CN218938485U - 一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用装置自动调整校准替换人工操作校准、提高效率及准确度的可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置。该装置包括ARM MCU芯片、FPGA芯片、无线通讯模组、触摸显示屏、EEPROM存储器、EMMC存储器、电源、8个8通道同步采样ADC、64个积分器、64个放大器、64个罗氏线圈电流传感器；该装置可同时对多达64套罗氏线圈积分器进行校准，大大提高效率，还可以两台装置并用，可以实现大于64通道的需要，该装置由ARM MCU芯片控制调整积分电路，从而实现对罗氏线圈电流测量自动校准、实现自动化测量、计算、校准，避免人工操作产生的误差，适合在在线监测技术领域推广应用。

Description

一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置

技术领域

本实用新型涉及在线监测技术领域，具体涉及一种用于接地环流故障诊断的多通道电流电压采集装置。

背景技术

罗氏线圈电流互感器是一类有源电子式电流互感器，利用罗氏线圈作为传感元件，将电流信号变换为低电压信号，经电子电路处理后还原为一次侧电流。罗氏线圈输出的低电压信号是一次电流的微分信号，需要在罗氏线圈的输出端增加一个积分环节将低电压信号还原为一次电流，积分处理方法可分为模拟积分法和数字积分法。模拟积分法采用有源或无源模拟电路组成的积分器，数字积分法对输出电压做A/D转换后在处理器中进行数字积分运算。在模拟积分法中，电路元件参数的时漂和温漂会对影响积分结果的稳定性，在数字积分法中，由于采样率有限，数字积分运算无法完全跟踪瞬变电流，影响高频暂态电流信号测量，限制了其在保护控制等情景中的应用。

目前多采用罗氏线圈结合有源模拟积分实现保护用电流信号的测量，而模拟积分器大多与罗氏线圈配套集成，即通过调节积分器的积分参数适配罗氏线圈，消除罗氏线圈自身因为不同批次材料、生产工艺问题导致的误差；一般的积分器参数调整工作大多由人工操作完成费时费力，且人工调节误差统一性难以保障。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用装置自动调整校准替换人工操作校准、提高效率及准确度的可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：该可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，包括ARMMCU芯片、FPGA芯片、无线通讯模组、触摸显示屏、EEPROM存储器、EMMC存储器、电源、8个8通道同步采样ADC、64个积分器、64个放大器、64个罗氏线圈电流传感器；

所述64个罗氏线圈电流传感器分别与64个积分器的输入端相连，所述64个积分器的输出端分别与64个放大器的输入端相连，所述64个放大器均通过SPI总线与ARMMCU芯片相连；

所述64个放大器的输出端分别与8个8通道同步采样ADC的64个采集通道相连；

所述8个8通道同步采样ADC分别与FPGA芯片相连；

所述FPGA芯片、无线通讯模组、触摸显示屏、EEPROM存储器、EMMC存储器分别与ARMMCU芯片相连；

所述ARMMCU芯片上至少设置有一个RJ45网口、RS485接口、USB接口。

进一步的是，每个积分器的积分电路均包括电阻R1、电容C1、反馈电阻R2、运算放大器AMP，所述电阻R1为数字电位器；

所述电阻R1的高端H为输入信号端，所述电阻R1的滑动端W与电阻R1的低端L相连，所述电阻R1的低端L与运算放大器AMP的反向输入端相连；

所述运算放大器AMP的同向输入端与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与接地线相连；

所述反馈电阻R2的一端与运算放大器AMP的反向输入端相连，所述反馈电阻R2的另一端与运算放大器AMP的输出端相连；

所述电容C1的两端分别与反馈电阻R2的两端相连；

所述电阻R1通过SPI总线与ARMMCU芯片相连。

进一步的是，所述电阻R1采用型号为AD8400的数字电位器。

进一步的是，所述ARMMCU芯片采用型号为STM32F4系列的单片机。

进一步的是，所述FPGA芯片采用型号为XC6SLX9-2TQG144C的芯片。

进一步的是，所述无线通讯模组采用型号为EC200的通信模组。

进一步的是，所述触摸显示屏采用LCD的电容触摸屏。

进一步的是，8个8通道同步采样ADC均采用型号为AD7606的同步采样ADC。

本实用新型的有益效果如下：

1.该装置设计为可配置8、16、24、32、40、48、56、64通道同步采样，用于不同通道需求的应用环境，可同时对多达64套罗氏线圈积分器进行校准，大大提高效率，还可以两台装置并用，可以实现大于64通道的需要，根据用户的实际需要，灵活配置，控制成本。

2.该装置的有源模拟积分器设计为可程序控制的有源模拟积分器，通过设置的触摸显示屏输入电流发生器的参考电流值，由ARMMCU芯片控制调整积分电路，从而实现对罗氏线圈电流测量自动校准。

3.通过设置的罗氏线圈电流传感器、积分器、放大器、FPGA芯片、ARMMCU芯片便可实现自动化测量、计算、校准，避免人工操作产生的误差。

附图说明

图1是本实用新型所述的该可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置的框架结构示意图；

图2是本实用新型所述的积分器的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制,仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，若本申请实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

如图1所示，该可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，包括ARMMCU芯片、FPGA芯片、无线通讯模组、触摸显示屏、EEPROM存储器、EMMC存储器、电源、8个8通道同步采样ADC、64个积分器、64个放大器、64个罗氏线圈电流传感器，电源为各个元器件提供电能使其正常工作，为现有技术，在此不做赘述，每个罗氏线圈传感器分别挂接在标准电流发生器上，并设定电流发生器的输出电流值，如100A；

所述64个罗氏线圈电流传感器分别与64个积分器的输入端相连，也就是一个罗氏线圈电流传感器对应连接一个积分器，所述64个积分器的输出端分别与64个放大器的输入端相连，也就是一个积分器对应连接一个放大器，所述64个积分器均通过SPI总线与ARMMCU芯片相连，积分器用于将罗氏线圈电流传感器输出的低电压信号还原为一次电流，积分器采用标准插件式模块设计，包含电源、SPI总线及信号接口，便于插拔，提高校准效率，通过ARM MCU芯片来控制调整积分电路，实现对对罗氏线圈的校准任务；

所述64个放大器的输出端分别与8个8通道同步采样ADC的64个采集通道相连，一个放大器对应连接一个采集通道，每个放大器用于放大对应的积分器的输出信号，适配ADC的采集范围；

所述8个8通道同步采样ADC分别与FPGA芯片相连，8个8通道同步采样ADC将采集的64个通道的数据信号传递至FPGA芯片；

所述FPGA芯片、无线通讯模组、触摸显示屏、EEPROM存储器、EMMC存储器分别与ARMMCU芯片相连，FPGA芯片将采集的数据进行分析处理后传递至ARMMCU芯片，ARMMCU芯片将FPGA分析处理后的数据展示在触摸显示屏上，同时基于同一坐标系进行波形展示，ARMMCU芯片将FPGA分析处理后的数据通过EMMC存储器和EEPROM存储器进行存储方便后续调阅查看，这样即使在断电的情况下，EEPROM存储器是的数据依然可以保存完整，避免数据的丢失；

所述ARMMCU芯片上至少设置有一个RJ45网口、RS485接口、USB接口，也就是RJ45网口、RS485接口、USB接口三者的数量分别大于等于1，所述RJ45网口、RS485接口用于有线通讯，其中RS485接口还可以接入其他传感器，如气体传感器、水位传感器等，拓展装置的使用范围，所述USB接口可以直接导出测试数据，便于集中分析，也可以集中查看历史数据，检查各批次传感器的一致性。

如图2所示，本实施例中，作为优选的，每个积分器的积分电路均包括电阻R1、电容C1、反馈电阻R2、运算放大器AMP，所述电阻R1为数字电位器；

所述电阻R1的高端H为输入信号端，也就是与对应的罗氏线圈电流传感器相连，所述电阻R1的滑动端W与电阻R1的低端L相连，所述电阻R1的低端L与运算放大器AMP的反向输入端相连，也就是电阻R1的滑动端W与电阻R1的低端L相连后再与运算放大器AMP的反向输入端相连；

所述运算放大器AMP的同向输入端与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与接地线相连；

所述反馈电阻R2的一端与运算放大器AMP的反向输入端相连，所述反馈电阻R2的另一端与运算放大器AMP的输出端相连，所述运算放大器AMP的输出端与对应的采集通道相连；

所述电容C1的两端分别与反馈电阻R2的两端相连；

所述电阻R1通过SPI总线与ARMMCU芯片相连，ARMMCU芯片通过SPI总线控制电阻R1的滑动端W切换不同的档位，实现电位器的电阻变化，通过调节电阻R1的电阻值，实现积分参数的自动调整功能，该积分电路由程序自动执行，相较于一般的积分电路采用普通电位器，通过手动调整的方式来调整积分参数，本申请的积分电路保证了不同通道的一致性、高精度，操作简单，有效减少了工作量，提高效率。

本实施例中，作为优选的，所述电阻R1采用型号为AD8400的数字电位器，该数字电位器为256位分辨率、标称电阻1千欧，通过ARMMCU芯片自动控制调整电阻R1的阻值大小，进而实现可以程序控制的积分器，也可采用其他电阻值、更高分辨率的数字电位器实现。

本实施例中，作为优选的，所述ARMMCU芯片采用型号为STM32F4系列的单片机，具体可以采用型号为STM32F407VET6的单片机，ARMMCU芯片将FPGA芯片分析后的数据展示在触摸显示屏上，同时基于同一坐标系进行波形展示，通过SPI总线控制数字电位器R1实现对积分器电路的调整。

本实施例中，作为优选的，所述FPGA芯片采用xilinxSP6系列的FPGA，具体的可以采用型号为XC6SLX9-2TQG144C的芯片，所述FPGA芯片用于获取ADC转换的数据，进行信号滤波、波形幅值提取、相位提取、频率计算等任务。

本实施例中，作为优选的，所述无线通讯模组采用型号为EC200的通信模组，该型号的通信模组可兼容移动、电信、联通三大运营商的2G、3G、4G网络；所述无线通讯模组用于回传采集分析结果、远程设置参数、查看历史记录等。

本实施例中，作为优选的，所述触摸显示屏采用分辨率为1024*768的LCD电容触摸屏，通过该LCD的电容触摸屏实现波形、数据的展示功能、参数配置的输入，例如用户通过触摸屏输入标准电流发生器的参考电流值，如100A，由ARMMCU芯片控制数字电位器R1实现对积分器电路的调整，实现自动对罗氏线圈的校准任务。

本实施例中，作为优选的，8个8通道同步采样ADC均采用型号为AD7606的同步采样ADC，该型号的同步采样ADC能够保证各路信号的采样同步性，便于相位、频率分析；另外，也可选用16通道同步采样ADC，如型号为AD7616的同步采样ADC实现16的倍数通道，选用4个便可具备64个采集通道。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，其特征在于：包括ARMMCU芯片、FPGA芯片、无线通讯模组、触摸显示屏、EEPROM存储器、EMMC存储器、电源、8个8通道同步采样ADC、64个积分器、64个放大器、64个罗氏线圈电流传感器；

所述64个罗氏线圈电流传感器分别与64个积分器的输入端相连，所述64个积分器的输出端分别与64个放大器的输入端相连；

所述64个积分器均通过SPI总线与ARMMCU芯片相连；

所述64个放大器的输出端分别与8个8通道同步采样ADC的64个采集通道相连；

所述8个8通道同步采样ADC分别与FPGA芯片相连；

所述FPGA芯片、无线通讯模组、触摸显示屏、EEPROM存储器、EMMC存储器分别与ARMMCU芯片相连；

所述ARMMCU芯片上至少设置有一个RJ45网口、RS485接口、USB接口。

2.根据权利要求1所述的一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，其特征在于：每个积分器的积分电路均包括电阻R1、电容C1、反馈电阻R2、运算放大器AMP，所述电阻R1为数字电位器；

所述电阻R1的高端H为输入信号端，所述电阻R1的滑动端W与电阻R1的低端L相连，所述电阻R1的低端L与运算放大器AMP的反向输入端相连；

所述运算放大器AMP的同向输入端与电阻R3的一端相连，所述电阻R3的另一端与接地线相连；

所述反馈电阻R2的一端与运算放大器AMP的反向输入端相连，所述反馈电阻R2的另一端与运算放大器AMP的输出端相连；

所述电容C1的两端分别与反馈电阻R2的两端相连；

所述电阻R1通过SPI总线与ARMMCU芯片相连。

3.根据权利要求2所述的一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，其特征在于：所述电阻R1采用型号为AD8400的数字电位器。

4.根据权利要求1所述的一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，其特征在于：所述ARMMCU芯片采用型号为STM32F4系列的单片机。

5.根据权利要求1所述的一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，其特征在于：所述FPGA芯片采用型号为XC6SLX9-2TQG144C的芯片。

6.根据权利要求1所述的一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，其特征在于：所述无线通讯模组采用型号为EC200的通信模组。

7.根据权利要求1所述的一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，其特征在于：所述触摸显示屏采用LCD的电容触摸屏。

8.根据权利要求1所述的一种可配置多通道罗氏线圈电流测量自动校准装置，其特征在于：8个8通道同步采样ADC均采用型号为AD7606的同步采样ADC。

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