CN216209620U - 一种高频局放信号采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高频局放信号采集系统，属于电力系统检测领域。该局放信号采集系统包括：局放检测模块、信号调理模块、数据采集模块、PCIE数据转换模块和存储计算机，局放检测模块与电缆连接，信号调理模块与局放检测模块连接，数据采集模块与信号调理模块连接，PCIE数据转换模块与数据采集模块连接，存储计算机与PCIE数据转换模块连接，其中，PCIE数据转换模块包括PCIE接口传输通道，其传输速率大于等于4.8Gbit/s。本实用新型通过通过最高传输速率为8Gbit/s的PCIE数据转换模块的高速数据转换和传输能够完成总数据率为4.8Gbit/s的数据传输任务，能够使信号采集系统不再需要额外的时间开销，可进行全时全速率采集、存储和分析，可完全满足对局放信号检测要求较高的场景。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统检测领域，具体是一种高频局放信号采集系统。
背景技术
在电力系统中，高频局放信号的检测对于电力电缆的状态评估有着举足轻重的作用。如果发现某段电缆有局放信号，则预示着这段电缆有绝缘缺陷，如不及时检修，很可能逐渐演变成绝缘击穿，从而导致电缆的停电事故。因此，局放检测技术的有效性对于电缆运维人员有重要的现实意义。
高频局放信号存在的频率区间为3Mhz～30MHz，目前常规的检测技术是采用100MHz的采样频率对高频局放信号进行采集，采集一定时间段的信号或者以某一个电平门限作为触发值，对局放信号进行抓取和存储，然后传输给计算机，通信方式多为以太网通信。
例如局放采样率≧100MHz，以16bit分辨率的ADC为例，工作在100MHz频率下的ADC，其单个通道数据率为100M×16bit/s=1.6Gbit/s，而一般来说局放需要同时采集3个通道的信号，因此总数据率为1.6Gbit/s *3=4.8Gbit/s，此速率远超目前的千兆以太网速率，因此常规的高频局放设备无法实现全时全速率工作，因此不能做到100MHz全时全速率的采集、存储和分析，而必须有一段时间用于传输及设备内部程序开销，这就导致在采集的间歇期间，可能会有偶发的局放信号被漏检，这种情况下漏检对于新投运的电缆影响尤其严重，可导致无法真正判别新建电缆是否安全可靠，因此需要提供一种能够全时全速率采集、存储和分析的高频局放信号采集系统。
发明内容
发明目的：提供一种高频局放信号采集系统，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种高频局放信号采集系统，用于检测电缆的局放信号，
该采集系统包括：局放检测模块，与电缆连接，用于检测电缆的工作状态产生检测信号。
信号调理模块，与局放检测模块连接，用于将检测信号转换至预定电压范围内。
数据采集模块，与信号调理模块连接，用于将经过信号调理的检测信号进行高速模数转换为数字检测信号。
PCIE数据转换模块，与数据采集模块连接，用于将数字检测信号转换为计算机接收的检测数据。
存储计算机，与PCIE数据转换模块连接，用于存储检测数据。
其中，所述PCIE数据转换模块包括PCIE接口传输通道，其传输速率大于等于4.8Gbit/s。
在进一步的实施例中，所述信号调理模块的转换速率大于等于100MHz，转换位数大于等于16位。
在进一步的实施例中，所述PCIE接口传输通道的版本是PCIE gen1.0、PCIEgen2.0和PCIE gen3.0中的任意一种。
在进一步的实施例中，PCIE接口传输通道的接口数量是PCIE x1、PCIE x2、PCIEx4、PCIE x8和PCIE x16中的任意一种。
在带宽不足时可以使用x1、x2、x4、x8和x16等接口进行扩展，使传输速率能够完全满足局放全速工作需求。
在进一步的实施例中，所述信号调理模块包括：连接单元、射频跟随单元、单端转差分运放单元。
连接单元，输入端与局放检测模块连接，输出端与射频跟随单元的输入端连接，接地端接地。
射频跟随单元，输出端与单端转差分运放连接，用于提高检测信号的输出驱动能力。
单端转差分运放单元，输出端与数据采集模块连接，将单端的信号转换为差分信号。
在进一步的实施例中，所述信号调理模块还包括：阻抗匹配电阻。
阻抗匹配电阻，一端与连接单元的输出端连接，另一端接地，用于调整检测信号波形。
在进一步的实施例中，所述PCIE数据转换模块包括：内存单元、中断单元、控制单元和PCIE接口传输通道。
内存单元，与数据采集模块连接，用于存储数据采集模块的数字检测信号。
中断单元，与内存单元和存储计算机连接，用于检测内存单元内的数据量，以及向存储计算机内传输中断信号。
控制单元，与内存单元和存储计算机连接，用于接收计算机的传输指令，以及控制内存单元向存储计算机传输数据。
PCIE接口传输通道，与内存单元和存储计算机连接，所述内存单元通过PCIE接口传输通道将数据传输至存储计算机中。
有益效果：本实用新型公开了一种高频局放信号采集系统，该高频局放信号采集系统通过高频局放传感器、信号调理模块、高速数据采集模块、PCIE数据转换模块、高速存储计算机等，将高频局放信号进行信号调理后，由高速数据采集模块进行模数转换，然后数字信号通过PCIE数据转换模块转换为高速存储计算机能直接接收的信号，然后存储至计算机的存储空间中，在这个过程中所有的处理过程均为流水线式操作，通过最高传输速率为8Gbit/s的PCIE数据转换模块的高速数据转换和传输能够完成总数据率为4.8Gbit/s的数据传输任务，能够使信号采集系统不再需要额外的时间开销，可进行长时间、不间断的信号采集、传输、存储，可完全满足对局放信号检测要求较高的场景，具有较高的实际应用价值。
附图说明
图1是本实用新型的系统连接关系示意图。
图2是本实用新型的信号调理模块实施例示意图。
图3是本实用新型的PCIE数据转换模块示意图。
图4是本实用新型的PCIE数据转换模块工作流程示意图。
图1至图4所示附图标记为：局放检测模块1、信号调理模块2、数据采集模块3、PCIE数据转换模块4、存储计算机5、连接单元21、射频跟随单元22、单端转差分运放单元23、阻抗匹配电阻24。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
本申请公开了一种能够全时全速率采集、存储和分析的高频局放信号采集系统。
该局放信号采集系统包括：局放检测模块1、信号调理模块2、数据采集模块3、PCIE数据转换模块4和存储计算机5。
局放检测模块1可以包括与电缆连接的高频局放传感器，以及与高频局放传感器连接的接地线和接地箱。
信号调理模块2与局放检测模块1的高频局放传感器连接，数据采集模块3与信号调理模块2连接，PCIE数据转换模块4与数据采集模块3连接，存储计算机5与PCIE数据转换模块4连接，其中，局放检测模块1用于检测电缆的工作状态产生检测信号，信号调理模块2用于将检测信号转换至预定电压范围内，数据采集模块3用于将经过信号调理的检测信号进行高速模数转换为数字检测信号，PCIE数据转换模块4用于将数字检测信号转换为计算机接收的检测数据，存储计算机5用于存储检测数据，其中PCIE数据转换模块4包括PCIE接口传输通道，其传输速率大于等于4.8Gbit/s。
在本实施例中，信号调理模块2的转换速率大于等于100MHz，转换位数大于等于16位。
在本实施例中，PCIE接口传输通道的版本是PCIE gen1.0、PCIE gen2.0和PCIEgen3.0中的任意一种。
在本实施例中，PCIE接口传输通道的接口数量是PCIE x1、PCIE x2、PCIE x4、PCIEx8和PCIE x16中的任意一种，在x1接口的带宽不足时可以使用x2、x4、x8、x16等进行扩展，使其传输速率能够完全满足局放全速工作需求。
以PCIE gen3.0 x1 通道为例，其传输速率可达8Gbit/s，版本大于gen3.0的PCIE接口传输通道的x1接口时的传输速率就已超过8Gbit/s，能够满足局放数据的传输，而版本小于gen3.0的PCIE接口传输通道的传输速率虽然小于8Gbit/s，但是可以在传输速率小于4.8Gbit/s无法满足局放数据传输的带宽时，使用x2、x4、x8、x16等扩展接口进行扩展，使其传输速率能够完全满足局放全速工作需求。
工作原理：局放检测模块1的高频局放传感器与信号调理模块2相连，信号调理模块2将检测信号转换至合适的电压范围后发送至高速数据采集模块3，高速数据采集模块3将经过信号调理的信号进行高速模数转换，其转换速率大于等于100MHz，转换位数大于等于16位，转换后的数字信号进入PCIE数据转换模块4，在PCIE数据转换模块4内转换为计算机可接收的数据，高速存储计算机5接收来自PCIE数据转换模块4的数据，并高速写入本机硬盘中。
通过高频局放传感器、信号调理模块2、高速数据采集模块3、PCIE数据转换模块4、高速存储计算机5等，将高频局放信号进行信号调理后，由高速数据采集模块3进行模数转换，然后数字信号通过PCIE数据转换模块4转换为高速存储计算机5能直接接收的信号，然后存储至计算机的存储空间中，在这个过程中所有的处理过程均为流水线式操作，通过传输速率大于等于4.8Gbit/s的PCIE数据转换模块4的高速数据转换和传输能够完成总数据为4.8Gbit/s的数据传输任务，能够使信号采集系统不再需要额外的时间开销，可进行长时间、不间断的信号采集、传输、存储，可完全满足对局放信号检测要求较高的场景，具有较高的实际应用价值。
在进一步的实施例中，信号调理模块2包括：连接单元21、射频跟随单元22、单端转差分运放单元23。
连接单元21的输入端与局放检测模块1连接，输出端与射频跟随单元22的输入端连接，接地端接地，射频跟随单元22的输出端与单端转差分运放连接，单端转差分运放单元23的输出端与数据采集模块3连接，其中射频跟随单元22用于提高检测信号的输出驱动能力，单端转差分运放单元23将单端的信号转换为差分信号。
在本实施例中，信号调理模块2还包括：阻抗匹配电阻24。
阻抗匹配电阻24的一端与连接单元21的输出端连接，另一端接地，阻抗匹配电阻24用于调整检测信号波形。
工作原理：局放检测模块1的输出信号通过连接单元21进入信号调理模块2，然后通过阻抗匹配电阻24得到较好的信号波形，然后信号进入射频跟随单元22提高输出驱动能力，同时减少后级电路对前级的影响，射频跟随单元22的输出端接入单端转差分运放单元23，将单端的信号转换为差分信号，提升信号质量，同时兼容后级电路，单端转差分运放单元23输出端的差分信号将与下级的高速数据采集模块3相连。
在进一步的实施例中，PCIE数据转换模块4包括：内存单元、中断单元、控制单元和PCIE接口传输通道。
内存单元与数据采集模块3连接，中断单元与内存单元和存储计算机5连接，控制单元与内存单元和存储计算机5连接，PCIE接口传输通道与内存单元和存储计算机5连接，内存单元用于存储数据采集模块3的数字检测信号，中断单元用于检测内存单元内的数据量，以及向存储计算机5内传输中断信号，控制单元用于接收计算机的传输指令，以及控制内存单元向存储计算机5传输数据，内存单元通过PCIE接口传输通道将数据传输至存储计算机5中。
工作原理：经过高速数据采集电路后的数据将存入内存单元中，当采集的数据量达到一定值时，中断单元将产生一个中断信号通知计算机有数据到达，计算机接收到中断信号后下达传输指令，控制单元接收到计算机的传输指令，将内存单元中的数据通过PCIE接口传输通道传输至高速存储计算机5中，然后下达传输完成指令，等待下一次的传输。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。
Claims (7)
1.一种高频局放信号采集系统，用于检测电缆的局放信号，
其特征在于，包括：
局放检测模块，与电缆连接，用于检测电缆的工作状态产生检测信号；
信号调理模块，与局放检测模块连接，用于将检测信号转换至预定电压范围内；
数据采集模块，与信号调理模块连接，用于将经过信号调理的检测信号进行高速模数转换为数字检测信号；
PCIE数据转换模块，与数据采集模块连接，用于将数字检测信号转换为计算机接收的检测数据；
存储计算机，与PCIE数据转换模块连接，用于存储检测数据；
其中，所述PCIE数据转换模块包括PCIE接口传输通道，其传输速率大于等于4.8Gbit/s。
2.根据权利要求1所述一种高频局放信号采集系统，其特征在于，
所述信号调理模块的转换速率大于等于100MHz，转换位数大于等于16位。
3.根据权利要求1所述一种高频局放信号采集系统，其特征在于，
所述PCIE接口传输通道的版本是PCIE gen1.0、PCIE gen2.0和PCIE gen3.0中的任意一种。
4.根据权利要求3所述一种高频局放信号采集系统，其特征在于，
所述PCIE接口传输通道的接口数量是PCIE x1、PCIE x2、PCIE x4、PCIE x8和PCIE x16中的任意一种。
5.根据权利要求1所述一种高频局放信号采集系统，其特征在于，
所述信号调理模块包括：连接单元、射频跟随单元、单端转差分运放单元；
连接单元，输入端与局放检测模块连接，输出端与射频跟随单元的输入端连接，接地端接地；
射频跟随单元，输出端与单端转差分运放连接，用于提高检测信号的输出驱动能力；
单端转差分运放单元，输出端与数据采集模块连接，将单端的信号转换为差分信号。
6.根据权利要求4所述一种高频局放信号采集系统，其特征在于，
所述信号调理模块还包括：阻抗匹配电阻，
阻抗匹配电阻，一端与连接单元的输出端连接，另一端接地，用于调整检测信号波形。
7.根据权利要求1所述一种高频局放信号采集系统，其特征在于，
所述PCIE数据转换模块包括：内存单元、中断单元、控制单元和PCIE接口传输通道；
内存单元，与数据采集模块连接，用于存储数据采集模块的数字检测信号；
中断单元，与内存单元和存储计算机连接，用于检测内存单元内的数据量，以及向存储计算机内传输中断信号；
控制单元，与内存单元和存储计算机连接，用于接收计算机的传输指令，以及控制内存单元向存储计算机传输数据；
PCIE接口传输通道，与内存单元和存储计算机连接，所述内存单元通过PCIE接口传输通道将数据传输至存储计算机中。
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| CN (1) | CN216209620U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230216508A1 (en) * | 2022-01-05 | 2023-07-06 | Xilinx, Inc. | FAST LINE RATE SWITCHING IN PERIPHERAL COMPONENT INTERCONNECT EXPRESS (PCIe) ANALYZERS |
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2021
- 2021-10-29 CN CN202122625925.3U patent/CN216209620U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20230216508A1 (en) * | 2022-01-05 | 2023-07-06 | Xilinx, Inc. | FAST LINE RATE SWITCHING IN PERIPHERAL COMPONENT INTERCONNECT EXPRESS (PCIe) ANALYZERS |
| US11705910B1 (en) * | 2022-01-05 | 2023-07-18 | Xilinx, Inc. | Fast line rate switching in peripheral component interconnect express (PCIe) analyzers |
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