一种基于对数放大器的电力数据采集方法及系统与流程
本公开涉及一种基于对数放大器的电力数据采集方法及系统。
背景技术：
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
为了保证电力系统的正常运行，需要对电力线路上的电压、电流等参数进行测量，这就必须对电力数据进行采集。一般常采用a/d转换器将模拟信号转换为数字信号，在一定的转换精度要求下，对大动态的模拟信号进行转换，要求a/d的分辨率较高，即位数较高，这在有些场合是不经济的，甚至是不可实现的。
引入对数放大器进行动态压缩，将大动态的输入信号先进行对数压缩，得到压缩后较小的输出动态，再加到a/d转换器进行量化，可在不增加a/d位数的情况下处理大动态的输入信号。把输入信号转换成对数输出信号，目的是压缩输入信号的动态范围，提高电路的检测范围。针对故障信号，对数放大器更能适应宽动态范围变化的信号。对数放大器的输出信号是一个动态范围已经得到压缩的模拟信号，便于a/d转换器处理动态范围大的模拟信号。采用对数放大器和低分辨率的a/d转换器相结合，可以达到将大动态信号压缩等优点，而且精度高、体积小、重量轻。因此，在处理大动态范围的信号时，使用对数放大器可以将其动态范围压缩到一个可以处理的程度。
技术实现要素：
本公开为了解决上述问题，提出了一种基于对数放大器的电力数据采集方法及系统，本公开能够更好的对电力采集数据进行有效处理，提高a/d转换器的动态范围。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种基于对数放大器的电力数据采集方法，包括以下步骤：
(1)获取被测线路电压或电流信号，并基于对数放大器对获取的信号进行压缩处理；
(2)对压缩后的模拟信号进行数字化处理，得到数字信号；
(3)对数字信号进行扩张处理，对采集的信号进行还原。
作为进一步的限定，所述步骤(1)中，获取被测线路电压或电流信号包含：工频信号和行波信号。
作为进一步的限定，所述步骤(1)中，对获取的电压或电流信号进行压缩处理，通过采用半导体二极管的伏安特性呈对数关系特性的原理，对输入信号进行对数压缩来获取对数放大器的输出信号。
具体的，基于对数放大器的元件参数、玻尔兹曼常数、电子电量以及绝对温度，根据输入电流，求得对数放大器的输出电压。
作为进一步的限定，所述步骤(2)中，将模数转换后得到的数字信号进行存储和传输。
作为进一步的限定，所述步骤(3)中，对接收到的数字信号进行扩张还原，基于对数放大器的元件参数、玻尔兹曼常数、电子电量以及绝对温度，根据接收的输出电压，计算得到对数放大器的输入电流。
一种基于对数放大器的电力数据采集系统，包括电流传感器、对数放大器、a/d转换器、信号处理模块和计算模块，其中：
所述电流传感器，被配置为获取被测线路电流信号；
所述对数放大器，被配置为对采集的电流信号进行压缩处理；
所述a/d转换器，被配置为对压缩后的信号进行模数转换；
所述信号处理模块，被配置为存储模数转换后的信号，并将其传输给计算模块；
所述计算模块，被配置为对接收的数字信号进行扩张处理，还原原始采集数据。
作为进一步的限定，所述对数放大器包括并联的放大器、第一二极管、第二二极管和第一电阻，其中，所述第一二极管、第二二极管的连接方向相反，第一二极管、第二二极管和第一电阻均并联至放大器的负相输入端和输出端之间，所述负相输入端还连接有第二电阻。
作为进一步的限定，所述信号处理模块包括相互连接的信号传输模块和信号存储模块。
作为进一步的限定，所述信号存储模块为存储器或存储卡。
作为进一步的限定，所述信号传输模块为总线通讯模块。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
1.扩大检测信号的动态范围超过40db，对于采用16位a/d的输入系统，信号的动态范围超过120db。采用对数放大器和位数少、低分辨率的a/d转换器配合使用，在达到检测大动态范围信号的目的时又能同时大大降低电路的成本和体积。
2.减少通道数，简化系统结构，通常，16位a/d转换器的动态范围为80db左右，如果输入信号动态范围显著超过80db，需要分离小信号和大信号，并进行分别处理，而使用对数放大器，扩大了动态范围，可实现单通道处理。
3.减少传输容量和存储容量，节约成本，满足电力系统的应用要求。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是一种基于对数放大器的电力数据采集流程图；
图2是对数放大器电路原理图；
图3(a)-(c)分别是输入300mv电压(0.3ma电流)波形、输出压缩的电压波形及还原的电流波形图；
图4(a)-(c)分别是输入3v电压(3ma电流)波形、输出压缩的电压波形及还原的电流波形图；
图5(a)-(c)分别是输入30v电压(30ma电流)波形、输出压缩的电压波形及还原的电流波形图；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种基于对数放大器的电力数据采集方法，包括如下步骤：
步骤一、获取被测线路电压或电流信号；
步骤二、对获取的电压或电流信号进行压缩处理；
步骤三、对步骤二经压缩输出的模拟信号进行数字化处理，得到数字信号；
步骤四、对数字信号进行存储和传输处理；
步骤五、对接收到的数字信号进行扩张处理，实现基于对数放大器的电力数据采集还原。
步骤一中，获取被测线路电压或电流信号包含：工频信号和行波信号。
步骤二中，对获取的电压或电流信号进行压缩处理，通过采用半导体二极管的伏安特性呈对数关系特性的原理，对输入信号进行对数压缩来获取对数放大器的输出信号，具体方法为：
根据算法公式
步骤三中，对步骤二经压缩输出的模拟信号进行数字化处理，得到数字信号，通过a/d转换器将模拟信号转换为数字信号。
步骤四中，对数字信号进行存储和传输处理，具体为：通过信号存储模块进行数字信号存储，避免信号数据的丢失；通过信号传输模块进行数字信号传输。数字信号便于存储，在传输过程中具有更高的抗干扰能力，更远的传输距离，数据传输速度快，且失真幅度小。
步骤五中，对接收到的数字信号进行扩张还原，具体方法为：
当uo≥0时，
作为一种典型实施例，结合图1流程图对具体实施方式作说明，本实例对线路电流信号进行处理，电压信号处理与之相似。
一种基于对数放大器的电力数据采集方法，其特征包括如下步骤：
步骤一、获取被测线路电流(电压)信号。
步骤二、电流(电压)信号压缩处理。
步骤三、获取数字信号。
步骤四、存储和传输数字信号。
步骤五、数字信号扩张处理。
完成一种基于对数放大器的电力数据采集。
其中，步骤一所述获取被测线路电流信号，具体方法为通过电流传感器，采集电流信号。电流信号中包含工频信号和行波信号。
其中，步骤二所述电流信号压缩处理，具体方法为对步骤一中获取的电流信号通过对数放大器进行处理，如图2所示。图2中的i就是对数放大器的输入电流信号，ui是输入电压，r1是输入电阻，r是二极管并联电阻，uo是对数放大器的输出电压。为了便于分析，i＝ui/r1。以r1＝1kω，r＝2kω为例，ui分别为300mv、3v、30v，频率为50hz的正弦信号，如图3-5(a)所示，分别对相对应的输入电流i进行对数压缩，得到相应的对数放大器的输出信号。
根据算法公式
其中，步骤三所述获取数字信号，对步骤三中得到的三组输出电压信号，分别加到a/d转换器进行量化，转换为相应的数字信号输出。
其中，步骤四存储和传输数字信号，通过信号存储模块(如sd存储卡)进行数字信号存储；通过串口传输模块(如rs232的串口通信)进行数字信号传输。
其中，步骤五数字信号扩张处理，对接收到的三组数字信号进行扩张处理，还原对数放大器的输入电流信号。
当uo≥0时，
三组数字信号进行扩张处理后，波形情况如图3-5(c)所示，可以看出所得到的电流波形还原了输入信号波形。由图3-5可知，输入信号在一个很大范围内变化时，相应的输出信号只在一个小范围内变化，对数放大器能有效的压缩大动态的输入信号。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
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