一种断路器开关柜的气体探测器的制作方法

本实用新型涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种断路器开关柜的气体探测器。

背景技术：

sf6气体凭借稳定性极高、电气绝缘强度极强和灭弧能力优异的特性，被广泛应用于电力行业开关柜中的高压断路器。然而，以sf6气体作为介质的电力设备，一旦会发生泄漏，会分解对人体有害的有毒气体，因此，sf6气体浓度检测对高压设备工作情况安全监测十分重要。目前，主要采用红外气体探测器对sf6气体浓度进行检测，经气体红外探测器输出的信号为低频信号，有大量高频噪声，且附加直流分量，为了提高检测精度，需要抑制高频噪声和直流分量。

现有通常是使用一个二阶带通滤波器来抑制高频噪声和直流分量，存在高频谐波无法滤除、品质因数低的问题，导致检测输出的信号精度不高。

因此，为了解决上述问题，本实用新型提出了一种断路器开关柜的气体探测器，能够有效滤出高频谐波分量，提高品质因数，提高气体探测器的检测精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出了一种断路器开关柜的气体探测器，能够有效滤出高频谐波分量，提高品质因数，提高气体探测器的检测精度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种断路器开关柜的气体探测器，其包括红外气体探测器、cpu芯片和信号调理电路，信号调理电路包括二阶带通滤波器、二阶压控型低通滤波器和信号放大电路；

红外气体探测器检测断路器周围的sf6气体浓度，并转换为电信号输入到二阶带通滤波器的输入端，二阶带通滤波器的输出端通过依次串联的二阶压控型低通滤波器和信号放大电路与cpu芯片的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，二阶带通滤波器包括电阻r1-r4、电容c31-c33和第一运算放大器opa2340；

红外气体探测器通过电阻r1分别与电容c31的一端和电容c32的一端电性连接，电容c31的另一端接地，电容c32的另一端分别与电阻r2的一端和第一运算放大器opa2340的同相输入端电性连接，电阻r2的另一端接地，第一运算放大器opa2340的反相输入端分别与电阻r3的一端和电阻r4的一端电性连接，电阻r3的另一端接地，电阻r4的另一端与第一运算放大器opa2340的输出端电性连接，电容c33并联在电阻r4的两端，第一运算放大器opa2340的输出端与二阶压控型低通滤波器的输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，二阶带通滤波器的中心频率为2hz。

更进一步优选的，二阶压控型低通滤波器包括电阻r5-r8、电容c34、电容c35和第二运算放大器opa2111；

第一运算放大器opa2340的输出端通过电阻r5分别与电阻r6的一端和电容c34的一端电性连接，电容c34的另一端与第二运算放大器opa2111的输出端电性连接，电阻r6的另一端分别与第二运算放大器opa2111的同相输入端和电容c35的一端电性连接，电容c35的另一端接地，第二运算放大器opa2111的反相输入端分别与电阻r7的一端和电阻r8的一端电性连接，电阻r7的另一端接地，电阻r8的另一端与第二运算放大器opa2111的输出端电性连接，第二运算放大器opa2111的输出端通过信号放大电路与cpu芯片的模拟输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，信号放大电路包括一级放大电路和二级放大电路；

二阶压控型低通滤波器的输出端通过依次串联的一级放大电路和二级放大电路与cpu芯片的模拟输入端电性连接。

更进一步优选的，一级放大电路包括电阻r9-r11、极性电容c36、电容c37、电容c38和第三运算放大器op07cn；

二阶压控型低通滤波器的输出端分别与第三运算放大器op07cn的同相输入端、电阻r9的一端和电容c37的一端电性连接，电阻r9的另一端和电容c37的另一端均接地，第三运算放大器op07cn的反相输入端分别与电阻r10的一端、电阻r11的一端和电容c38的一端电性连接，电阻r10的另一端与极性电容c36的正极电性连接，极性电容c36的负极接地，电阻r11的另一端和电容c38的另一端均与第三运算放大器op07cn的输出端电性连接，第三运算放大器op07cn的输出端与二级放大电路的输入端电性连接。

更进一步优选的，二级放大电路包括电阻r12-r14、极性电容c39和第四运算放大器op07cn；

第三运算放大器op07cn的输出端与极性电容c39的正极电性连接，极性电容c39的负极分别与第四运算放大器op07cn的同相输入端和电阻r12的一端电性连接，电阻r12的另一端接地，第四运算放大器op07cn的反相输入端分别与电阻r13的一端和电阻r14的一端电性连接，r13的另一端接地，第四运算放大器op07cn的输出端分别与电阻r14的另一端和cpu芯片的模拟输入端电性连接。

本实用新型的一种断路器开关柜的气体探测器相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置二阶带通滤波器和二阶压控型低通滤波器，二阶带通滤波器滤除红外气体探测器输出的电信号中存在的高频噪声和直流分量；二阶压控型低通滤波器进一步滤除电信号中存在的高频谐波干扰，使滤波器总的品质因数得到提高，通带内信号被提取放大，通带外噪声明显衰减，滤波效果得到有效改善，提高气体探测器的检测精度；

(2)通过设置一级放大电路和二级放大电路，一级放大电路放大二阶压控型低通滤波器输出的电信号，二级放大电路，进一步放大一级放大电路输出的电信号，采用两级放大的电路结构对微弱电压信号进行放大，容易实现，且保证微弱电压信号不失真的放大。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型的一种断路器开关柜的气体探测器的系统结构图；

图2为本实用新型的一种断路器开关柜的气体探测器中二阶带通滤波器和二阶压控型低通滤波器的电路图；

图3为本实用新型的一种断路器开关柜的气体探测器中一级放大电路和二级放大电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种断路器开关柜的气体探测器，其包括红外气体探测器、cpu芯片和信号调理电路。

红外气体探测器，检测断路器周围的sf6气体浓度，并转换为电信号输入到信号调理电路进行处理。红外气体探测器检测sf6断路器周围的sf6气体浓度，并转换为电信号输入到信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端与cpu芯片的模拟输入端电性连接。

信号调理电路，对红外气体探测器输出的电信号进行滤波放大处理。信号调理电路的输入端接收红外气体探测器输出的电信号，信号调理电路的输出端与cpu芯片的模拟输入端电性连接。优选的，本实施例中，信号调理电路包括二阶带通滤波器、二阶压控型低通滤波器和信号放大电路。

二阶带通滤波器，用于滤除红外气体探测器输出的电信号中存在的高频噪声和直流分量。具体的，二阶带通滤波器的输入端接收红外气体探测器输出的电信号，二阶带通滤波器的输出端与二阶压控型低通滤波器的输入端电性连接。优选的，本实施例中，如图2所示，二阶带通滤波器包括电阻r1-r4、电容c31-c33和第一运算放大器opa2340；具体的，红外气体探测器通过电阻r1分别与电容c31的一端和电容c32的一端电性连接，电容c31的另一端接地，电容c32的另一端分别与电阻r2的一端和第一运算放大器opa2340的同相输入端电性连接，电阻r2的另一端接地，第一运算放大器opa2340的反相输入端分别与电阻r3的一端和电阻r4的一端电性连接，电阻r3的另一端接地，电阻r4的另一端与第一运算放大器opa2340的输出端电性连接，电容c33并联在电阻r4的两端，第一运算放大器opa2340的输出端与二阶压控型低通滤波器的输入端电性连接。如图2所示，vi表示红外气体探测器输出的电信号；u1对应表示第一运算放大器opa2340。

其中，电阻r1、电容c31、电阻r2和电容c32组成两阶rc滤波电路，用于滤除红外气体探测器输出的电信号中存在的高频噪声和直流分量；电阻r4为负反馈电阻，用于减小第一运算放大器opa2340的失调电压以及信号非线性失真；电阻r3为调零电阻，用于抑制第一运算放大器opa2340的零点漂移；电容c33为耦合电容，用于防止第一运算放大器opa2340产生高频振荡；第一运算放大器opa2340构成带通滤波器，滤波器通带中心频率大约2hz，在输入信号频率为1mhz时，衰减-50db，可有效滤除红外气体探测器输出的电信号中存在的高频噪声和直流分量。

二阶压控型低通滤波器，由于二阶带通滤波器无法完全滤除电路中存在的高频谐波，电路品质因数低，导致检测输出的信号精度不高。因此，为了解决上述问题，本实施例在二阶带通滤波器后设置了二阶压控型低通滤波器，滤除电路中存在的高频谐波干扰，使滤波器总的品质因数得到提高，通带内信号被提取放大，通带外噪声明显衰减，滤波效果得到有效改善，提高气体探测器的检测精度。具体的，二阶压控型低通滤波器串联在二阶带通滤波器和信号放大电路之间的线路中。

优选的，本实施例中，如图2所示，二阶压控型低通滤波器包括电阻r5-r8、电容c34、电容c35和第二运算放大器opa2111；具体的，第一运算放大器opa2340的输出端通过电阻r5分别与电阻r6的一端和电容c34的一端电性连接，电容c34的另一端与第二运算放大器opa2111的输出端电性连接，电阻r6的另一端分别与第二运算放大器opa2111的同相输入端和电容c35的一端电性连接，电容c35的另一端接地，第二运算放大器opa2111的反相输入端分别与电阻r7的一端和电阻r8的一端电性连接，电阻r7的另一端接地，电阻r8的另一端与第二运算放大器opa2111的输出端电性连接，第二运算放大器opa2111的输出端通过信号放大电路与cpu芯片的模拟输入端电性连接。如图2所示，vo1表示二阶压控型低通滤波器输出的电信号；u2对应表示第二运算放大器opa2111。

其中，电阻r5、电容c34、电阻r6和电容c35组成两阶rc滤波电路，用于滤除电路中存在的高频谐波干扰；电阻r8为负反馈电阻，用于减小第二运算放大器opa2111的失调电压以及信号非线性失真；电阻r7为调零电阻，用于抑制第二运算放大器opa2111的零点漂移；第二运算放大器opa2111构成二阶压控型低通滤波器，滤除电路中存在的高频谐波干扰，使滤波器总的品质因数得到提高，通带内信号被提取放大，通带外噪声明显衰减，滤波效果得到有效改善，提高气体探测器的检测精度。

信号放大电路，对二阶压控型低通滤波器滤波后输出的电信号进行放大处理。具体的，信号放大电路串联在二阶压控型低通滤波器和cpu芯片的模拟输入端之间的线路中。优选的，本实施例中，信号放大电路包括一级放大电路和二级放大电路。

一级放大电路，对二阶压控型低通滤波器滤波后输出的电信号进行放大处理。具体的，一级放大电路串联在二阶压控型低通滤波器和二级放大电路的线路中。优选的，本实施例中，如图3所示，一级放大电路包括电阻r9-r11、极性电容c36、电容c37、电容c38和第三运算放大器op07cn；具体的，第二运算放大器opa2111的输出端分别与第三运算放大器op07cn的同相输入端、电阻r9的一端和电容c37的一端电性连接，电阻r9的另一端和电容c37的另一端均接地，第三运算放大器op07cn的反相输入端分别与电阻r10的一端、电阻r11的一端和电容c38的一端电性连接，电阻r10的另一端与极性电容c36的正极电性连接，极性电容c36的负极接地，电阻r11的另一端和电容c38的另一端均与第三运算放大器op07cn的输出端电性连接，第三运算放大器op07cn的输出端与二级放大电路的输入端电性连接。如图3所示，u3对应表示第三运算放大器op07cn。

其中，电阻r9与电容c37构成rc滤波电路，用于滤除电路高频干扰信号；电阻r10为调零电阻，用于抑制第三运算放大器op07cn的零点漂移；极性电容c36为耦合电容，用于隔离电路中的直流分量；电阻r11为负反馈电阻，用于减小第三运算放大器op07cn的失调电压以及信号非线性失真；电容c38为滤波电容，用于滤除电路高频噪声；第三运算放大器op07cn构成负反馈放大电路，用于放大二阶压控型低通滤波器滤波后的电信号并滤除噪声干扰。

二级放大电路，进一步放大一级放大电路输出的电信号，因为红外气体探测器输出的电信号为微弱的电压信号，若只对微弱电压信号进行一次放大，不容易实现，且会导致微弱电压信号的失真，因此，为了保证微弱电压信号的不失真放大，采用两级放大的电路结构对微弱电压信号进行放大，容易实现，且保证微弱电压信号不失真的放大。具体的，二级放大电路串联在一级放大电路和cpu芯片的模拟输入端之间的线路中。

优选的，本实施例中，如图3所示，二级放大电路包括电阻r12-r14、极性电容c39和第四运算放大器op07cn；具体的，第三运算放大器op07cn的输出端与极性电容c39的正极电性连接，极性电容c39的负极分别与第四运算放大器op07cn的同相输入端和电阻r12的一端电性连接，电阻r12的另一端接地，第四运算放大器op07cn的反相输入端分别与电阻r13的一端和电阻r14的一端电性连接，r13的另一端接地，第四运算放大器op07cn的输出端分别与电阻r14的另一端和cpu芯片的模拟输入端电性连接。如图3所示，vo2_p1.1表示二级放大电路输出的电信号；u4对应表示第四运算放大器op07cn。

其中，极性电容c39为耦合电容，用于隔离电路中的直流分量；电阻r12为平衡电阻，用于消除第四运算放大器op07cn的低频电压漂移；电阻r14为负反馈电阻，用于减小第四运算放大器op07cn的失调电压以及信号非线性失真；电阻r13为调零电阻，用于抑制第四运算放大器op07cn的零点漂移；第四运算放大器op07cn构成负反馈运算放大器，用于进一步放大一级放大电路输出的电信号，其中，一级放大电路中，将微弱电压信号放大30倍，二级放大电路将微弱信号放大100倍，最终将微弱电压信号放大3000倍，容易实现，且保证信号不失真的放大。

cpu芯片，对二级放大电路输出的电压信号进行处理计算。cpu芯片的模拟输入端与二级放大电路的输出端电性连接。本实施例中，不涉及对cpu芯片内部算法的改进，因此，在此不再累述cpu芯片的内部算法。本实施例不限定cpu芯片的型号，优选的，选用msp430f149；p1.1引脚对应表示cpu芯片的模拟输入端。

本实用新型的工作原理是：红外气体探测器检测sf6断路器周围的sf6气体浓度，并转换为电信号输入到二阶带通滤波器，二阶带通滤波器滤除电信号中的高频谐波后，将信号输入到二阶压控型低通滤波器进一步滤除电路中存在的高频谐波干扰，提高滤波器总的品质因数，滤波后的电信号输入到一级放大电路进行一次放大，放大后的电信号输入到二级放大电路进一步放大，两级放大电路保证电信号不失真的放大，最终放大后的信号输入到cpu芯片进行处理计算。

本实施例的有益效果为：通过设置二阶带通滤波器和二阶压控型低通滤波器，二阶带通滤波器滤除红外气体探测器输出的电信号中存在的高频噪声和直流分量；二阶压控型低通滤波器进一步滤除电信号中存在的高频谐波干扰，使滤波器总的品质因数得到提高，通带内信号被提取放大，通带外噪声明显衰减，滤波效果得到有效改善，提高气体探测器的检测精度；

通过设置一级放大电路和二级放大电路，一级放大电路放大二阶压控型低通滤波器输出的电信号，二级放大电路，进一步放大一级放大电路输出的电信号，采用两级放大的电路结构对微弱电压信号进行放大，容易实现，且保证微弱电压信号不失真的放大。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。