交直流信号检测系统的制作方法

文档序号:58156阅读:228来源:国知局
专利名称:交直流信号检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种交直流信号检测系统,包括一信号整流电路、一过零点检测电路、一信号采样电路及一主控制芯片,其中,信号整流电路将一输入信号(交流信号/直流信号)转换成一瞬时信号,过零点检测电路检测或捕捉瞬时信号的一过零位置,并将一第一输出信号输出;信号采样电路测量瞬时信号的一瞬时值,并输出一第二输出信号,主控制芯片控制信号整流电路、过零点检测电路及信号采样电路,主控制芯片依据第一输出信号及第二输出信号来计算输入信号的类型、频率及有效值。
【专利说明】
交直流信号检测系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种单相交直流检测电路,属于检测系统领域。
【背景技术】
[0002] 在工业生产及日常生活中,使用单相交/直流电为设备进行供电已被广泛应用。在 使用过程中,常常需要对单相信号的信号类型、信号频率、信号的有效值等物理量进行实时 监控。
[0003] 然而,传统的单相交/直流电的测量电路结构比较复杂,例如,一般会使用至少一 运算放大器忍片,有些甚至使用专用的单相电测量忍片,使得不仅电路极为复杂,计算过程 也极为复杂,而且成本较高。
[0004] 因此,如何提供一种简单且具有高效能的交直流信号检测系统及电路实为目前业 界的重要议题。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种交直流信号检测系统,具有简单且高效能的功 效,用于克服传统测量电路存在的缺陷。电路原理简单易懂、非常清晰,电路结构明了。
[0006] 为了实现上述目的,本实用新型的技术方案如下:
[0007] 根据本实用新型的实施例,本实用新型提供一种交直流信号检测系统,包括一信 号整流电路,将一输入信号转换成一瞬时信号;一过零点检测电路,检测该瞬时信号的一过 零位置,并输出一第一输出信号;一信号采样电路,测量该瞬时信号的一瞬时值,并输出一 第二输出信号;W及一主控制忍片,控制该信号整流电路、该过零点检测电路及该信号采样 电路,其中,该主控制忍片依据该第一输出信号及该第二输出信号来计算该输入信号的类 型、频率及有效值。
【附图说明】
交直流信号检测系统的制作方法附图
[000引为了更清楚地说明本实用新型结构特征和技术要点,下面结合附图和具体实施方 式对本实用新型进行详细说明。
[0009] 图1为本实用新型之一种单相交直流检测电路结构的方块图;
[0010] 图2为本实用新型之信号整流电路的电路图;
[0011] 图3为本实用新型之过零点检测电路的电路图;
[0012] 图4为本实用新型之信号采样电路的电路图;
[0013] 图5为本实用新型之原始的交流输入信号的示意图;
[0014] 图6为本实用新型之原始交流信号经整流后输出的信号的示意图;
[0015] 图7为本实用新型之交流输入时零点捕捉电路的输出信号的示意图;
[0016] 图8为本实用新型之直流输入时零点捕捉电路的输出信号的示意图;W及
[0017] 图9为本实用新型之交流信号采样的示意图。
[0018] 附图标记说明:信号整流电路10,过零点检测电路12,信号采样电路14,主控制忍 片16,输入信号AC/DC_Si即曰1,电容Cl, C2,整流桥D1,输出信号Ou化Ut 1,输出信号Ou化Ut 2,晶体管Ql,电阻R1-R8,时段tl、t2,T峰值化P,瞬时信号¥_31即曰1。
【具体实施方式】
[0019] 下面将结合本实施例中的附图,对实施例中的技术方案进行具体、清楚、完整地描 述。
[0020] 须知,本说明书所附图式绘示之结构、比例、大小等,均仅用W配合说明书所掲示 之内容,W供熟悉此技艺之人±了解与阅读,并非用W限定本实用新型可实施之限定条件, 故不具技术上之实质意义,任何结构之修饰、比例关系之改变或大小之调整,在不影响本实 用新型所能产生之功效及所能达成之目的下,均应落在本实用新型所掲示之技术内容得能 涵盖之范围内。
[0021] 如图1所示,本实用新型的交直流信号检测系统,包括一信号整流电路10、一过零 点检测电路12、一信号采样电路14及一主控制忍片16,其中,信号整流电路10可将一输入信 号(交流信号/直流信号)AC/DC_Signal转换成一瞬时信号V_signal,过零点检测电路12可 检测或捕捉瞬时信号V_signal的一过零位置,并将一输出信号Ou化Ut 1输出;信号采样电 路14可测量瞬时信号¥_31旨11曰1的一瞬时值,并输出一输出信号Ou化Ut 2,主控制忍片16可 控制信号整流电路10、过零点检测电路12及信号采样电路14,此外,主控制忍片16依据输出 信号Ou化Ut 1及输出信号Ou化Ut 2来计算输入信号的类型、频率及有效值。
[0022] 如图1及2所示,原始的输入信号可为交流信号或直流信号,经过信号整流电路10, 其输出的信号为一瞬时信号V_signal。信号整流电路10可为一半波整流电路、一全波整流 电路、一桥式整流电路及一倍压整流电路之其中一者。
[0023] 输入信号的类型识别
[0024] 如图3所示,过零点检测电路12在不同输入信号(交流信号或直流信号)情况下,可 得到不一样的输出信号Ou化Ut 1。整流后的瞬时信号V_signal通过电阻R1、电阻R2及电阻 R3分压,当晶体管Q1的1脚的信号超过晶体管Q1的阔值电压(threSho 1 d VO1 tage)后,且晶 体管Ql的3脚接地,输出信号Ou化Ut 1为逻辑0;当晶体管Ql的1脚的信号低于晶体管Ql的阔 值电压后,输出信号Ou化Ut 1为逻辑1,其中,电容CU电阻RU电阻R2及电阻R3共同构成一 RC滤波器,主要是滤除无用的干扰信号。
[0025] 为了提高信号采样电路14抗干扰能力,本实用新型采用硬件滤波电路及软件滤波 算法对输入信号进行双重滤波。如图4所示,电容C2、电阻R6、电阻R7及电阻R8共同构成一 RC 滤波电路,滤除高频干扰信号。在软件滤波算法处理过程中,会连续监控t2时段每个采样值 (如图9所示),在正常情况下,运些连续的采样值是有规律的渐变数值,若突然出现一个跳 变很大的值(大于或小于前一个值20%W上),主控制忍片16会将运个突变的值作为异常干 扰信号而丢弃,并继续进行采样及处理。因此,软/硬件双重滤波处理可W保证本实用新型 拥有很强的抗干扰能力。
[00%]根据本实用新型的实施例,若输入信号是一直流信号,瞬时信号V_signal将是一 平直的直流信号;若输入信号是一交流信号,瞬时信号V_signal将是如图6所示的信号。 [0027]对于交流信号,存在过零点(如图5中的Zero Cross),所W,过零点检测电路12的 输出信号Ou化Ut I的输出情况如图7所示。
[0028] 再者,对于直流信号,由于不存在图5中的过零点,所W,过零点检测电路12的输出 信号Ou化Ut 1的输出情况如图8所示。
[0029] 又,主控制忍片16可实时地监控过零点检测电路12的输出信号Ou化Ut 1的输出波 形,因此,主控制忍片16可实时地监控输入信号的类型。
[0030] 信号的频率测量
[0031] 对于交流信号,如图7所示,过零点检测电路12的输出信号Ou化Ut 1是一个非常有 规律的周期信号。主控制忍片16包括一外部中断装置(未显示于图式中)及一类比数位转换 器(未显示于图式中),其中,外部中断装置具有一外部中断输入端,W及类比数位转换器具 有一转换输入端。主控制忍片16通过外部中断输入端监控两个连续的过零点检测电路12的 输出信号Ou化Ut 1的脉冲信号(如图9所示),并记录脉冲信号的上升沿之间的时间间隔,所 W,可W精确地计算出交流信号的周期,通过周期则可W获得交流信号的频率(请参照公式 1):
[0032]
(公式 1)
[0033] 交流信号的有效值测量
[0034] 对于直流信号,主控制忍片16启动类比数位转换器(analog-to-digital converter, ADC)直接读取信号采样电路14的输出信号Ou化Ut 2,信号采样电路14的输出 信号Ou化Ut 2是瞬时信号V_signal经由电组RU电阻R7及电阻R8分压后的弱信号。所W,整 流后的瞬时信号¥_31肖11曰1的有效值如公式2所示:
[0035] (公式 2)
[0036] 共Tn户jn巧失&飘1乂巧;^义瑜日、」1心义,、_重61户」类比数位转换器的参考电压, DATA_ADC为类比数位转换器的采样值。
[0037] 对于交流信号,传统的交流信号有效值的测量方法为对一个完整周期进行连续采 样,对所有采样值进行计算才能得到输入信号的有效值。此种传统的测量方法不足的地方 在于输入信号有效值的计算必须要等一个完整周期的输入信号采样完成后才能进行,因 此,信号有效值无法实时同步的反应当前周期的情况。
[0038] 然而,本实用新型采用一种省时且高效的方法,可W在交流信号一个周期结束之 前计算出本周期的有效值。具体采样安排如图9所示,只在信号采样电路14的输出信号 Output 2的峰值Vpp的周围进行定时采样,定时采样的起始点位于零点捕捉信号的上升沿 之后的tl点,在t2时段中连续进行类比数位转换器采样。tl及t2时段的选择都是基于主控 制忍片16已经测量出交流信号的频率,为了保证本实用新型的高效性,tl、t2时段的选择须 按照W下原则进行,首先,tl时段的选择不能太短,但必须保证类比数位转换器的采样点在 交流峰值出现之前,一般选择范围为〇.3*T到0.4*T之间;其次t2时段的选择不能太长,但必 须保证能够覆盖交流峰值,一般选择范围为0.2*T到0.3*T之间。
[0039] 主控制忍片16在t2时段中采用软件峰值保持算法对类比数位转换器采样值进行 实时处理,找出本周期中交流信号的峰值资料。具体实现方法包括:主控制忍片16对t2时段 的采样值进行连续比较,若当前值大于前一个值,表示交流信号还处于波形的上升阶段,主 控制忍片16继续采样并比较前后采样值,但是一旦发现当前值小于或等于前一个值,表示 波形开始进入下降阶段,此时会记录前一个值并结束采样,该值即为交流波形最高点(峰 值)所对应的类比数位转换器的值化ta_max。主控制忍片16通过对该值化ta_max进行计算, 即可得出当前周期的有效估,请参照公式3所示:
[0040]
(公式 3)
[0041] 其中,2~n为n是类比数位转换器的位数,V_ref为类比数位转换器的参考电压,W 及DATAjnax为t2时段中类比数位转换器的最大采样值。
[0042] 在计算出瞬时信号V_signal的有效值后,接着计算输入信号的有效值,如公式4所 示:
[0043] 公式 4)
[0044] 其中,V_D1为信号整流电路10的整流桥Dl的电压差。
[0045] 综而言之,采用本实用新型交流信号有效值的测量方法不仅采样时间缩短,而且 待处理采样资料相比于全周期采样也大大减少,交流信号有效值计算的效率远远高于传统 的测量方法,并且有效值可W实时同步的反应当前周期的情况。
[0046] 上述【具体实施方式】,仅为说明本实用新型的技术构思和结构特征,目的在于让熟 悉此项技术的相关人±能够据W实施,但W上所述内容并不限制本实用新型的保护范围, 凡是依据本实用新型的精神实质所作的任何等效变化或修饰,均应落入本实用新型的保护 范围之内。
【主权项】
1. 一种交直流信号检测系统,包括: 一信号整流电路,将一输入信号转换成一瞬时信号; 一过零点检测电路,检测该瞬时信号的一过零位置,并输出一第一输出信号; 一信号采样电路,测量该瞬时信号的一瞬时值,并输出一第二输出信号;以及 一主控制芯片,控制该信号整流电路、该过零点检测电路及该信号采样电路, 其中,该主控制芯片依据该第一输出信号及该第二输出信号来计算该输入信号的类 型、频率及有效值。2. 根据权利要求1所述的交直流信号检测系统,其特征在于,该主控制芯片更包括一外 部中断装置,具有一第一输入端;一类比数位转换器,具有一第二输入端;以及一比较单元, 比较连续的采样值,当连续的该采样值减小时,则结束采样。3. 根据权利要求2所述的交直流信号检测系统,其特征在于,该第一输出信号输入至该 外部中断装置的该第一输入端,以及该第二输出信号输入至该类比数位转换器的该第二输 入端。4. 根据权利要求1所述的交直流信号检测系统,其特征在于,该信号整流电路为一半波 整流电路、一全波整流电路、一桥式整流电路及一倍压整流电路之其中一者。5. 根据权利要求1所述的交直流信号检测系统,其特征在于,该过零点检测电路是由RC 滤波器及晶体管开关组成,以及该信号采样电路是由RC滤波器组成。6. 根据权利要求1所述的交直流信号检测系统,其特征在于,该输入信号的该类型为一 交流信号或直流信号。
【文档编号】G01R19/02GK205691680SQ201620361110
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年5月13日 公开号201620361110.5, CN 201620361110, CN 205691680 U, CN 205691680U, CN-U-205691680, CN201620361110, CN201620361110.5, CN205691680 U, CN205691680U
【发明人】凡冬青, 刘中
【申请人】魏德米勒电联接(上海)有限公司
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