用于超高频局部放电检测的接收机及方法与流程

1.本公开涉及电力检测技术领域，尤其涉及一种用于超高频局部放电检测的接收机及方法。


背景技术：

2.现有的超高频局部放电检测技术和产品，具有抗电晕干扰，检测灵敏度高，抗环境干扰等优势，是目前局部检测的主流技术；常见的有混频和检波两种体制，混频体制又具有局部放电相位信息高保真，抗干扰功能。
3.在混频体制局部放电接收机中，由于接收的局部放电信号是实信号，实信号的频谱是共轭对称的双边带，存在有镜像频谱，所以，当采用简单的实数混频时，将射频信号搬移到零中频上时，镜像频谱与有用频谱同时搬移到零中频上，就造成了镜像频谱干扰，从而影响接收机的灵敏度和检测的可靠性。
4.因此，消除局部放电检测中镜像频谱是提高超高频局部放电接收机灵敏度的关键。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本公开的目的在于提出一种用于超高频局部放电检测的接收机及方法。
6.基于上述目的，本公开提供了一种用于超高频局部放电检测的接收机，包括：
7.第一混频器，用于将局部放电实信号与第一本振信号混频，以得到第一中频信号；
8.第二混频器，用于将所述局部放电实信号与第二本振信号混频，以得到第二中频信号，其中，所述第二本振信号比所述第一本振信号在相位上超前90度；
9.第一抗混叠滤波器，用于对所述第一中频信号进行抗混叠滤波；
10.第一模数转换器，用于以采样频率将经过抗混叠滤波的所述第一中频信号转换成第一数字信号；
11.第二抗混叠滤波器，用于对所述第二中频信号进行抗混叠滤波；
12.第二模数转换器，用于以所述采样频率将经过抗混叠滤波的所述第二中频信号转换成第二数字信号；
13.延迟器，用于将所述第二数字信号延迟1/4个时钟周期，所述时钟周期等于所述采样频率的倒数；以及
14.加法器，用于将所述第一数字信号与经过延迟的所述第二数字信号相加，以得到局部放电数字信号。
15.可选地，所述第一抗混叠滤波器和所述第二抗混叠滤波器都具有第一带宽；
16.所述采样频率等于所述第一带宽的4倍。
17.可选地，所述第一带宽为20mhz，所述采样频率为80mhz。
18.可选地，所述接收机还包括：
19.带通滤波器，用于对通过天线接收的局部放电信号进行带通滤波；
20.第一低噪声放大器，用于对经过带通滤波的所述局部放电信号进行放大，以得到所述局部放电实信号。
21.可选地，所述接收机还包括：
22.本地振荡器，生成所述第一本振信号和所述第二本振信号；
23.移相器，用于将所述第一本振信号的相位前移90度，以得到所述第二本振信号。
24.可选地，所述带通滤波器的通带为300mhz～1500mhz，所述本地振荡器能够生成300mhz～1500mhz频率范围内的本振信号。
25.可选地，所述接收机还包括：
26.第二低噪声放大器，连接在所述第一混频器与所述第一抗混叠滤波器之间，用于对所述第一中频信号进行放大；
27.第三低噪声放大器，连接在所述第二混频器与所述第二抗混叠滤波器之间，用于对所述第二中频信号进行放大。
28.可选地，所述加法器还用于对所述局部放电数字信号进行防溢出处理。
29.本公开还提供了一种用于超高频局部放电检测的方法，包括：
30.将局部放电实信号与第一本振信号混频，以得到第一中频信号；
31.将所述局部放电实信号与第二本振信号混频，以得到第二中频信号，其中，所述第二本振信号比所述第一本振信号在相位上超前90度；
32.对所述第一中频信号进行抗混叠滤波，并以采样频率将经过抗混叠滤波的所述第一中频信号转换成第一数字信号；
33.对所述第二中频信号进行抗混叠滤波，并以所述采样频率将经过抗混叠滤波的所述第二中频信号转换成第二数字信号；
34.将所述第二数字信号延迟1/4个时钟周期，所述时钟周期等于所述采样频率的倒数；以及
35.将所述第一数字信号与经过延迟的所述第二数字信号相加，以得到局部放电数字信号。
36.可选地，所述方法还包括：
37.对通过天线接收的局部放电信号进行带通滤波；
38.对经过带通滤波的所述局部放电信号进行放大，以得到所述局部放电实信号。
39.根据本公开的实施例，通过在数字域将第二数字信号延迟1/4个采样时钟周期，实现第一数字信号与第二数字信号相位对齐，然后将第一数字信号与第二数字信号直接相加，合并后的信号是消除了镜像频谱干扰的理想局部放电信号，从而提高了接收机的灵敏度。此外，在数字域内实现信号合并，抗干扰性更强，信号失真程度更小。
附图说明
40.为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，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。
41.图1为本公开的一个实施例的用于超高频局部放电检测的接收机的结构示意图；
42.图2为哈特利镜像抑制原理示意图；
43.图3为本公开的另一实施例的用于超高频局部放电检测的接收机的结构示意图；
44.图4为本公开实施例的超高频局部放电检测接收机的应用实例的示意图；
45.图5为本公开实施例的用于超高频局部放电检测的方法的流程示意图。
具体实施方式
46.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
47.需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
48.如背景技术所述，在通过混频将射频信号频谱搬移到中频，从而再对中频信号进行采样，且中频信号频率越低，模数转换器采用频率也越低，也就更容易实现采样，其中，射频信号是实信号，实信号的频谱是共轭对称的双边带也就是对称镜像频谱；在通过混频将射频信号频谱搬移到中频时，镜像频谱也就进入了抗混叠滤波器，当镜像频谱与有用频谱完全重叠，使用任何抗镜像滤波器也就没有用了，模数转换器进行采样时也就引入了镜像频谱干扰。
49.相关技术中，一般在正交混频后，在模拟域通过移相器将第二本振信号延迟90度，以使第一本振信号与第二本振信号实现相位对齐，再用高成本的大带宽电桥芯片将第一本振信号和第二本振信号叠加起来，合并成完整模拟信号，再对模拟信号进行模数转换，得到数字信号。其中，大带宽电桥芯片的使用大大增加了成本且模拟域内调相效果并不理想。
50.针对上述相关技术存在的问题，并基于前述发明人的发现，本公开实施例提供一种超高频局部放电检测接收机。通过在数字域内对第二数字信号进行移相，并在数字域内完成第二数字信号和第一数字信号的相位对齐。
51.以下，结合附图详细说明本公开的实施例。
52.参考图1，一种用于超高频局部放电检测的接收机可以包括：第一混频器1003、第二混频器1004、第一抗混叠滤波器1009、第一模数转换器1011、第二抗混叠滤波器1010、第二模数转换器1012、延迟器1013、加法器1014、带通滤波器1001、第一低噪声放大器1002、本地振荡器1005、移相器1006、第二低噪声放大器1007、第三低噪声放大器1008。
53.带通滤波器1001可以对通过天线接收的局部放电信号进行带通滤波。例如，可以将带通滤波器1001的通带预设为300mhz
‑
1500mhz。
54.第一低噪声放大器1002可以对带通滤波器1001输出的局部放电信号进行低噪声放大，以得到局部放电实信号并将其提供给第一混频器1003和第二混频器1004。低噪声放大器(low noise amplifier简称lna)是噪声系数很低的放大器，一般用在高灵敏度电子探
测设备的放大电路。
55.在一些实施例中，可以使用本地振荡器1005向第一混频器1003和第二混频器1004分别提供相互正交的第一和第二本振信号。第二本振信号可以比第一本振信号在相位上超前90度。
56.第一混频器1003可以将接收到的局部放电实信号与第一本振信号相乘，实现混频，以得到第一中频信号。第二混频器1004可以将接收到的局部放电实信号与第二本振信号相乘，实现混频，以得到第二中频信号。第一中频信号和第二中频信号也可以分别称为i路信号和q路信号。例如，参考图4，本地振荡器1005能够通过电能转换生成符合采样标准的300mhz～1500mhz频率范围内的本振信号。
57.第二低噪声放大器1007和第三低噪声放大器1008可以分别对第一中频信号和第二中频信号进行低噪声放大，以提高信号的信噪比。
58.第一抗混叠滤波器1009和第二抗混叠滤波器1010可以分别对经过低噪声放大的第一中频信号和第二中频信号进行抗混叠滤波。抗混叠滤波器可以有效保证在保持与采样之前防止输入的信号最大频率出现与采样频率冲突而设置的保护。因为常规采样的频率根据奈奎斯特定理要大于输入信号最高频率的两倍以上，所以输入信号中超过最高频率的其他频率特别是与采样频率接近的频率要通过抗混叠滤波器进行抑制，防止采样时出现频率混叠，为下一步对信号采样做准备。作为一个例子，参考图4，第一抗混叠滤波器1009和第二抗混叠滤波器1010的带宽都可以设置为20mhz。
59.第一模数转换器1011和第二模数转换器1012可以以相同的采样频率分别对经过抗混叠滤波的第一中频信号和第二中频信号进行模数转换，得到第一数字信号和第二数字信号。例如，参考图4，该采样频率可以设置为80mhz，即，可以为第一抗混叠滤波器1009和第二抗混叠滤波器1010的带宽的4倍。
60.由于第一混频器1009和第二混频器1010如上所述对局部放电实信号进行了正交混频，因此第一数字信号和第二数字信号的相位不是对齐的，第二数字信号较第一数字信号延迟了90度。为此，在数字域内采用哈特利镜像抑制，利用延迟器1013将第二数字信号延迟1/4个时钟周期，该时钟周期等于上述采样频率的倒数，1/4个时钟周期相当于90度。这样，可以实现第一数字信号与第二数字信号的相位对齐，同时，消除了镜像频谱干扰。哈特利镜像抑制原理如图2所示。
61.加法器1014可以将第一数字信号与经过延迟的第二数字信号相加，以得到局部放电数字信号。
62.参考图3，本公开的另一实施例提供了与图1所示的接收机类似的另一种用于超高频局部放电检测的接收机。该接收机可以包括：第一混频器3001、第二混频器3002、本地振荡器3003、延迟器3011、第二低噪声放大器3005、第三低噪声放大器3006、第一抗混叠滤波器3007、第一模数转换器3009、第二抗混叠滤波器3008、第二模数转换器3010、移相器3004以及加法器3012。
63.第一混频器3001和第二混频器3002接收局部放电实信号以及本地振荡器发出的两路正交本振信号(即第一本振信号和比第一本振信号在相位上超前90度的第二本振信号)，并将局部放电信号与两路本振信号相乘，完成正交混频，得到第一中频信号和第二中频信号。
64.然后，第一中频信号依次经过第二低噪声放大器3005、第一抗混叠滤波器3007和第一模数转换器3009处理，得到第一数字信号。第二中频信号依次经过第三低噪声放大器3006、第二抗混叠滤波器3008和第二模数转换器3010处理，得到第二数字信号。
65.第二模数转换器3010的输出端连接延迟器3011，延迟器3011可以将第二数字信号延迟1/4个采样时钟周期。通过加法器3012将第一数字信号与延迟后的第二数字信号相加或合并，得到的电信号即为理想局部放电信号。
66.相关技术中，在正交混频后，直接在模拟域内将第一中频信号和第二中频信号(也可以称为i路信号和q路信号)相位对齐，然后利用大带宽模拟电桥芯片将对齐后的第一中频信号和第二中频信号相加，再使用模数转换器对相加后得到的信号进行采样，转换为数字信号，最后对数字信号进行检测。与此不同，根据本公开的实施例，延迟相位以及信号的合并均在数字域完成，避免了大带宽模拟电桥芯片的使用，降低了成本，并且，在数字域内进行合并得到的电信号抗干扰性更强，信号失真更小。
67.本公开实施例还提供了一种超高频局部放电检测方法，该检测方法基于上述超高频局部放电检测接收机实现。图5为超高频局部放电检测方法的流程图。如图5所示，该方法可以包括：
68.步骤s501、将局部放电实信号与第一本振信号进行复数混频，以得到第一中频信号；
69.步骤s502、将所述局部放电实信号与第二本振信号进行复数混频，以得到第二中频信号，其中，所述第二本振信号比所述第一本振信号在相位上超前90度；
70.步骤s503、对所述第一中频信号进行抗混叠滤波，并以采样频率将经过抗混叠滤波的所述第一中频信号转换成第一数字信号；
71.步骤s504、对所述第二中频信号进行抗混叠滤波，并以所述采样频率将经过抗混叠滤波的所述第二中频信号转换成第二数字信号；
72.步骤s505、将所述第二数字信号延迟1/4个时钟周期，所述时钟周期等于所述采样频率的倒数；以及
73.步骤s506、将所述第一数字信号与经过延迟的所述第二数字信号相加，以得到局部放电数字信号。
74.在一些实施例中，该方法还可以包括：对通过天线接收的局部放电信号进行带通滤波；对经过带通滤波的所述局部放电信号进行放大，以得到所述局部放电实信号。
75.需要说明的是，上述对本公开的一些实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于上述实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
76.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
77.另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本公开实施例难以理解，在所提供的附
图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本公开实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本公开实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本公开实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
78.尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。
79.本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。