孔的位置固定的固定板；

与所述电容值调节单元连接的可变电容包括：位置固定的第一极板，与所述第二推杆固定连接的第二极板；

所述控制器用于根据接收的控制信号调节所述驱动电机的旋转方向；所述驱动电机与所述控制器以及所述第一推杆连接，用于通过旋转方向调整所述第一推杆的轴向移动的方向；所述第二推杆的一端设有一个限位凸起，另一端穿过所述固定板的通孔与所述第二极板固定连接；所述弹性件的一端与所述限位凸起相抵，另一端与所述固定板相抵；所述第一推杆用于通过所述限位凸起推动所述第二推杆。

7.根据权利要求1所述的具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，其特征在于，所述发射电路包括：

用于接收局放信号的乙类推挽放大电路；

分别与所述乙类推挽放大电路以及所述第一超声波换能器连接的高频脉冲变压器。

8.根据权利要求7所述的具有可调带窗滤波的局放信号处理装置，其特征在于，所述乙类推挽放大电路包括：

第一端用于接收局放信号，第二端分别于第一三极管的基极以及第二三极管的基极连接的第十一电阻；

集电极与第一电源连接，发射极分别第二三极管的发射极以及第一场效应管的栅极连接的所述第一三极管；

集电极接地的所述第二三极管；

源极接地，漏极与所述高频脉冲变压器连接的所述场效应管。

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