基于DSP和虚拟仪器的谐波检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种谐波检测装置，具体涉及基于DSP和虚拟仪器的谐波检测装置，属于谐波分析技术领域。

背景技术：

虚拟仪器（Visual Instructions）技术开发设备主要采用美国国家仪器公司（National Instrument）公司的LabVIEW平台，拥有强大的函数库、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件，利用高性能的模块化可以完全自主定义用户界面，可扩展性强，开发时间少的优势，但实时性不高，处理速度由Windows操作系统决定。

近年来，随着电力电子设备的广泛应用，大量非线性器件的使用导致谐波问题日益严重，谐波影响电能的生产、传输和利用率，影响精密电子设备的测量精度和使用寿命，因此实时的对谐波含量的检测具有重要的意义。目前，生产用于谐波检测的厂商有很多，功能也很齐全，但是，谐波检测装置体积大，设备维修成本高，谐波检测效果差，以及实时性不高等弊端，很难在教学实验中普及使用，因此需要一种对硬件依赖性小，开发成本低的谐波检测装置对谐波含量进行实时性检测。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中谐波检测装置体积大，设备维护成本高，对硬件设备依赖性大，以及实时性不高的问题。

本实用新型的技术方案是：基于DSP和虚拟仪器的谐波检测装置，本实用新型包括信号采集与处理模块和PC机显示模块；所述信号采集与处理模块包括电压互感输入电路、电流互感输入电路、多路开关、信号调理电路、低通滤波器、整形电路、锁相倍频电路、DSP芯片和USB转串口，所述锁相倍频电路包括鉴相器、鉴相器低通滤波器、压控振荡器VOC和分频器依次连接构成，分频器输出端信号与鉴相器输入端信号比较，实现实时追踪检测信号的频率变化，所述PC机显示模块为搭载有LabVIEW2014软件的计算机平台，包括VISA数据读取、原波形、波形失真度和各次谐波含量的显示，信号采集与处理模块和PC机显示模块的数据传递通过USB转串口芯片连接，检测信号通过信号采集与处理模块的电压互感输入电路或电流互感输入电路调整为DSP芯片可以处理的标准信号，电压互感输入电路和电流互感输入电路输出的标准信号进入到多路开关，多路开关的输出端分别连接低通滤波器和信号调理电路，低通滤波器滤出基波信号，低通滤波器输出端连接整形电路输入端，将低通滤波器滤出的基波信号调整为与之同频率的方波，整形电路的输出端连接锁相倍频电路的输入端，输出基波频率整数倍的方波，锁相倍频电路输出端连接DSP芯片内部的中断，实现同步采样，抑制同步采样误差，提高谐波测量和分析精度，信号调理电路的输出端连接DSP芯片的主控单元输入端，然后利用DSP芯片内部AD转换将模拟信号转换为DSP芯片可以处理的数字信号，然后利用DSP芯片主控单元强大的运算功能，对采集数据进行快速傅里叶变换得到各个频率处的幅值和相角，处理后的数据通过USB转串口传送到PC机显示模块，PC机显示模块为搭载有LabVIEW2014软件的计算机平台，VISA数据读取对传送来的数据进行读取，并在原波形上显示信号初始波形，以及对波形失真度的显示和各次谐波含量的显示，可以直观检测出检测信号受谐波污染的程度。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：本实用新型以“软件即仪器”的设计理念，使用基于DSP的信号采集与处理模块和PC机上搭载的LabVIEW2014组成谐波检测装置，充分利用DSP的数据处理能力和LabVIEW2014的集成资源和交互性，不需要数据采集卡，降低成本，采集到的数据由DSP快速处理后直接通过USB串口传送到数据读取模块，由LabVIEW2014对读取数据处理并显示，实现对检测信号谐波含量的实时性检测，对硬件设备依赖性小，可根据需要，修改界面布局，可扩展性好。基于一套硬件设备，只要在软件上稍作扩展就可实现多种检测功能，可扩展性好，结构简单，便于在实验室中应用。

附图说明

图1，本实用新型的结构框图。

图2，锁相倍频电路的结构框图。

具体实施方式

结合附图说明本实用新型的具体实施方式，本实用新型是基于DSP和虚拟仪器的谐波检测装置，如图1所示，包括信号采集与处理模块和PC机显示模块；信号采集与处理模块和PC机显示模块通过USB转串口连接。

信号采集与处理模块包括电压互感输入电路、电流互感输入电路、多路开关、信号调理电路、低通滤波器、整形电路、锁相倍频电路、DSP芯片和USB转串口，所述所述锁相倍频电路如图2所示，包括鉴相器、鉴相器低通滤波器、压控振荡器VOC和分频器依次连接构成，所述PC机显示模块为搭载有LabVIEW2014软件的计算机平台，包括VISA数据读取、原波形、波形失真度和各次谐波含量的显示。

信号采集与处理模块和PC机显示模块通过USB接口连接，检测信号通过信号采集与处理模块的电压互感输入电路或电流互感输入电路调整为DSP芯片可以处理的标准信号，电压互感输入电路和电流互感输入电路输出的标准信号进入到多路开关，多路开关的输出端分别连接低通滤波器和信号调理电路，低通滤波器滤出基波信号，低通滤波器输出端连接整形电路输入端，将低通滤波器滤出的基波信号调整为与之同频率的方波，整形电路的输出端连接锁相倍频电路的输入端，输出基波频率整数倍的方波，锁相倍频电路输出端连接DSP芯片内部的中断，实现同步采样，抑制同步采样误差，提高谐波测量和分析精度，信号调理电路的输出端连接DSP芯片的主控单元输入端，然后利用DSP芯片内部AD转换将模拟信号转换为DSP芯片可以处理的数字信号，然后利用DSP芯片主控单元强大的运算功能，对采集数据进行快速傅里叶变换得到各个频率处的幅值和相角，处理后的数据通过USB转串口传送到PC机显示模块。

PC机显示模块为搭载有LabVIEW2014软件的计算机平台，PC机显示模块包括VISA数据读取、原波形、波形失真度和各次谐波含量的显示，VISA数据读取对传送来的数据进行读取，并在原波形上显示信号初始波形，以及对波形失真度的显示和各次谐波含量的显示，可以直观检测出检测信号受谐波污染的程度。

所述锁相倍频电路包括鉴相器、鉴相器低通滤波器、压控振荡器VOC和分频器依次连接构成，分频器输出端信号与鉴相器输入端信号比较，实现实时追踪检测信号的频率变化。

所述锁相倍频电路输出信号是基波频率4~6倍的脉冲信号。