通用型相位识别器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种通用型相位识别器，包括UA输入信号、UB输入信号和GND输入信号，UA输入信号经过UA信号分压电路将大信号处理成小信号Ua，Ua分别经UA过零整形电路以及UA信号跟随电路分别发送至单片机处理电路；UB输入信号经过UB信号分压电路将大信号处理成小信号Ub，Ub分别经UB过零整形电路和UB信号跟随电路分别发送至单片机处理电路，单片机处理电路通过读取UA过零整形电路和UB过零整形电路得到的方波信号的时间差，得到UA输入信号和UB输入信号的相位角差值；单片机处理电路根据UA信号跟随电路得到的ADC信号以及UB信号跟随电路得到的ADC信号得到是否一侧失压或者两侧失压；所述UA信号分压电路和UB信号分压电路均是由拨码开关和分压器件组成的分压电路。
【专利说明】通用型相位识别器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于高压带电指示器相位识别器的电气原理与结构。
【背景技术】
[0002]目前类似产品通过被核相的两个带电显示器核相口取电，用电压比较器等电压检测芯片作为关键的动作器件，当两个核相口的电压差达到设计值时，指示回路被触发，LED灯亮表示相位不平衡，LED灯不亮，表示相位平衡。
[0003]目前市场上，不同厂家生产的电压指示器原理各不相同，造成相同额定电压下的带电指示器核相口电压幅值相差较大，通过两个核相口电压差作为判断依据的特性，使得市场上的相位识别器须进行定制，且无法在不同厂家的带电指示器上进行核相。这种设计与布置存在以下缺陷:
1.因客户端的高压带电指示器种类繁多，且额定电压下核相口电压值各不相同，使得目前相位识别器的型号多样，通用性能差，不利于产品的规模化生产，交期长、成本高(定制生产)；
2.国家标准中须同时满足相位识别功能和一侧失压检测功能，当核相口电压较低时，通过核相口电压差进行判断的相位识别器无法同时满足以上要求；
3.相位识别的准确度低。
[0004]为此，申请号为201220687774.2的实用新型专利公开了一种手持式数字显示核相器，该方案包括2个用于将一相输入电压整成方波信号的方波整形电路、用于将2个方波整形电路输出的方波信号进行鉴相输出矩形脉冲的鉴相器、用于对矩形脉冲分频的分频器、用于对分频器分频后的脉冲进行比较运算得到相位差值的单片机、用于将相位差值进行数字显示的显示器，该专利采用运算放大器构成的有源核相器，提高了核相的准确度，增强了容错能力。但是该专利描述的方波整形信号后经一系列的硬件电路进行分频处理，相位差值计算复杂，且经过多环节的信号处理可能造成信号失真；同时该专利仅对相位进行比较，并未检测一侧失压或两侧失压，对于不同的带电显示器无法实现核相的通用性。
【发明内容】
[0005]因此，针对上述的问题，本发明提出一种通用型相位识别器，通过改变其内部电路的实现原理，达到一机多用的通用功能，并同时满足相位识别功能和一侧失压检测功能，提高相位识别的准确度，从而解决现有技术之不足。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的思路是，通过改变其内部电路的实现原理，引入单片机系统，采用ADC技术、相位角判断，同时增加拨码开关，达到一机多用的通用功能一一同一个相位识别器，通过若干拨码开关的设置可以实现全范围检测，基本覆盖了现有的产品。另外，引入接地信号，通过两个被测波形的相位角判断进行准确核相。同时，新的控制电路摒弃模拟电路的局限性(低电压时无法判断)，采用单片机系统，通过数字信号处理，提高设计的灵活性及判断的准确性。另外，将相位平衡指示与相位不平衡指示分开，提高相位识别器的可识别性。
[0007]具体的,本发明的通用型相位识别器,包括UA输入信号、UB输入信号和GND输入信号，UA输入信号经过UA信号分压电路将大信号处理成小信号Ua，该小信号Ua经UA过零整形电路整形为方波信号后发送至单片机处理电路，同时，该小信号Ua经UA信号跟随电路处理后发送至单片机处理电路；UB输入信号经过UB信号分压电路将大信号处理成小信号Ub，该小信号Ub经UB过零整形电路整形为方波信号后发送至单片机处理电路，同时，该小信号Ub经UB信号跟随电路处理后发送至单片机处理电路，单片机处理电路通过读取经过UA过零整形电路得到的方波信号和经过UB过零整形电路得到的方波信号的时间差，得到UA输入信号和UB输入信号的相位角差值；同时，UA输入信号还经过UA信号跟随电路后发送至单片机处理电路，UB输入信号还经过UB信号跟随电路后发送至单片机处理电路，单片机处理电路根据UA信号跟随电路得到的ADC信号以及UB信号跟随电路得到的ADC信号得到是否一侧失压或者两侧失压；GND输入信号分别与UA过零整形电路、UA信号跟随电路、UB过零整形电路、UB信号跟随电路和单片机处理电路连接。同时，UA信号分压电路以及UB信号分压电路均是由拨码开关、分压器件组成的分压电路，其作用为将各种场合下不同幅值的UA输入信号或者UB输入信号分别处理成相同幅值的Ua小信号/Ub小信号，以达到各种场合通用的目的，并实现相位识别的准确性。
[0008]进一步的，所述UA过零整形电路包括电阻R26、电阻R22、电阻R20、电阻R5、过零比较芯片U3A、电阻R18、二极管Dl和电阻R27，电阻R22的一端连接拨码开关SI，电阻R22的另一端串联电阻R26后连接电阻R20的一端、电阻R5的一端和拨码开关S1、电阻R20的另一端接GND输入信号；电阻R5的另一端接过零比较芯片U3A的同相输入端，过零比较芯片U3A的反相输入端接GND输入信号，过零比较芯片U3A的输出端串接二极管Dl后连接电阻R27的一端以及单片机处理电路，电阻R27的另一端接GND输入信号，电阻R18的两端分别连接过零比较芯片U3A的输出端和公共端。
[0009]进一步的，所述UA信号跟随电路包括运算放大器U2A和电阻R4，运算放大器U2A的同相输入端连接拨码开关SI，运算放大器U2A的反相输入端连接运算放大器U2A的输出端，运算放大器U2A的输出端还连接电阻R4的一端和单片机处理电路，电阻R4的另一端接地。
[0010]进一步的，所述UB过零整形电路包括电阻R28、电阻R23、电阻R21、电阻R7、过零比较芯片U3B、电阻R19、二极管D2和电阻R29，电阻R23的一端连接拨码开关SI，电阻R23的另一端串联电阻R28后连接电阻R21的一端、电阻R7的一端和拨码开关S1、电阻R21的另一端接GND输入信号；电阻R7的另一端接过零比较芯片U3B的同相输入端，过零比较芯片U3B的反相输入端接GND输入信号，过零比较芯片U3B的输出端串接二极管D2后连接电阻R29的一端以及单片机处理电路，电阻R29的另一端接GND输入信号，电阻R19的两端分别连接过零比较芯片U3B的输出端和公共端。
[0011]进一步的，所述UB信号跟随电路包括运算放大器U2B和电阻R6，运算放大器U2B的同相输入端连接拨码开关SI，运算放大器U2B的反相输入端连接运算放大器U2B的输出端，运算放大器U2B的输出端还连接电阻R6的一端和单片机处理电路，电阻R6的另一端接地。
[0012]进一步的，该通用型相位识别器还包括与单片机处理电路连接的电源电路、单片机复位电路、外部时钟振荡电路以及LED显示电路。
[0013]本发明的核相器有三个输入信号:UA输入信号,被测信号I输入；UB输入信号，被测信号2输入,GND输入信号,被测系统地信号输入。其中UA输入信号、UB输入信号为被测的两个相位比较信号。UA输入信号的处理电路和整形电路与UB输入信号的处理电路和整形电路相同。以UB输入信号为例，首先利用电阻R21、电阻R23、电阻R28组成的分压电路，将大信号处理为小信号，由分压所得的正弦波信号经过U3B过零比较芯片，转换成方波信号PB0_PGD输出给单片机处理电路。同样的，UA输入信号转换成方波信号PAO输出给单片机处理电路，单片机处理电路通过读取PB0_PGD和PAO两个过零信号的时间差，可得到两个被测信号(UA输入信号和UB输入信号)的相位角差值。另外，UB输入信号经过运算放大器U2B后输出VBO给单片机处理电路作为ADC米样信号，同时，UA输入信号经过运算放大器U2A后输出VAO给单片机处理电路作为ADC采样信号，单片机根据两个ADC采样数据可准确判断被测信号是否一侧失压或两侧失压。
[0014]电路中电阻R23通过拨码开关SI的设置，可以实现多种组合，可根据实际使用情况选择不同的工作模式，若被测高压带电指示器的核相口信号UB的幅值较大时，通过SI选择R23不接入电路，则分压电路所得到的小信号Ub比例较小，但幅值等于设计值；若被测高压带电指示器的核相口信号UB的幅值较小时，通过SI选择R23接入电路，则分压电路R23 R28并联，所得到的小信号Ub比例较大，保持Ub幅值不变，也等于设计值，由此可见，通过SI的设置可实现不同场合下(UA输入信号、UB输入信号的幅值不同)，UA信号分压电路或者UB信号分压电路处理后的小信号Ua、Ub幅值保持不变，实现通用，从而实现一机多用的功能。
[0015]现有的相位识别系统或者采用被核相系统的电压差作为唯一依据，无法真实反映其相位关系，存在严重的误判现象；或者只对其相位差进行比较，未进行一侧失压判断，不符合国家电网的相关规定，且电路处理复杂，可能存在信号失真，判断不准确。本电路中，被测信号引入地信号GND，将两个被核相电压系统的波形真实、完整的引入到控制系统中，并分别用过零检测电路及ADC电路简单有效处理后发送给单片机进行处理，可准确、可靠地对被测信号的相位关系及是否一侧失压、两侧失压进行准确的判断；拨码开关SI的设置，实现一机多用的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的电路原理图。
【具体实施方式】
[0017]现结合附图和【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0018]本发明通过改变现有技术的相位识别器的内部电路的实现原理，引入单片机系统，采用ADC技术、相位角判断，同时增加拨码开关，达到一机多用的通用功能一一同一个产品，通过若干拨码开关的设置可以实现全范围检测，基本覆盖了现有的产品。另外，引入接地信号，通过两个被测波形的相位角判断进行准确核相。同时，新的控制电路摒弃模拟电路的局限性(低电压时无法判断)，采用单片机系统，通过数字信号处理，提高设计的灵活性及判断的准确性。另外，将相位平衡指示与相位不平衡指示分开，提高相位识别器的可识别性。
[0019]具体的，参见图1，本发明的通用型相位识别器，包括UA输入信号、UB输入信号和GND输入信号，UA输入信号、UB输入信号和GND输入信号，UA输入信号经过UA信号分压电路将大信号处理成小信号Ua，该小信号Ua经UA过零整形电路整形为方波信号后发送至单片机处理电路，同时，该小信号Ua经UA信号跟随电路处理后发送至单片机处理电路；UB输入信号经过UB信号分压电路将大信号处理成小信号Ub，该小信号Ub经UB过零整形电路整形为方波信号后发送至单片机处理电路，同时，该小信号Ub经UB信号跟随电路处理后发送至单片机处理电路，单片机处理电路通过读取经过UA过零整形电路得到的方波信号和经过UB过零整形电路得到的方波信号的时间差，得到UA输入信号和UB输入信号的相位角差值；同时，UA输入信号还经过UA信号跟随电路后发送至单片机处理电路，UB输入信号还经过UB信号跟随电路后发送至单片机处理电路，单片机处理电路根据UA信号跟随电路得到的ADC信号以及UB信号跟随电路得到的ADC信号得到是否一侧失压或者两侧失压；GND输入信号分别与UA过零整形电路、UA信号跟随电路、UB过零整形电路、UB信号跟随电路和单片机处理电路连接。同时，UA信号分压电路以及UB信号分压电路均是由拨码开关、分压器件组成的分压电路，其作用为将各种场合下不同幅值的UA输入信号或者UB输入信号分别处理成相同幅值的Ua小信号/Ub小信号，以达到各种场合通用的目的，并实现相位识别的准确性。另外，该通用型相位识别器还包括与单片机处理电路连接的电源电路、单片机复位电路、外部时钟振荡电路以及LED显示电路。
[0020]参见图2，所述UA过零整形电路包括电阻R26、电阻R22、电阻R20、电阻R5、过零比较芯片U3A、电阻R18、二极管Dl和电阻R27，电阻R22的一端连接拨码开关SI，电阻R22的另一端串联电阻R26后连接电阻R20的一端、电阻R5的一端和拨码开关S1、电阻R20的另一端接GND输入信号；电阻R5的另一端接过零比较芯片U3A的同相输入端，过零比较芯片U3A的反相输入端接GND输入信号，过零比较芯片U3A的输出端串接二极管Dl后连接电阻R27的一端以及单片机处理电路，电阻R27的另一端接GND输入信号，电阻R18的两端分别连接过零比较芯片U3A的输出端和公共端。过零比较芯片U3A用于将UA正弦波信号整形成方波信号。
[0021 ] 所述UA信号跟随电路包括运算放大器U2A和电阻R4，运算放大器U2A的同相输入端连接拨码开关SI，运算放大器U2A的反相输入端连接运算放大器U2A的输出端，运算放大器U2A的输出端还连接电阻R4的一端和单片机处理电路，电阻R4的另一端接地。运算放大器U2A实现UA的信号处理，为单片机处理电路提供ADC信号。
[0022]所述UB过零整形电路包括电阻R28、电阻R23、电阻R21、电阻R7、过零比较芯片U3B、电阻R19、二极管D2和电阻R29，电阻R23的一端连接拨码开关SI，电阻R23的另一端串联电阻R28后连接电阻R21的一端、电阻R7的一端和拨码开关S1、电阻R21的另一端接GND输入信号；电阻R7的另一端接过零比较芯片U3B的同相输入端，过零比较芯片U3B的反相输入端接GND输入信号，过零比较芯片U3B的输出端串接二极管D2后连接电阻R29的一端以及单片机处理电路，电阻R29的另一端接GND输入信号，电阻R19的两端分别连接过零比较芯片U3B的输出端和公共端。过零比较芯片U3B，用于将UB正弦波信号整形成方波信号。单片机处理电路根据UA过零整形电路和UB过零整形电路输出的两个方波信号判断其相位差。
[0023]所述UB信号跟随电路包括运算放大器U2B和电阻R6，运算放大器U2B的同相输入端连接拨码开关SI，运算放大器U2B的反相输入端连接运算放大器U2B的输出端，运算放大器U2B的输出端还连接电阻R6的一端和单片机处理电路，电阻R6的另一端接地。运算放大器U2B实现UB的信号处理，为单片机处理电路提供ADC信号。单片机处理电路根据UA信号跟随电路和UB信号跟随电路输出的两个ADC信号判断其是否失压。
[0024]具体的，上述电路中，电源电路中，包括电池BT1，该BTl为内置3.6V电池，电阻R24和电阻R25组成低电量检测电路，对电池电量进行监测，实现低电量报警。单片机复位电路中，电阻R8和电容Cl组成RC复位电路，为单片机处理电路提供复位信号。外部时钟震荡电路中，晶振XTAL、电容C2和电容C3组成外部震荡电路，为单片机处理电路提供时钟信号。信号输入电路中，具有三个输入信号:UA输入信号,被测信号I输入；UB输入信号,被测信号2输入，GND输入信号,被测系统地信号输入。其中UA输入信号、UB输入信号为被测的两个相位比较信号。UA输入信号的处理电路和整形电路与UB输入信号的处理电路和整形电路相同。以UB输入信号为例，首先利用电阻R21、电阻R23、电阻R28组成的分压电路，将大信号处理为小信号，由分压所得的正弦波信号经过U3B过零比较芯片，转换成方波信号PB0_PGD输出给单片机处理电路。同样的，UA输入信号转换成方波信号PAO输出给单片机处理电路，单片机处理电路通过读取PB0_PGD和PAO两个过零信号的时间差，可得到两个被测信号(UA输入信号和UB输入信号)的相位角差值。另外，UB输入信号经过运算放大器U2B后输出VBO给单片机处理电路作为ADC米样信号，同时，UA输入信号经过运算放大器U2A后输出VAO给单片机处理电路作为ADC采样信号，单片机根据两个ADC采样数据可准确判断被测信号是否一侧失压或两侧失压。
[0025]LED显示电路，包括发光二极管L1、发光二极管L2和发光二极管L3，其中，LI灯亮，表示被测信号相位平衡(同相)山2灯亮，表示被测信号相位不平衡(异相);L3灯亮，表示电池电量低。
[0026]电路中电阻R23通过拨码开关SI的设置，可以实现多种组合，可根据实际使用情况选择不同的工作模式，实现通用，从而实现一机多用的功能。另外，现有的相位识别系统均采用被核相系统的电压差作为唯一依据，无法真实反映其相位关系，存在严重的误判现象，而本发明引入接地信号，将两个被核相电压系统的波形真实、完整的引入到控制系统中；利用正弦波特性，分别用过零检测电路及ADC电路对被测信号的相位关系及是否一侧失压、两侧失压进行准确的判断。同时，本发明通过简单的过零检测电路、电压跟随电路、分压电路等的应用，优化了相位识别器的整个功能。本发明电路简单，易于实现，具有很好的头用性。
[0027]尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.通用型相位识别器，其特征在于:包括UA输入信号、UB输入信号和GND输入信号，UA输入信号经过UA信号分压电路将大信号处理成小信号Ua，该小信号Ua经UA过零整形电路整形为方波信号后发送至单片机处理电路，同时，该小信号Ua经UA信号跟随电路处理后发送至单片机处理电路；UB输入信号经过UB信号分压电路将大信号处理成小信号Ub，该小信号Ub经UB过零整形电路整形为方波信号后发送至单片机处理电路，同时，该小信号Ub经UB信号跟随电路处理后发送至单片机处理电路，单片机处理电路通过读取经过UA过零整形电路得到的方波信号和经过UB过零整形电路得到的方波信号的时间差，得到UA输入信号和UB输入信号的相位角差值；同时，UA输入信号还经过UA信号跟随电路后发送至单片机处理电路，UB输入信号还经过UB信号跟随电路后发送至单片机处理电路，单片机处理电路根据UA信号跟随电路得到的ADC信号以及UB信号跟随电路得到的ADC信号得到是否一侧失压或者两侧失压；GND输入信号分别与UA过零整形电路、UA信号跟随电路、UB过零整形电路、UB信号跟随电路和单片机处理电路连接； 所述UA信号分压电路和UB信号分压电路均是由拨码开关和分压器件组成的分压电路。
2.根据权利要求1所述的通用型相位识别器，其特征在于:所述UA过零整形电路包括电阻R26、电阻R22、电阻R20、电阻R5、过零比较芯片U3A、电阻R18、二极管Dl和电阻R27，电阻R22的一端连接拨码开关SI，电阻R22的另一端串联电阻R26后连接电阻R20的一端、电阻R5的一端和拨码开关S1、电阻R20的另一端接GND输入信号；电阻R5的另一端接过零比较芯片U3A的同相输入端，过零比较芯片U3A的反相输入端接GND输入信号，过零比较芯片U3A的输出端串接二极管Dl后连接电阻R27的一端以及单片机处理电路，电阻R27的另一端接GND输入信号，电阻R18的两端分别连接过零比较芯片U3A的输出端和公共端。
3.根据权利要求2所述的通用型相位识别器，其特征在于:所述UA信号跟随电路包括运算放大器U2A和电阻R4，运算放大器U2A的同相输入端连接拨码开关SI，运算放大器U2A的反相输入端连接运算放大器U2A的输出端，运算放大器U2A的输出端还连接电阻R4的一端和单片机处理电路，电阻R4的另一端接地。
4.根据权利要求1或2或3所述的通用型相位识别器，其特征在于:所述UB过零整形电路包括电阻R28、电阻R23、电阻R21、电阻R7、过零比较芯片U3B、电阻R19、二极管D2和电阻R29，电阻R23的一端连接拨码开关SI，电阻R23的另一端串联电阻R28后连接电阻R21的一端、电阻R7的一端和拨码开关S1、电阻R21的另一端接GND输入信号；电阻R7的另一端接过零比较芯片U3B的同相输入端，过零比较芯片U3B的反相输入端接GND输入信号，过零比较芯片U3B的输出端串接二极管D2后连接电阻R29的一端以及单片机处理电路，电阻R29的另一端接GND输入信号，电阻R19的两端分别连接过零比较芯片U3B的输出端和公共端。
5.根据权利要求4所述的通用型相位识别器，其特征在于:所述UB信号跟随电路包括运算放大器U2B和电阻R6，运算放大器U2B的同相输入端连接拨码开关SI，运算放大器U2B的反相输入端连接运算放大器U2B的输出端，运算放大器U2B的输出端还连接电阻R6的一端和单片机处理电路，电阻R6的另一端接地。
6.根据权利要求1所述的通用型相位识别器，其特征在于:该通用型相位识别器还包括与单片机处理电路连接的电源电路、单片机复位电路、外部时钟振荡电路以及LED显示电路。
【文档编号】G01R29/18GK103592515SQ201310586656
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月21日 优先权日:2013年11月21日
【发明者】苏秋丽, 陈鹏, 叶生忠, 马晓伟, 李火旺, 黄斌, 周秀娥 申请人:厦门安达兴电气集团有限公司