CN213750709U - 一种局放声音信号相位检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种局放声音信号相位检测电路，电源模块的输出端分别与单片机控制模块的电源端、脉宽可调方波化模块的电源端、信号滤波放大模块的电源端和恒流源驱动模块的电源端电性连接，声音传感器的信号输出端与恒流源驱动模块的信号输入端电性连接，恒流源驱动模块的信号输出端与信号滤波放大模块的信号输入端电性连接，信号滤波放大模块的信号输出端与脉宽可调方波化模块的信号输入端电性连接，脉宽可调方波化模块的信号输出端与单片机控制模块的信号输入端电性连接，单片机控制模块的信号输出端亦与脉宽可调方波化模块的信号输入端电性连接，电源模块包括+5V和+15V。本实用新型具有抗干扰能力强、稳定性高和检测效率等优点。

Description

一种局放声音信号相位检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种检测电路技术领域，更具体地说，涉及一种局放声音信号相位检测电路。

背景技术

电气设备是组成电力系统的基本元件，是保证供电可靠性的基础。由国内外统计资料表明，电气设备绝缘性能的劣化是导致其失效的主要原因，严重时可能会导致电网大面积停电事故。而局部放电既是电气设备绝缘劣化的征兆，又是造成绝缘劣化的关键性因素。开关柜是一种电气设备，其主要作用是对正在运行的发电、输电、配电和电能转换设备进行开合、控制和保护。开关柜的正常运行是配电系统安全、可靠、经济运行的重要保证。当前电力系统中，尤以开关柜和高压架空输电线局部放电现象最为严重。尤其是在长时间运行后，其出现局部放电的概率比较高。在不同原因导致的高压开关柜事故中，10 kV及以上电压等级的开关柜更容易出现局部放电，造成的事故后果也更为严重。因此，迫切需要对10kV及高压架空输电线进行实时的状态监测，根据设备运行实时在线监测结果，判断设备的运行状态和绝缘的劣化程度，从而确定检修时间和检修措施，以减少停电检修时间，降低事故的发生概率，进而提高整个电力系统运行的自动化程度及安全可靠性。

局部放电会伴随产生各种电、光、声、热等现象，基于这些现象的原理性研究，产生了不同原理的局放监测技术。其中，常用的非电量监测方法有：光测法、电检测法、红外热测法和声测法等。近些年来，随着对局部放电原理的研究不断深入，局部放电监测技术也在不断提高，目前采用较为广泛的局部放电监测方法是声电联合的监测方法。局部放电是一种电荷快速释放或迁移的过程，导致放电点周围的机械应力、粒子力与电场应力失去了相对的平衡状态而产生振荡变化的过程；粒子力与机械应力的快速振荡，导致放电点周围介质振动，从而产生超声波的声波信号，声电联合监测法通过声电转换传感器感应超声波信号，达到监测的目的。

现有声电联合监测局放信号的方法中，对于单个开关柜或者高压架空输电塔的监测只采用一个传感器，而局放信号的出现位置往往是随机的，因此难以准确采集与监测局放信号，此外，当前对于采集的局方信号的处理中，仅仅局限于用已有的局放信号数据与当前采集的局放信号数据进行匹配，从而判断局部放电类型，不能对局放信号的电压电流及相位信息进行实时的检测分析。

发明内容

本实用新型为了克服现有技术中存在的传统的传统检测电路难以准确采集与监测局放信号的问题，现提供具有抗干扰能力强等优点的一种局放声音信号相位检测电路。

本实用新型的一种局放声音信号相位检测电路，包括电源模块、单片机控制模块、脉宽可调方波化模块、信号滤波放大模块、恒流源驱动模块和声音传感器，所述的电源模块的输出端分别与单片机控制模块的电源端、脉宽可调方波化模块的电源端、信号滤波放大模块的电源端和恒流源驱动模块的电源端电性连接，所述的声音传感器的信号输出端与恒流源驱动模块的信号输入端电性连接，所述的恒流源驱动模块的信号输出端与信号滤波放大模块的信号输入端电性连接，所述的信号滤波放大模块的信号输出端与脉宽可调方波化模块的信号输入端电性连接，所述的脉宽可调方波化模块的信号输出端与单片机控制模块的信号输入端电性连接，所述的单片机控制模块的信号输出端亦与脉宽可调方波化模块的信号输入端电性连接，所述的电源模块包括+5V和+15V。

所述的声音传感器内置应变式电阻传感器与镍振膜，当局放声音信号使镍振膜振动时，电阻受力发生机械形变，导致电阻阻值产生相应变化，从而将局放声音信号强度转换为电阻阻值的变化。

所述的恒流源驱动模块负责驱动声音传感器，将其感知的随声音变化的电阻信号转换成可测量的电压信号，由于声音对集成运放参数影响不如对晶体管或场效应管参数影响显著，由集成运放构成的恒流源具有稳定性更好、恒流性能更高的优点。

所述的信号滤波放大模块用于滤除输入局放声音信号中的直流信号。

所述的脉宽可调方波化模块通过单片机 QUOTE

总线控制可编程电位器调整集成运算放大器反相输入端的参考电压，当同相输入端电压Vs大于参考电压时，运算放大器输出端输出高电平，反之则输出低电平，即通过调节参考电压，可以实现对输入电压信号Vs转换成的方波信号脉宽的调节。

所述的单片机控制模块采用的芯片型号为STM8L51C8。声音传感器的型号为AWA14421。恒流源驱动模块采用的稳压二极管型号为TL431，采用的运放芯片型号为OPA2277。信号滤波放大模块采用的运放芯片型号为OPA2277，稳压二极管型号为AMS1117-3.3。脉宽可调方波化模块采用的放大芯片的型号为TPL0401B，运放芯片的型号的为LM6154-C。

工作时先将声音传感器进行部署，由单片机完成所测局放声音信号的相位检测。本实用新型通过声音传感器检测局放声音信号，并通过恒流源驱动电路将声音传感器中随声音变化的电容信号转换成可测量的电压信号，通过信号滤波放大模块进行滤波放大，然后通过脉宽可调方波化模块将处理后的电压信号转化为方波信号并传入单片机进行处理，从而获得所测局放声音信号的相位。

作为优选，所述的恒流源驱动模块包括声音传感器CH1、稳压二极管U4、运放芯片U1A、运放芯片U1B、电阻R1、电阻R4、电阻R7、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电阻R19、电容C1、电容C4、电容C7，所述的电容C1的一端与电阻R4的一端电性连接，所述的电阻R4的一端接+15V，所述的电容C1的另一端分别与稳压二极管U4的2引脚、电阻R13的一端和电容C4的一端电性连接，所述的电容C1的另一端接地，所述的电阻R4的另一端分别与稳压二极管U4的1引脚、稳压二极管U4的3引脚、电阻R13的另一端、电容C4的另一端和电阻R10的一端电性连接，所述的电阻R10的另一端分别与运放芯片U1B的5引脚和电阻R19的一端电性连接，所述的运放芯片U1B的6引脚分别与电阻R7的一端和电阻R1的一端电性连接，所述的电阻R7的另一端接地，所述的电阻R1的另一端分别与运放芯片U1B的7引脚和电阻R14的一端电性连接，所述的电阻R14的另一端分别与运放芯片U1A的3引脚和信号滤波放大模块电性连接，所述的运放芯片U1A的3引脚与声音传感器CH1电性连接，所述的运放芯片U1A的1引脚分别与电阻R19的另一端和运放芯片U1A的2引脚电性连接，所述的运放芯片U1A的4引脚接地，所述的运放芯片U1A的8引脚与电容C7的一端电性连接，所述的电容C7的另一端接地，所述的运放芯片U1A的8引脚接+15V。

作为优选，所述的信号滤波放大模块包括运放芯片U8A、稳压二极管U13、电阻R22、电阻R25、电阻R31、电阻R37、电阻R40、电容C10、电容C13、电容C16和电容C19，所述的电容C13的一端与电阻R14的另一端电性连接，所述的电容C13的另一端分别与电阻R31的一端和运放芯片U8A的3引脚电性连接，所述的运放芯片U8A的2引脚分别与电阻R25的一端和电阻R22的一端电性连接，所述的电阻R25的另一端与电容C10的一端电性连接，所述的电容C10的另一端接地，所述的电阻R22的另一端分别与运放芯片U8A的1引脚和脉宽可调方波化模块电性连接，所述的运放芯片U8A的4引脚接地，所述的运放芯片U8A的8引脚与电容C16的一端电性连接，所述的电容C16的另一端接地，所述的运放芯片U8A的8引脚接+5V，所述的电阻R31的另一端分别与稳压二极管U13的1引脚、稳压二极管U13的3引脚、电阻R37的一端和电阻R40的一端电性连接，所述的电阻R37的另一端与电容C19的一端电性连接，所述的电容C19的一端接+15V，所述的稳压二极管U13的2引脚分别与电阻R40的另一端和电容C19的另一端电性连接，所述的电容C19的另一端接地。

作为优选，所述的脉宽可调方波化模块包括放大芯片U1、运放芯片U7、电阻R28、电阻R34和电容C22，所述的运放芯片U7的10引脚与电阻R22的另一端电性连接，所述的运放芯片U7的9引脚分别与电阻R28的一端和电阻R34的一端电性连接，所述的电阻R34的另一端接地，所述的运放芯片U7的8引脚与控制芯片IC1的1引脚电性连接，所述的电阻R28的另一端与放大芯片U1的6引脚电性连接，所述的放大芯片U1的5引脚接+5V，所述的放大芯片U1的1引脚与电容C22的一端电性连接，所述的放大芯片U1的1引脚接+5V，所述的放大芯片U1的2引脚与电容C22的另一端电性连接，所述的放大芯片U1的2引脚接地，所述的放大芯片U1的3引脚与控制芯片IC1的36引脚电性连接，所述的放大芯片U1的4引脚与控制芯片IC1的30引脚电性连接。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型利用运放搭建的恒流源驱动模块驱动声音传感器模块，有效降低采集的局放声音信号对于恒流源驱动模块的干扰，使得电路工作更加稳定，当局放声音信号大范围变化时,恒流源驱动模块均能稳定、高效的工作，精准的将局放声音信号转化为电压信号。

2、本实用新型采用稳定的基准电压源为局放声音信号提供偏置电压，使得运放可以采用单电源供电，有效降低了电路的复杂性与成本。

3、本实用新型采用可编程电位器调整运算放大器电路的参考电压，实现了脉宽可调的方波化电路，提高了对局放声音信号的相位检测精度。

附图说明

附图1为本实用新型的单片机控制模块的结构示意图。

附图2为本实用新型的恒流源驱动模块的结构示意图。

附图3为本实用新型的信号滤波放大模块的结构示意图。

附图4为本实用新型的脉宽可调方波化模块的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：根据附图1、附图2、附图3和附图4进行进一步说明，本例的一种局放声音信号相位检测电路，包括电源模块、单片机控制模块、脉宽可调方波化模块、信号滤波放大模块、恒流源驱动模块和声音传感器，所述的电源模块的输出端分别与单片机控制模块的电源端、脉宽可调方波化模块的电源端、信号滤波放大模块的电源端和恒流源驱动模块的电源端电性连接，所述的声音传感器的信号输出端与恒流源驱动模块的信号输入端电性连接，所述的恒流源驱动模块的信号输出端与信号滤波放大模块的信号输入端电性连接，所述的信号滤波放大模块的信号输出端与脉宽可调方波化模块的信号输入端电性连接，所述的脉宽可调方波化模块的信号输出端与单片机控制模块的信号输入端电性连接，所述的单片机控制模块的信号输出端亦与脉宽可调方波化模块的信号输入端电性连接，所述的电源模块包括+5V和+15V。

所述的恒流源驱动模块包括声音传感器CH1、稳压二极管U4、运放芯片U1A、运放芯片U1B、电阻R1、电阻R4、电阻R7、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电阻R19、电容C1、电容C4、电容C7，所述的电容C1的一端与电阻R4的一端电性连接，所述的电阻R4的一端接+15V，所述的电容C1的另一端分别与稳压二极管U4的2引脚、电阻R13的一端和电容C4的一端电性连接，所述的电容C1的另一端接地，所述的电阻R4的另一端分别与稳压二极管U4的1引脚、稳压二极管U4的3引脚、电阻R13的另一端、电容C4的另一端和电阻R10的一端电性连接，所述的电阻R10的另一端分别与运放芯片U1B的5引脚和电阻R19的一端电性连接，所述的运放芯片U1B的6引脚分别与电阻R7的一端和电阻R1的一端电性连接，所述的电阻R7的另一端接地，所述的电阻R1的另一端分别与运放芯片U1B的7引脚和电阻R14的一端电性连接，所述的电阻R14的另一端分别与运放芯片U1A的3引脚和信号滤波放大模块电性连接，所述的运放芯片U1A的3引脚与声音传感器CH1电性连接，所述的运放芯片U1A的1引脚分别与电阻R19的另一端和运放芯片U1A的2引脚电性连接，所述的运放芯片U1A的4引脚接地，所述的运放芯片U1A的8引脚与电容C7的一端电性连接，所述的电容C7的另一端接地，所述的运放芯片U1A的8引脚接+15V。

所述的信号滤波放大模块包括运放芯片U8A、稳压二极管U13、电阻R22、电阻R25、电阻R31、电阻R37、电阻R40、电容C10、电容C13、电容C16和电容C19，所述的电容C13的一端与电阻R14的另一端电性连接，所述的电容C13的另一端分别与电阻R31的一端和运放芯片U8A的3引脚电性连接，所述的运放芯片U8A的2引脚分别与电阻R25的一端和电阻R22的一端电性连接，所述的电阻R25的另一端与电容C10的一端电性连接，所述的电容C10的另一端接地，所述的电阻R22的另一端分别与运放芯片U8A的1引脚和脉宽可调方波化模块电性连接，所述的运放芯片U8A的4引脚接地，所述的运放芯片U8A的8引脚与电容C16的一端电性连接，所述的电容C16的另一端接地，所述的运放芯片U8A的8引脚接+5V，所述的电阻R31的另一端分别与稳压二极管U13的1引脚、稳压二极管U13的3引脚、电阻R37的一端和电阻R40的一端电性连接，所述的电阻R37的另一端与电容C19的一端电性连接，所述的电容C19的一端接+15V，所述的稳压二极管U13的2引脚分别与电阻R40的另一端和电容C19的另一端电性连接，所述的电容C19的另一端接地。

所述的脉宽可调方波化模块包括放大芯片U1、运放芯片U7、电阻R28、电阻R34和电容C22，所述的运放芯片U7的10引脚与电阻R22的另一端电性连接，所述的运放芯片U7的9引脚分别与电阻R28的一端和电阻R34的一端电性连接，所述的电阻R34的另一端接地，所述的运放芯片U7的8引脚与控制芯片IC1的1引脚电性连接，所述的电阻R28的另一端与放大芯片U1的6引脚电性连接，所述的放大芯片U1的5引脚接+5V，所述的放大芯片U1的1引脚与电容C22的一端电性连接，所述的放大芯片U1的1引脚接+5V，所述的放大芯片U1的2引脚与电容C22的另一端电性连接，所述的放大芯片U1的2引脚接地，所述的放大芯片U1的3引脚与控制芯片IC1的36引脚电性连接，所述的放大芯片U1的4引脚与控制芯片IC1的30引脚电性连接。

以上所述仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本实用新型的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本实用新型的专利范围之中。

Claims (4)

1.一种局放声音信号相位检测电路，包括电源模块、单片机控制模块、脉宽可调方波化模块、信号滤波放大模块、恒流源驱动模块和声音传感器，其特征是，所述的电源模块的输出端分别与单片机控制模块的电源端、脉宽可调方波化模块的电源端、信号滤波放大模块的电源端和恒流源驱动模块的电源端电性连接，所述的声音传感器的信号输出端与恒流源驱动模块的信号输入端电性连接，所述的恒流源驱动模块的信号输出端与信号滤波放大模块的信号输入端电性连接，所述的信号滤波放大模块的信号输出端与脉宽可调方波化模块的信号输入端电性连接，所述的脉宽可调方波化模块的信号输出端与单片机控制模块的信号输入端电性连接，所述的单片机控制模块的信号输出端亦与脉宽可调方波化模块的信号输入端电性连接，所述的电源模块包括+5V和+15V。

2.根据权利要求1所述的一种局放声音信号相位检测电路，其特征是，所述的恒流源驱动模块包括声音传感器CH1、稳压二极管U4、运放芯片U1A、运放芯片U1B、电阻R1、电阻R4、电阻R7、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电阻R19、电容C1、电容C4、电容C7，所述的电容C1的一端与电阻R4的一端电性连接，所述的电阻R4的一端接+15V，所述的电容C1的另一端分别与稳压二极管U4的2引脚、电阻R13的一端和电容C4的一端电性连接，所述的电容C1的另一端接地，所述的电阻R4的另一端分别与稳压二极管U4的1引脚、稳压二极管U4的3引脚、电阻R13的另一端、电容C4的另一端和电阻R10的一端电性连接，所述的电阻R10的另一端分别与运放芯片U1B的5引脚和电阻R19的一端电性连接，所述的运放芯片U1B的6引脚分别与电阻R7的一端和电阻R1的一端电性连接，所述的电阻R7的另一端接地，所述的电阻R1的另一端分别与运放芯片U1B的7引脚和电阻R14的一端电性连接，所述的电阻R14的另一端分别与运放芯片U1A的3引脚和信号滤波放大模块电性连接，所述的运放芯片U1A的3引脚与声音传感器CH1电性连接，所述的运放芯片U1A的1引脚分别与电阻R19的另一端和运放芯片U1A的2引脚电性连接，所述的运放芯片U1A的4引脚接地，所述的运放芯片U1A的8引脚与电容C7的一端电性连接，所述的电容C7的另一端接地，所述的运放芯片U1A的8引脚接+15V。

3.根据权利要求2所述的一种局放声音信号相位检测电路，其特征是，所述的信号滤波放大模块包括运放芯片U8A、稳压二极管U13、电阻R22、电阻R25、电阻R31、电阻R37、电阻R40、电容C10、电容C13、电容C16和电容C19，所述的电容C13的一端与电阻R14的另一端电性连接，所述的电容C13的另一端分别与电阻R31的一端和运放芯片U8A的3引脚电性连接，所述的运放芯片U8A的2引脚分别与电阻R25的一端和电阻R22的一端电性连接，所述的电阻R25的另一端与电容C10的一端电性连接，所述的电容C10的另一端接地，所述的电阻R22的另一端分别与运放芯片U8A的1引脚和脉宽可调方波化模块电性连接，所述的运放芯片U8A的4引脚接地，所述的运放芯片U8A的8引脚与电容C16的一端电性连接，所述的电容C16的另一端接地，所述的运放芯片U8A的8引脚接+5V，所述的电阻R31的另一端分别与稳压二极管U13的1引脚、稳压二极管U13的3引脚、电阻R37的一端和电阻R40的一端电性连接，所述的电阻R37的另一端与电容C19的一端电性连接，所述的电容C19的一端接+15V，所述的稳压二极管U13的2引脚分别与电阻R40的另一端和电容C19的另一端电性连接，所述的电容C19的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种局放声音信号相位检测电路，其特征是，所述的脉宽可调方波化模块包括放大芯片U1、运放芯片U7、电阻R28、电阻R34和电容C22，所述的运放芯片U7的10引脚与电阻R22的另一端电性连接，所述的运放芯片U7的9引脚分别与电阻R28的一端和电阻R34的一端电性连接，所述的电阻R34的另一端接地，所述的运放芯片U7的8引脚与控制芯片IC1的1引脚电性连接，所述的电阻R28的另一端与放大芯片U1的6引脚电性连接，所述的放大芯片U1的5引脚接+5V，所述的放大芯片U1的1引脚与电容C22的一端电性连接，所述的放大芯片U1的1引脚接+5V，所述的放大芯片U1的2引脚与电容C22的另一端电性连接，所述的放大芯片U1的2引脚接地，所述的放大芯片U1的3引脚与控制芯片IC1的36引脚电性连接，所述的放大芯片U1的4引脚与控制芯片IC1的30引脚电性连接。

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