一种键相采集自适应电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种键相采集自适应电路，包括顺序连接的入口信号调理模块、电平比较模块和输出信号调理模块，入口信号调理模块的输入端连接键相传感器，输出信号调理模块的输出端连接主处理器；入口信号调理模块接收键相信号，键相信号经入口调理模块调理后送入电平比较模块进行比较，获得方波信号，输出信号调理模块对方波信号进行电平变换，并送入主处理器，主处理器通过捕获处理后获取键相相位。本发明能适应工程现场不同键相信号电平的变化。
【专利说明】一种键相采集自适应电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种键相采集自适应电路，特别涉及一种用于发电机功角测量的键相采集自适应电路。
【背景技术】
[0002]发电机运行状态需要通过测量功角来衡量，工程上测量发电机内电势与机端电压的时间夹角获取功角数据，其中发电机内电势相位无法直接测量，只能通过测量键相信号间接获取内电势的相位。
[0003]工程现场对键相信号的采集会面临如下问题:
1、部分发电机监控系统提供自带隔离输出的键相信号给其他装置，此时键相信号直接接入采集装置进行处理，该键相信号的电气特性就会因厂家不同而不同；
2、键相脉冲传感器在供电电源变动的情况下，输出信号脉冲幅值也相应进行变动。发电厂提供的直流电源可能为5V，12V或者24V等不同型号，相应键相传感器输出信号高低电平的就有很大的变动范围；
3、现场工作条件比较恶劣，发电机起机和运行时的振动，都可能引起键相传感器位置发生变动，进而引起输出信号的变动；
4、键相输出信号到采集装置的传输距离较长，采集信号易受干扰；
因为如上各个因素，造成目前键相采集电路在非工作状态下需要手动对电路进行调整，以适应不同的键相信号电平和背景噪声水平。这些手动调整包括更改匹配电阻，或者板卡上人为设置的某些跳线等。上述调整方式需要在相关设备退出运行状态下，对电路操作；对系统总体运行有影响，同时工程现场对电路操作有可能损坏电路。因此，在键相采集电路中，如何使电路自适应现场工况是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种键相采集自适应电路，通过主处理器自动控制电路参数更改，使键相信号采集装置自适应现场工况，准确测量键相相位。
[0005]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种键相采集自适应电路，包括顺序连接的入口信号调理模块、电平比较模块和输出信号调理模块，入口信号调理模块的输入端连接键相传感器，输出信号调理模块的输出端连接主处理器；入口信号调理模块接收键相信号，键相信号经入口调理模块调理后送入电平比较模块进行比较，获得方波信号，输出信号调理模块对方波信号进行电平变换，并送入主处理器，主处理器通过捕获处理后获取键相相位。
[0006]进一步的，所述入口信号调理模块包括仪表放大器和连接在仪表放大器输入端的RC滤波器，所述RC滤波器由电阻匹配网络和电容器构成，电阻匹配网络包括并联在电容器两端的滤波电阻和串联在入口信号调理模块正、负极输入端的若干投切电阻组成，所述投切电阻由主处理器控制投切。入口信号调理模块对键相信号采用抗共模干扰处理，输入信号按差分方式接入与匹配，并使用仪表放大器进行调理。
[0007]优选的，所述滤波电阻、投切电阻为继电器投切电阻、模拟开关投切电阻、数字电位器中的任一种。继电器投切电阻、模拟开关投切电阻、数字电位器均可以通过主处理器的程序控制实现电阻自动调节、切换。
[0008]进一步的，所述电平比较模块包括基准电源、比较电平分压网络、比较器和比较器正反馈网络，所述入口信号调理模块的输出端通过比较器正反馈网络连接比较器的正极，基准电源通过比较电平分压网络连接比较器的负极。
[0009]进一步的，所述电平比较模块包括基准电源、比较电平分压网络、比较器和比较器正反馈网络，所述入口信号调理模块的输出端与比较器的负极电连接，基准电源通过比较电平分压网络连接比较器正反馈网络，比较器正反馈网络与比较器的正极电连接。
[0010]优选的，所述比较电平分压网络由若干比较电平分压电阻组成，所述比较电平分压电阻为继电器投切电阻、模拟开关投切电阻、数字电位器中的任一种。
[0011]进一步的，所述输出信号调理模块包括分压电路、用于电平变换的非门和隔离电路，分压电路与非门的输入端电连接，隔尚电路与非门的输出端电连接。
[0012]优选的，所述隔离电路为光耦隔离电路，光耦隔离电路的输入端和输出端分别连接有限流电阻。
[0013]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是:(1)采集电路对键相信号按差分方式接入与匹配，并使用仪表放大器进行调理，尽可能的衰减键相信号传输路径受到的共模干扰，大大提高电路抗共模干扰能力；(2)由主处理器控制入口信号调理模块的投切电阻，既方便键相信号调理，又方便匹配键相传感器负载要求；(3)比较电平分压电阻采用继电器投切电阻或模拟开关投切电阻或数字电位器，可通过主控制器灵活切换比较电平，能够适应键相传感器输出信号的大范围变动；(4)设置了隔离电路，将自适应电路与主处理器隔离开，一方面可降低数字电路高频噪声对采集精度的影响，另一方面可隔离外部电磁干扰进入数字电路，降低主处理器程序失控的风险。本发明的电路结构简单，成本低，适用于发电机功角测量。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是发明的电路原理框图。
[0015]图2是图1中入口信号调理模块的电路图。
[0016]图3是图1中电平比较模块的一种电路图。
[0017]图4是图1中电平比较模块的另一种电路图。
[0018]图5是图1中输出信号调理模块的电路图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0020]如图1所示，为本发明的电路原理框图，包括顺序连接的入口信号调理模块、电平比较模块和输出信号调理模块，入口信号调理模块的输入端连接键相传感器，输出信号调理模块的输出端连接主处理器。
[0021]如图2所示，为入口信号调理模块的电路图，包括仪表放大器Ul和RC滤波器，RC滤波器连接在仪表放大器Ul的信号输入端。RC滤波器对键相信号进行高频滤波，由电阻匹配网络和电容器Cl、电容器C2构成。电阻匹配网络包括投切电阻Rl、R2、R3、R4和滤波电阻R5、R6，投切电阻Rl、R2串联在入口信号调理模块输入端的正极，投切电阻R3、R4串联在入口信号调理模块输入端的负极，滤波电阻R5、R6分别并联在电容器Cl、C2的两端。投切电阻Rf R4均由主处理器控制投切。入口信号调理模块对键相信号采用抗共模干扰处理，输入信号按差分方式接入与匹配，并使用仪表放大器Ul进行调理。
[0022]对于电平比较模块，本发明给出了如下两种连接电路:
如图3所示，为电平比较模块的其中一种电路图，包括基准电源VREF、比较电平分压网络、比较器U2和比较器正反馈网络。比较器电平分压网络由比较电平分压电阻R7、R8和R9组成，基准电源VREF串联R7后，分为两条支路，其中一条支路通过串联连接的R8和R9接地，与R7构成了前述的比较电平分压网络，另一条支路直接连接比较器U2的负极。比较器正反馈网络包括电阻R10、R11，仪表放大器Ul的输出端V2串联RlO后连接比较器U2的正极，Rll跨接在比较器U2的正极和输出端V3之间。
[0023]如图4所示，为电平比较模块的另一种电路图，与图3不同之处在于，入口信号调理模块的输出端直接与比较器U2的负极电连接。基准电源VREF通过比较电平分压网络连接比较器正反馈网络，比较器正反馈网络与比较器的正极电连接。
[0024]如图5所示，为输出信号调理模块的电路图，包括分压电路、用于电平变换的非门U3和隔离电路，分压电路由分压电阻R12、R13构成，比较器U2的输出端V3经R12与非门U3的输入端电连接，经R12、R13接地。隔离电路U4与非门U3的输出端电连接。隔离电路U4优选光耦隔离电路，光耦隔离电路的输入端和输出端分别连接有限流电阻R14、R15。
[0025]滤波电阻R5、R6，投切电阻R1?R4、比较电平分压电阻R7、R8、R9可以采用继电器投切电阻或模拟开关投切电阻或数字电位器。继电器投切电阻、模拟开关投切电阻、数字电位器均可以通过主处理器的程序控制实现电阻自动调节、切换。另外，滤波电阻、投切电阻、比较电平分压电阻、分压电路中的分压电阻可以是任意数量，不限于图2?图5中示出的数量。
[0026]本发明工作时，工作人员通过现场工况确定电阻匹配网络的阻值和比较器U2的比较电平，通过主处理器控制投切相应电阻。键相传感器输出的键相信号经入口信号调理模块调理后，送入电平比较模块，与设置的比较电平进行比较，获得脉冲方波信号。输出信号调理模块对该方波进行电平变换，然后经隔离电路隔离，送入主处理器，主处理器通过捕获处理后获取键相相位。整个处理过程中，通过主处理器改变可投切电阻的投切开关位置，获取入口匹配电阻和比较器比较电平不同设置下的采集效果，以辨别是否设置合理，避免设置到临界状态的情况。
[0027]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种键相采集自适应电路，其特征在于，包括顺序连接的入口信号调理模块、电平比较模块和输出信号调理模块，入口信号调理模块的输入端连接键相传感器，输出信号调理模块的输出端连接主处理器；入口信号调理模块接收键相信号，键相信号经入口调理模块调理后送入电平比较模块进行比较，获得方波信号，输出信号调理模块对方波信号进行电平变换，并送入主处理器，主处理器通过捕获处理后获取键相相位。
2.根据权利要求1所述的键相采集自适应电路，其特征在于，所述入口信号调理模块包括仪表放大器和连接在仪表放大器输入端的RC滤波器，所述RC滤波器由电阻匹配网络和电容器构成，电阻匹配网络包括并联在电容器两端的滤波电阻和串联在入口信号调理模块正、负极输入端的若干投切电阻组成，所述投切电阻由主处理器控制投切。
3.根据权利要求2所述的键相采集自适应电路，其特征在于，所述滤波电阻、投切电阻为继电器投切电阻、模拟开关投切电阻、数字电位器中的任一种。
4.根据权利要求1所述的键相采集自适应电路，其特征在于，所述电平比较模块包括基准电源、比较电平分压网络、比较器和比较器正反馈网络，所述入口信号调理模块的输出端通过比较器正反馈网络连接比较器的正极，基准电源通过比较电平分压网络连接比较器的负极。
5.根据权利要求1所述的键相采集自适应电路，其特征在于，所述电平比较模块包括基准电源、比较电平分压网络、比较器和比较器正反馈网络，所述入口信号调理模块的输出端与比较器的负极电连接，基准电源通过比较电平分压网络连接比较器正反馈网络，比较器正反馈网络与比较器的正极电连接。
6.根据权利要求4或5所述的键相采集自适应电路，其特征在于，所述比较电平分压网络由若干比较电平分压电阻组成，所述比较电平分压电阻为继电器投切电阻、模拟开关投切电阻、数字电位器中的任一种。
7.根据权利要求1所述的键相采集自适应电路，其特征在于，所述输出信号调理模块包括分压电路、用于电平变换的非门和隔离电路，分压电路与非门的输入端电连接，隔离电路与非门的输出端电连接。
8.根据权利要求7所述的键相采集自适应电路，其特征在于，所述隔离电路为光耦隔离电路，光耦隔离电路的输入端和输出端分别连接有限流电阻。
【文档编号】G01R25/00GK104360158SQ201410652350
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】马玉龙, 夏雨, 周华良, 侯明国, 沈健 申请人:国电南瑞科技股份有限公司