CN217034133U - 一种红外及局放信号综合检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外及局放信号综合检测装置，包括机体，机体具有信号采集及处理单元，信号采集及处理单元包括：CPU；红外信号采集模块，用于采集红外信号；TEV信号采集模块，用于采集TEV信号；超声信号采集模块，用于采集超声信号；FPGA信号处理模块，接收红外信号采集模块、TEV信号采集模块以及超声信号采集模块的红外信号、TEV信号以及超声信号，并对所述红外信号、TEV信号以及超声信号进行处理，并将处理结果发送至CPU；云平台，接收并存储所述CPU上传的数据信息。本实用新型中可将红外信号、TEV信号、超声信号统一在单个FPGA中进行信号处理，有效缩减检测仪器的体积。另外在信号处理中对多维采集信号进行隔离，屏蔽干扰，多功能检测不相互影响。

Description

一种红外及局放信号综合检测装置

技术领域

本实用新型涉及电力设备检测技术领域，具体涉及一种红外及局放信号综合检测装置。

背景技术

目前市面上应用于电力设备巡检中使用的红外热像仪以及局放检测仪具有如下特点以及缺陷：

1)红外热像仪和局放检测仪各自以单独的传感器为中心完成单一电力故障检测任务，电力巡检工作者必须携带多种不同检测装置才能完成多项带电检测任务，检测效率相对比较低下；

2)也有某些国内外厂家对红外热像仪及局放检测仪进行集成设计，但设计简单，仅仅是将多种检测模块装配在一起，使得测量仪器的体积庞大，不方便携带，并且多维采集信号相互之间存在干扰，影响检测结果；而且多种检测功能集成后仪器的功耗大，减少了仪器实用时间，降低电力巡检的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供为实现上述目的一种红外及局放信号综合检测装置。

本实用新型采用以下技术方案：

一种红外及局放信号综合检测装置，包括机体，所述机体具有信号采集及处理单元，所述信号采集及处理单元包括：

CPU；

红外信号采集模块，用于采集红外信号；

TEV信号采集模块，用于采集TEV信号；

超声信号采集模块，用于采集超声信号；

FPGA信号处理模块，接收所述红外信号采集模块、TEV信号采集模块以及超声信号采集模块的红外信号、TEV信号以及超声信号，并对所述红外信号、TEV信号以及超声信号进行处理，并将处理结果发送至所述CPU；

云平台，接收并存储所述CPU上传的数据信息。

本实用新型中红外信号采集模块采集的红外信号、TEV信号采集模块采集的TEV信号以及超声信号采集模块采集的超声信号统一于单个FPGA信号处理模块内进行处理，有效缩减检测仪器的部件数量，即可有效缩减机体的体积大小。另外在信号处理中可以对多维采集信号进行配置控制关闭或打开相应的采集模块、信号处理模块进行隔离，屏蔽干扰，多功能检测相互不影响。

本实用新型具体应用时，可以有多种形式，例如：

本实用新型中FPGA信号处理模块可以采用CycloneV系列FPGA5CEFA5U19I7N，可以根据实际需要进行处理设置，设置一些现有常规的处理方法，例如其中红外信号处理包括：非均匀校正、降噪、去盲元、动态范围压缩、细节增强。TEV信号处理包括：TEV脉冲计数、TEV测量值计算、TEV最大值计算、TEV信号烈度计算。超声信号处理包括：超声波测量值计算、超声波最大值计算。其中的各个信号的处理方法为现有常规的方法，在此不做赘述。

经过FPGA信号处理模块处理之后的各个数据，分别通过中断信号通知CPU，CPU接收中断信号并对红外、TEV、超声信号处理结果进行统筹协调处理、显示、诊断、及数据存储。其中统筹协调处理、显示、诊断、及数据存储方式均为现有常规的方式，在此不做详细描述。

本实用新型中CPU的形式可以有多种，采用现有多种形式都可以，作为优选，所述CPU可采用NXP的IMX6系列处理器，与FPGA信号处理模块之间通过EIM总线进行数据采集与配置管理。

本实用新型中红外信号采集模块、TEV信号采集模块以及超声信号采集模块的结构形式可以有多种，采用现有多种方式也可以。

作为优选，所述红外信号采集模块包括：

红外探测器，用于将红外光转换成阵列式的红外电信号；

红外镜头，用于将红外光聚焦在所述红外探测器上；

模拟前端模块，用于红外探测器转换得到的红外电信号进行放大处理；

数模转换器，用于为红外探测器提供精准的低噪、低纹波配置电压；

模数转换器，用于将模拟前端模块放大处理得到的红外电信号转换成数字信号，并传递至所述FPGA信号处理模块。

本实用新型中红外辐射通过红外镜头聚焦至红外采集模块的红外探测器，(其中红外探测器的型号可以为ULIS PICO640-046)，红外探测器将红外辐射转换为电信号，通过模数转换器AD9240转换为红外数字信号。红外采集模块的数模转换芯片DAC7568为红外探测器提供精准的低噪、低纹波配置电压，并由CPU上层软件进行控制配置。

作为优选，所述TEV信号采集模块包括：

TEV传感器，获取瞬态地电压信号；

模拟前端模块，对所述TEV传感器获取的瞬态地电压信号进行放大以及降噪处理；

模数转换器，将所述模拟前端模块处理之后的模拟信号转换为数字化TEV信号，并将转换后的数字化TEV信号传递至所述FPGA信号处理模块进行处理。

作为优选，所述TEV信号采集模块中的模拟前端模块包括依次连接的电压跟随器、5阶LCΠ型滤波器、对数检波器、RC滤波器以及单端转差分器。

本实用新型中TEV传感器信号连接电压跟随器输出，通过5阶LCΠ型滤波器滤波后，进行对数检波，对数检波输出经RC滤波以及单端转差分输入模数转换器LTC2252，用采样频率27MHZ时钟转换成数字化的TEV信号。

作为优选，所述超声信号采集模块包括：

超声传感器，获取超声信号；

模拟前端模块，对所述超声传感器获取的超声信号进行放大以及降噪处理；

模数转换器，将所述模拟前端模块处理之后的模拟信号转换为数字化超声信号，并将转换后的数字化超声信号传递至所述FPGA信号处理模块进行处理。

作为优选，所述超声信号采集模块中的模拟前端模块包括依次连接的信号放大模块、模拟开关、40KHz带通滤波器、对数检波器以及RC滤波器。

作为优选，所述信号放大电路包括信号放大器以及分别与所述信号放大器连接的带通放大器和信号缩放器，超声信号经信号放大器放大处理之后，可分别经过所述带通放大器和信号缩放器处理，并传递至模拟开关。

作为优选，还包括音频输出单元，所述音频输出单元包括依次连接的音频信号放大器、与所述音频信号放大器、模拟乘法器、带通滤波器以及音频输出端口，所述音频信号放大器与所述信号放大器连接。

作为优选，所述信号放大器为2000倍信号放大器；所述带通放大器为10倍带通放大器；所述信号缩放器为1/3信号缩放器；所述带通滤波器为2KHz带通滤波器；所述音频信号放大器为5倍信号放大器。本实用新型中超声信号传感器信号输出通过高灵敏度低噪放大器放大，再经由信号匹配选择网络放大或缩小选择输出，经由40KHz带通滤波网络输出，再通过对数检波与RC滤波，采用模数转换器AD4008用采样频率为400Khz时钟采集转换成数字化的超声信号。

作为优选，所述机体外部具有用于显示数据信息且可触摸交互的触摸显示屏。

另外本实用新型中还可以根据实际需要预先设置一些控制指令，例如本实用新型中红外采集模块、TEV信号采集模块、超声信号采集模块分别接入FPGA信号处理模块，CPU可向所述FPGA信号处理模块发送指令，FPGA信号处理模块可根据上层指令分别开启或关闭各个信号采集与处理模块，节省功耗。

本实用新型中还可以根据需要进行动态功耗管理，优化电池使用寿命，即使使用单一设备相同容量的电池也能同时兼顾检测时长的保障。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)本实用新型可将红外热像仪和局放检测仪可以有机整合成为一体化设计，携带一台设备同时完成电力设备的温度故障检测以及局部放电故障的检测；

(2)本实用新型中可将红外信号、TEV信号、超声信号统一在单个FPGA中进行信号处理，有效缩减检测仪器的体积。另外在信号处理中对多维采集信号可进行隔离，屏蔽干扰，多功能检测不相互影响。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例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为本实施例中信号采集及处理单元的框架示意图。

图2为本实施例中TEV信号采集模块的框架示意图。

图3为本实施例中红外信号采集模块的框架示意图。

图4为本实施例的一种红外及局放信号综合检测装置的结构示意图。

附图标记：

1、CPU；2、TEV信号采集模块；3、红外信号采集模块；4、超声信号采集模块；5、FPGA信号处理模块；6、云平台。7、触摸显示屏；8、机体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本实施例为一种红外及局放信号综合检测装置，参阅图1所示，本实施例包括机体8，机体8具有信号采集及处理单元，信号采集及处理单元包括：

CPU1；

红外信号采集模块3，用于采集红外信号；

TEV信号采集模块2，用于采集TEV信号；

超声信号采集模块4，用于采集超声信号；

FPGA信号处理模块5，接收红外信号采集模块3、TEV信号采集模块2以及超声信号采集模块4的红外信号、TEV信号以及超声信号，并对红外信号、TEV信号以及超声信号进行处理，并将处理结果发送至CPU1；

云平台6，接收并存储CPU1上传的数据信息。

本实施例中红外信号采集模块3采集的红外信号、TEV信号采集模块2采集的TEV信号以及超声信号采集模块4采集的超声信号统一于单个FPGA信号处理模块5内进行处理，有效缩减检测仪器的部件数量，即可有效缩减机体的体积大小。另外在信号处理中可以对多维采集信号进行配置控制关闭或打开相应的采集模块、信号处理模块进行隔离，屏蔽干扰，多功能检测相互不影响。

本实施例具体应用时，可以有多种形式，例如：

本实施例中FPGA信号处理模块5可以采用CycloneV系列FPGA5CEFA5U19I7N，可以根据实际需要进行处理设置，设置一些现有常规的处理方法，例如其中红外信号处理包括：非均匀校正、降噪、去盲元、动态范围压缩、细节增强。TEV信号处理包括：TEV脉冲计数、TEV测量值计算、TEV最大值计算、TEV信号烈度计算。超声信号处理包括：超声波测量值计算、超声波最大值计算。其中的各个信号的处理方法为现有常规的方法，在此不做赘述。

经过FPGA信号处理模块5处理之后的各个数据，分别通过中断信号通知CPU1，CPU1接收中断信号并对红外、TEV、超声信号处理结果进行统筹协调处理、显示、诊断、及数据存储。其中统筹协调处理、显示、诊断、及数据存储方式均为现有常规的方式，在此不做详细描述。

另外，本实施例中CPU1的形式可以有多种，采用现有多种形式都可以，在一实施例中，CPU1可采用NXP的IMX6系列处理器，与FPGA信号处理模块5之间通过EIM总线进行数据采集与配置管理。

另外，本实施例中红外信号采集模块3、EV信号采集模块以及超声信号采集模块4的结构形式可以有多种，采用现有多种方式也可以。例如如下：

在一实施例中，红外信号采集模块3包括：

红外探测器，用于将红外光转换成阵列式的红外电信号；

红外镜头，用于将红外光聚焦在红外探测器上；

模拟前端模块，用于红外探测器转换得到的红外电信号进行放大处理；

数模转换器，用于为红外探测器提供精准的低噪、低纹波配置电压；

模数转换器，用于将模拟前端模块放大处理得到的红外电信号转换成数字信号，并传递至FPGA信号处理模块5。

本实施例中红外辐射通过红外镜头聚焦至红外采集模块的红外探测器，(其中红外探测器的型号可以为ULIS PICO640-046)，红外探测器将红外辐射转换为电信号，通过模数转换器AD9240转换为红外数字信号。红外采集模块的数模转换芯片DAC7568为红外探测器提供精准的低噪、低纹波配置电压，并有CPU1上层软件进行控制配置。

在一实施例中，TEV信号采集模块2包括：

TEV传感器，获取瞬态地电压信号；

模拟前端模块，对TEV传感器获取的瞬态地电压信号进行放大以及降噪处理；

模数转换器，将模拟前端模块处理之后的模拟信号转换为数字化TEV信号，并将转换后的数字化TEV信号传递至FPGA信号处理模块5进行处理。

在一实施例中，参阅图2所示，该实施例中TEV信号采集模块2中的模拟前端模块包括依次连接的电压跟随器、5阶LCΠ型滤波器、对数检波器、RC滤波器以及单端转差分器。

本实施例中TEV传感器信号连接电压跟随器输出，通过5阶LCΠ型滤波器滤波后，进行对数检波，对数检波输出经RC滤波以及单端转差分输入模数转换器LTC2252，用采样频率27MHZ时钟转换成数字化的TEV信号。

在一实施例中，超声信号采集模块4包括：

超声传感器，获取超声信号；

模拟前端模块，对超声传感器获取的超声信号进行放大以及降噪处理；

模数转换器，将模拟前端模块处理之后的模拟信号转换为数字化超声信号，并将转换后的数字化超声信号传递至FPGA信号处理模块5进行处理。

在一实施例中，参阅图3所示，该实施例中超声信号采集模块4中的模拟前端模块包括依次连接的信号放大模块、模拟开关、40KHz带通滤波器、对数检波器以及RC滤波器。

在一实施例中，信号放大电路包括信号放大器以及分别与信号放大器连接的带通放大器和信号缩放器，超声信号经信号放大器放大处理之后，可分别经过带通放大器和信号缩放器处理，并传递至模拟开关。

在一实施例中，还包括音频输出单元，所述音频输出单元包括依次连接的音频信号放大器、与所述音频信号放大器、模拟乘法器、带通滤波器以及音频输出端口，所述音频信号放大器与所述信号放大器连接。本实施例中可以将采集的超声信号进行信号放大以及滤波处理，获得音频信号。

在一实施例中，信号放大器为2000倍信号放大器；带通放大器为10倍带通放大器；信号缩放器为1/3信号缩放器；所述带通滤波器为2KHz带通滤波器；所述音频信号放大器为5倍信号放大器。

本实施例中超声信号传感器信号输出通过高灵敏度低噪放大器放大，再经由信号匹配选择网络放大或缩小选择输出，经由40KHz带通滤波网络输出，再通过对数检波与RC滤波，采用模数转换器AD4008用采样频率为400Khz时钟采集转换成数字化的超声信号。

如图4所示，在一实施例中，机体8外部具有用于显示数据信息且可触摸交互的触摸显示屏7。采集的数据以及处理的数据信息可以通过触摸显示屏7显示，并且也可以触目显示屏进行交互设置。

另外本实施例中还可以根据实际需要预先设置一些控制指令，例如本实施例中红外采集模块、TEV信号采集模块2、超声信号采集模块4分别接入FPGA信号处理模块5，CPU1可向FPGA信号处理模块5发送指令，FPGA信号处理模块5可根据上层指令分别开启或关闭各个信号采集与处理模块，节省功耗。

本实施例中还可以根据需要进行动态功耗管理，优化电池使用寿命，即使使用单一设备相同容量的电池也能同时兼顾检测时长的保障。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种红外及局放信号综合检测装置，包括机体，所述机体具有信号采集及处理单元，其特征在于，所述信号采集及处理单元包括：

CPU；

红外信号采集模块，用于采集红外信号；

TEV信号采集模块，用于采集TEV信号；

超声信号采集模块，用于采集超声信号；

FPGA信号处理模块，接收所述红外信号采集模块、TEV信号采集模块以及超声信号采集模块的红外信号、TEV信号以及超声信号，并对所述红外信号、TEV信号以及超声信号进行处理，并将处理结果发送至所述CPU；

云平台，接收并存储所述CPU上传的数据信息。

2.根据权利要求1所述的红外及局放信号综合检测装置，其特征在于，所述红外信号采集模块包括：

红外探测器，用于将红外光转换成阵列式的红外电信号；

红外镜头，用于将红外光聚焦在所述红外探测器上；

模拟前端模块，用于红外探测器转换得到的红外电信号进行放大处理；

模数转换器，用于将模拟前端模块放大处理得到的红外电信号转换成数字信号，并传递至所述FPGA信号处理模块。

3.根据权利要求1所述的红外及局放信号综合检测装置，其特征在于，所述TEV信号采集模块包括：

TEV传感器，获取瞬态地电压信号；

模拟前端模块，对所述TEV传感器获取的瞬态地电压信号进行放大以及降噪处理；

数模转换器，用于为红外探测器提供精准的低噪、低纹波配置电压；

模数转换器，将所述模拟前端模块处理之后的模拟信号转换为数字化TEV信号，并将转换后的数字化TEV信号传递至所述FPGA信号处理模块进行处理。

4.根据权利要求3所述的红外及局放信号综合检测装置，其特征在于，所述TEV信号采集模块中的模拟前端模块包括依次连接的电压跟随器、5阶LCΠ型滤波器、对数检波器、RC滤波器以及单端转差分器。

5.根据权利要求1所述的红外及局放信号综合检测装置，其特征在于，所述超声信号采集模块包括：

超声传感器，获取超声信号；

模拟前端模块，对所述超声传感器获取的超声信号进行放大以及降噪处理；

模数转换器，将所述模拟前端模块处理之后的模拟信号转换为数字化超声信号，并将转换后的数字化超声信号传递至所述FPGA信号处理模块进行处理。

6.根据权利要求5所述的红外及局放信号综合检测装置，其特征在于，所述超声信号采集模块中的模拟前端模块包括依次连接的信号放大模块、模拟开关、40KHz带通滤波器、对数检波器以及RC滤波器。

7.根据权利要求6所述的红外及局放信号综合检测装置，其特征在于，所述信号放大电路包括信号放大器以及分别与所述信号放大器连接的带通放大器和信号缩放器，超声信号经信号放大器放大处理之后，可分别经过所述带通放大器和信号缩放器处理，并传递至模拟开关。

8.根据权利要求7所述的红外及局放信号综合检测装置，其特征在于，还包括音频输出单元，所述音频输出单元包括依次连接的音频信号放大器、与所述音频信号放大器、模拟乘法器、带通滤波器以及音频输出端口，所述音频信号放大器与所述信号放大器连接。

9.根据权利要求1所述的红外及局放信号综合检测装置，其特征在于，所述机体外部具有用于显示数据信息且可触摸交互的触摸显示屏。

10.根据权利要求2所述的红外及局放信号综合检测装置，其特征在于，所述FPGA信号处理模块采用CycloneV系列FPGA 5CEFA5U19I7N，所述CPU采用NXP的IMX6系列处理器，与FPGA信号处理模块之间通过EIM总线进行数据采集与配置管理；所述红外探测器的型号为红外探测器ULISPICO640-046。

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