CN214750502U - 便携式波形记录仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了便携式波形记录仪，通过设置泄放电路，消除滤波电路输出电压因雷击干扰导致的电压抖动及产生的尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度；通过在泄放电路中设置匹配电路、稳压电路和LC滤波电路，匹配电路，利用T型电阻网络阻抗高的特点提高电路阻抗，防止尖峰电压过高击穿稳压电路；稳压电路，用于滤除当检测过程中发生雷击时，滤波电路产生的电压抖动和尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度；LC滤波电路，用于滤除匹配电路中T型电阻网络引入的电热噪声，进一步提高波形记录仪的精度。

Description

便携式波形记录仪

技术领域

本实用新型涉及录波仪技术领域，尤其涉及便携式波形记录仪。

背景技术

波形记录仪是一种能够对各种强弱电信号进行测量，记录及处理的通用分析仪器，具有波形显示，信号处理，时序分析等功能，发电机进相试验是测试发电机从电网吸收无功能力的一种试验。在试验过程中，波形记录仪通过各种传感器和信号调理电路对发电机的三相电压、电流信号进行处理成为处理器能够接受的信号。常规的波形记录仪对发电机电压的处理过程为：传感器采集发电机的电压并转换为电信号输出至信号调理电路，由信号调理电路对该电信号进行放大、滤波处理，由于发电机的采集环境通常为工业环境，存在雷击干扰，导致滤波电路输出电压出现抖动甚至出现尖峰电压，轻则造成波形记录仪的精度降低，重则造成波形记录仪内部电子元器件损坏。

因此，为了解决上述问题，本实用新型提出了便携式波形记录仪，消除滤波电路输出电压因雷击干扰产生的尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了便携式波形记录仪，消除发电机输出电压因雷击干扰产生的尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了便携式波形记录仪，其包括电压传感器、处理器、放大电路和滤波电路，还包括泄放电路；

电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、滤波电路、泄放电路与处理器的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，泄放电路包括匹配电路、稳压电路和 LC滤波电路；

电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、滤波电路、匹配电路、稳压电路和LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。

更进一步优选的，匹配电路包括电阻R1-R3；

电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、滤波电路和电阻R1分别与电阻R2的一端、电阻R3的一端电性连接，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端通过顺次连接的稳压电路、LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。

更进一步优选的，稳压电路包括瞬态抑制二极管D1、瞬态抑制二极管D2 和二极管D3；

电阻R3的另一端与瞬态抑制二极管D1的负极、二极管D3的负极电性连接，瞬态抑制二极管D1的正极与瞬态抑制二极管D2的正极电性连接，瞬态抑制二极管D2、二极管D3的负极均接地。

更进一步优选的，LC滤波电路包括电感L1和电容C1；

电阻R3的另一端与电感L1的一端电性连接，电感L1的另一端分别与处理器的模拟输入端和电容C1的一端电性连接，电容C1的另一端接地。

更进一步优选的，滤波电路包括低通滤波器和陷波器；

电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、低通滤波器、陷波器、匹配电路、稳压电路和LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。

更进一步优选的，陷波器包括电阻R4-R8、电容C2-C4和运算放大器 LM102；

电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、低通滤波器分别与电阻R4 的一端、电容C2的一端电性连接，电阻R4的另一端分别与电容C3的一端、电阻R5的一端电性连接，电容C3的另一端接地，电容C2的另一端分别与电容C4的一端、电阻R6的一端电性连接，电阻R5的另一端、电容C4的另一端均与运算放大器LM102的同相输入电性连接，电阻R6的另一端与运算放大器 LM102的输出端电性连接，运算放大器LM102的反相输入端分别与电阻R7的一端、电阻R8的一端电性连接，电阻R7的另一端接地，电阻R8的另一端与运算放大器LM102的输出端电性连接，运算放大器LM102的输出端通过顺次连接的匹配电路、稳压电路和LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，电压传感器通过同轴电缆与放大电路相连。

本实用新型的便携式波形记录仪相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置泄放电路，消除滤波电路输出电压因雷击干扰导致的电压抖动及产生的尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度；

(2)通过在泄放电路中设置匹配电路、稳压电路和LC滤波电路，匹配电路，一方面，用于陷波器与泄放电路的阻抗匹配，提高陷波器输出电信号的功率；另一方面，利用T型电阻网络阻抗高的特点提高电路阻抗，防止尖峰电压过高击穿稳压电路；稳压电路，用于滤除当检测过程中发生雷击时，滤波电路产生的电压抖动和尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度；LC滤波电路，用于滤除匹配电路中T型电阻网络引入的电热噪声，进一步提高波形记录仪的精度；

(3)通过设置低通滤波器和陷波器，低通滤波器用于滤除放大电路输出的电信号中存在的高频干扰；陷波器用于滤除工业环境中存在严重的50Hz-60Hz频段交流干扰信号，提高便携式波形记录仪的测量精度，相比现有常规陷波器，本实施例中陷波器利用T型匹配网络提高输入端阻抗，从而实现低通滤波器与陷波器的阻抗匹配，使得电路功率损耗低；

(4)电压传感器的输出端与放大电路的输入端之间选用同轴电缆相连，保证电压传感器输出的电信号的无损传输。

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为本实用新型的便携式波形记录仪的结构框图；

图2为本实用新型的便携式波形记录仪中陷波器的电路图；

图3为本实用新型的便携式波形记录仪中泄放电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的便携式波形记录仪，其包括电压传感器、处理器、放大电路、滤波电路和泄放电路。

本实施例中，对发电机的三相电压每一相的检测原理都是相同的，因此，在此只介绍其中一相的检测原理。

电压传感器，用于采集发电机的其中一相电压，并将该电压转换为电信号输入至放大电路。本实施例中，电压传感器的输出端与放大电路的输入端电性连接。由于市面上电压传感器的结构和原理都相同，因此，在本实施例中，不对电压传感器的型号做限定，优选的，可以选用LA25-NP/SP13。

放大电路，对电压传感器输出的电信号进行放大处理，将该电信号放大为处理器所能接收的电压。本实施例中，放大电路的输入端与电压传感器的输出端电性连接，放大电路的输出端与滤波电路的输入端电性连接。本实施例中，并不涉及对放大电路结构的改进，因此，在此不再累述放大电路的结构，优选的，放大电路可以选用高输入阻抗放大电路。可选的，为了保证电压传感器输出的电信号的无损传输，电压传感器的输出端与放大电路的输入端之间选用同轴电缆相连。

滤波电路，用于滤除放大电路处理后输出的电信号中存在的高频干扰和工频干扰。本实施例中，滤波电路的输入端与放大电路的输出端电性连接，滤波电路的输出端与泄放电路的输入端电性连接。优选的，如图1所示，滤波电路包括低通滤波器和陷波器。

低通滤波器和陷波器，低通滤波器用于滤除放大电路输出的电信号中存在的高频干扰；常规的滤波电路通常只设置低通滤波器滤除高频干扰，由于电压传感器输出信号为低频信号，而工业环境中存在严重的50Hz-60Hz频段交流干扰信号，导致放大电路输出的电信号存在误差，因此，设置陷波器用于滤除工业环境中存在严重的50Hz-60Hz频段交流干扰信号，提高便携式波形记录仪的测量精度，相比现有常规陷波器，本实施例中陷波器利用T型匹配网络提高输入端阻抗，从而实现低通滤波器与陷波器的阻抗匹配，使得电路功率损耗低。本实施例中，放大电路的输出端通过低通滤波器与陷波器的输入端电性连接，陷波器的输出端与泄放电路的输入端电性连接；其中，陷波器的输出端为滤波电路的输出端。本实施例中，不涉及低通滤波器结构的改进，使用常规的低通滤波器即可滤除高频干扰，因此，在此不再累述低通滤波器的电路结构，优选的，可以选用巴特沃斯低通滤波器。

优选的，如图2所示，陷波器包括电阻R4-R8、电容C2-C4和运算放大器 LM102；具体的，电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、低通滤波器分别与电阻R4的一端、电容C2的一端电性连接，电阻R4的另一端分别与电容C3的一端、电阻R5的一端电性连接，电容C3的另一端接地，电容C2的另一端分别与电容C4的一端、电阻R6的一端电性连接，电阻R5的另一端、电容C4的另一端均与运算放大器LM102的同相输入电性连接，电阻R6的另一端与运算放大器LM102的输出端电性连接，运算放大器LM102的反相输入端分别与电阻R7的一端、电阻R8的一端电性连接，电阻R7的另一端接地，电阻 R8的另一端与运算放大器LM102的输出端电性连接，运算放大器LM102的输出端与泄放电路的输入端电性连接；如图2所示，运算放大器LM102的输出端为陷波器的输出端，Vi为低通滤波器输出的电信号，Vo1为陷波器输出的电信号；其中，电阻R4、电阻R5和电容C3组成T型低通滤波器，电容C2、电容 C4和电阻R6组成T型高通滤波器，电阻R8为负反馈电阻，用于抑制运算放大器LM102的非线性失真，电阻R7为调零电阻，用于消除运算放大器LM102的零漂，电阻R4-R8、电容C2-C4和运算放大器LM102组成陷波器，用于滤除工业环境中存在严重的50Hz-60Hz频段交流干扰信号，提高便携式波形记录仪的测量精度。

泄放电路，常规的波形记录仪中，经放大电路和滤波电路处理后的电信号直接输入至处理器进行处理，忽略了发电机所处的环境因素，由于发电机的采集环境通常为工业环境，存在雷击干扰，当检测过程中发生雷击时，滤波电路输出电压出现抖动甚至出现尖峰电压，轻则造成波形记录仪的精度降低，重则造成波形记录仪内部电子元器件损坏，因此，为了解决上述问题，本实施例中通过设置泄放电路，消除滤波电路输出电压因雷击干扰导致的电压抖动及产生的尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度。本实施例中，泄放电路的输入端与陷波器的输出端电性连接，泄放电路的输出端与处理器的模拟输入端电性连接。优选的，如图1所示，泄放电路包括匹配电路、稳压电路和LC滤波电路。

匹配电路，一方面，用于陷波器与泄放电路的阻抗匹配，提高陷波器输出电信号的功率；另一方面，利用T型电阻网络阻抗高的特点提高电路阻抗，防止尖峰电压过高击穿稳压电路。本实施例中，匹配电路的输入端与陷波器的输出端电性连接，匹配电路的输出端通过顺次连接的稳压电路、LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。优选的，如图3所示，匹配电路包括电阻 R1-R3；运算放大器LM102的输出端通过电阻R1分别与电阻R2的一端、电阻 R3的一端电性连接，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端通过顺次连接的稳压电路、LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。其中，电阻R1-R3组成T型电阻匹配网络，一方面，用于泄放电路的阻抗匹配，提高陷波器输出电信号的功率；另一方面，利用T型电阻网络提高电路阻抗，防止尖峰电压过高损坏电路。

稳压电路，用于滤除当检测过程中发生雷击时，滤波电路产生的电压抖动和尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度。优选的，如图3所示，稳压电路包括瞬态抑制二极管D1、瞬态抑制二极管 D2和二极管D3；具体的，电阻R3的另一端与瞬态抑制二极管D1的负极、二极管D3的负极电性连接，瞬态抑制二极管D1的正极与瞬态抑制二极管D2的正极电性连接，瞬态抑制二极管D2、二极管D3的负极均接地。其中，瞬态抑制二极管D1用于吸收正向的尖峰电压，瞬态抑制二极管D2用于吸收负向的尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，二极管D3用于消除电压抖动，使输入至处理器的电压信号保持稳定，提高波形记录仪的精度。

LC滤波电路，用于滤除匹配电路中T型电阻网络引入的电热噪声，进一步提高波形记录仪的精度。优选的，如图3所示，LC滤波电路包括电感L1和电容C1；具体的，电阻R3的另一端与电感L1的一端电性连接，电感L1的另一端分别与处理器的模拟输入端和电容C1的一端电性连接，电容C1的另一端接地。其中，电感L1和电容C1组成LC滤波电路，用于滤除匹配电路引入的电热噪声，进一步提高波形记录仪的精度。

处理器，用于实时接收LC滤波电路输出的电信号，并对该电信号进行分析处理，得到发电机对应相的相电压信息，对于本领域技术人员而言，针对LC 滤波电路输出的电信号，处理器采用一定的算法来得到发电机对应相的相电压信息是成熟的现有技术，故在此不再赘述，优选的，本实施例的处理器可以为 STM32系列的单片机，STM32系列的单片机内部集成有A/D，LC滤波电路输出的电信号送至STM32系列的单片机A/D的模拟输入通道中，进行A/D转换，最后由STM32系列的单片机进行后续的处理。

本实用新型的工作原理为：电压传感器采集发电机的其中一相电压，并将该电压转换为电信号输入至放大电路,放大电路对电信号进行放大处理，处理后输出电信号至低通滤波电路，由低通滤波电路滤除高频干扰后输出电信号至陷波器，由陷波器滤除工频干扰并将滤波后的电信号输入至匹配电路，匹配电路进行阻抗匹配后将电信号输入至稳压电路，稳压电路滤除因雷击产生的电压抖动和尖峰电压并将处理后的电信号输入至LC滤波电路，由LC滤波电路滤除匹配电路引入的电热噪声并将滤波处理后的信号输入至处理器，最后由处理器得到发电机对应相的相电压信息。

本实施例的有益效果为：通过设置泄放电路，消除滤波电路输出电压因雷击干扰导致的电压抖动及产生的尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度；

通过在泄放电路中设置匹配电路、稳压电路和LC滤波电路，匹配电路，一方面，用于陷波器与泄放电路的阻抗匹配，提高陷波器输出电信号的功率；另一方面，利用T型电阻网络阻抗高的特点提高电路阻抗，防止尖峰电压过高击穿稳压电路；稳压电路，用于滤除当检测过程中发生雷击时，滤波电路产生的电压抖动和尖峰电压，保护波形记录仪内部电子元器件不被损坏，提高波形记录仪的精度；LC滤波电路，用于滤除匹配电路中T型电阻网络引入的电热噪声，进一步提高波形记录仪的精度；

通过设置低通滤波器和陷波器，低通滤波器用于滤除放大电路输出的电信号中存在的高频干扰；陷波器用于滤除工业环境中存在严重的50Hz-60Hz频段交流干扰信号，提高便携式波形记录仪的测量精度，相比现有常规陷波器，本实施例中陷波器利用T型匹配网络提高输入端阻抗，从而实现低通滤波器与陷波器的阻抗匹配，使得电路功率损耗低；

电压传感器的输出端与放大电路的输入端之间选用同轴电缆相连，保证电压传感器输出的电信号的无损传输。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.便携式波形记录仪，其包括电压传感器、处理器、放大电路和滤波电路，其特征在于：还包括泄放电路；

所述电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、滤波电路、泄放电路与处理器的模拟输入端电性连接。

2.如权利要求1所述的便携式波形记录仪，其特征在于：所述泄放电路包括匹配电路、稳压电路和LC滤波电路；

所述电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、滤波电路、匹配电路、稳压电路和LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。

3.如权利要求2所述的便携式波形记录仪，其特征在于：所述匹配电路包括电阻R1-R3；

所述电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、滤波电路和电阻R1分别与电阻R2的一端、电阻R3的一端电性连接，电阻R2的另一端接地，电阻R3的另一端通过顺次连接的稳压电路、LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。

4.如权利要求3所述的便携式波形记录仪，其特征在于：所述稳压电路包括瞬态抑制二极管D1、瞬态抑制二极管D2和二极管D3；

所述电阻R3的另一端与瞬态抑制二极管D1的负极、二极管D3的负极电性连接，瞬态抑制二极管D1的正极与瞬态抑制二极管D2的正极电性连接，瞬态抑制二极管D2、二极管D3的负极均接地。

5.如权利要求4所述的便携式波形记录仪，其特征在于：所述LC滤波电路包括电感L1和电容C1；

所述电阻R3的另一端与电感L1的一端电性连接，电感L1的另一端分别与处理器的模拟输入端和电容C1的一端电性连接，电容C1的另一端接地。

6.如权利要求1或2所述的便携式波形记录仪，其特征在于：所述滤波电路包括低通滤波器和陷波器；

所述电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、低通滤波器、陷波器、匹配电路、稳压电路和LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。

7.如权利要求6所述的便携式波形记录仪，其特征在于：所述陷波器包括电阻R4-R8、电容C2-C4和运算放大器LM102；

所述电压传感器的输出端通过顺次连接的放大电路、低通滤波器分别与电阻R4的一端、电容C2的一端电性连接，电阻R4的另一端分别与电容C3的一端、电阻R5的一端电性连接，电容C3的另一端接地，电容C2的另一端分别与电容C4的一端、电阻R6的一端电性连接，电阻R5的另一端、电容C4的另一端均与运算放大器LM102的同相输入电性连接，电阻R6的另一端与运算放大器LM102的输出端电性连接，运算放大器LM102的反相输入端分别与电阻R7的一端、电阻R8的一端电性连接，电阻R7的另一端接地，电阻R8的另一端与运算放大器LM102的输出端电性连接，运算放大器LM102的输出端通过顺次连接的匹配电路、稳压电路和LC滤波电路与处理器的模拟输入端电性连接。

8.如权利要求1所述的便携式波形记录仪，其特征在于：所述电压传感器通过同轴电缆与放大电路相连。

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