雷电过电压信号无损压缩记录系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种雷电过电压信号的现场测试、智能辨别、动态压缩W及压缩数据 拼接技术领域，提供了 一种雷电过电压信号无损压缩记录系统。
【背景技术】
[0002] 过电压信号测试系统正向数字式自动记录方式发展，利用最新的微电子集成技 术、电子线路技术和计算机技术，使过电压信号测试系统轻小、便携，自带电池供电，且功能 齐全。
[0003] 当前大部分过电压信号测试系统基本都能满足典型的雷电过电压耐压要求，但是 雷电过电压信号的频率较高(典型雷击现象间隔在200ms左右)，因此，我们必须采用高速的 数据采集才能完整的捕获到该信号。由此带来的问题是数据量过大而无法在两次雷击间把 数据采集并传输完毕，使得数据采集过程中遗失多次雷击数据。
[0004] 前文提到，雷电过电压信号的频率较高，因为，我们必须采用高速的数据采集才能 完整的捕获到该信号。通常情况下，我们采用40MHzW上的采样率进行工作。由此带来的 问题是若用40MHz频率采集5个工频周期的信号（100ms)，单通道就有8M字节的数据，若有 8路信号需要记录，则有64M字节的数据产生。通常情况下，如此庞大的数据量从采集到完 成传输需要0. 5秒W上的时间，在此期间，设备是无法进行新的记录。而两次典型的雷击现 象间隔为200ms左右，因此，记录雷电过电压的过程中，会遗失多次数据。
【发明内容】
[0005] 针对上述技术问题，本法发明提供了一种雷电过电压特殊的信号无损压缩记录系 统，其主要目的在于： 一、解决在雷电过电压数据采集记录过程中，会遗失多次数据的问题。
[0006] 二、其次通过实现了一种基于硬件压缩算法的特殊信号无损压缩过程。由于在雷 电过电压测量应用中，用户只关屯、雷电信号发生前后一定时间内的数据细节，因此，本申请 采用智能化压缩过程，缩小记录产生的数据，提高系统运行效率。
[0007] 为了实现上述目的本发明采用W下技术方案： 一种雷电过电压信号无损压缩记录系统，其包括： 电压信号采集单元；采集测量现场的电压信号，并将采集到的电压信号转换成数字信 号格式的实时数据，该数字信号通过位移寄存器进行存储、覆盖； 过电压判断模块；对实时数据是否为暂态过电压进行辨别，并根据辨别结果选择传输 过程；传输过程包括专用压缩过程和不压缩过程，该两种传输过程由暂态过电压信号仲裁 通道选择； 压缩处理单元：对实时数据实现压缩过程； 数据拼接单元：当传输过程转变后，对两种过程的数据包进行拼接，输出最终压缩数 据。 上述技术方案中，当判别为暂态过电压时，实时数据采用不压缩过程，得到包括包头和 数据包的不压缩数据包； 在双通道流水线压缩单元切换通道后，压缩过程将不再产生数据，自然形成包尾。该压 缩数据包W段为单位连续排列，与不压缩数据包的包头有明显区别，故该包尾能够通过协 议判定。而不压缩数据长度固定，故可通过计数器判断数据包包尾。
[0008] 当判别为无暂态过电压信号出现时，对实时数据采用专用压缩过程，得到包括包 头和数据包的压缩数据包。
[0009] 上述技术方案中，在双通道流水线压缩单元切换通道后，压缩过程将不再产生数 据，自然形成包尾。该压缩数据包W段为单位连续排列，与不压缩数据包的包头有明显区 另IJ，故该包尾能够通过协议判定。而不压缩数据长度固定，故可通过计数器判断数据包包 尾。
[0010] 当判别为无暂态过电压信号出现时，对实时数据采用专用压缩过程，得到包括包 头和数据包的压缩数据包。
[0011] 上述技术方案中，数据包头仅包含了数据包的起始信息，而不包含压缩包的长度、 包尾等信息，数据包的尾部可根据协议判定。
[0012] 上述技术方案中，当测试到雷电过电压信号时，数据拼接单元将通过协议判断的 方式，寻找经过专用压缩过程后的压缩数据包的包尾，并且等待不压缩数据包的包头，将二 者拼接输出。而不压缩数据包结束后不需要专口拼接过程。因为压缩数据包的结束，即过 电压信号的产生，是随机事件，在通道转换过程中存在时序延迟，因此需要通过数据拼接来 覆盖部分重复信号。而不压缩数据包的长度固定，即系统可通过计数器来避免不压缩数据 和压缩数据的重复。所W不压缩数据包后的压缩数据包直接在存储地址上连续便可，而不 需要专口拼接。
[0013] 上述技术方案中，专用压缩过程为基于LZRW压缩算法。
[0014] 上述技术方案中，过电压判断模块根据实时数据的数据峰值，进行智能动态切换 传输过程。
[0015] 上述技术方案中，当检测到暂态过电压信号时，位移寄存器中的数据将全部一次 性送入不压缩过程，W实现负延时。
[0016] 本发明具体实现过程是，在采集过程中，当无暂态过电压信号出现时，采用专用压 缩过程，该压缩过程是基于硬件压缩算法实现过程；当判别发生雷电过电压时，采用不压缩 过程，W保障原始数据的精准性和完整性。该两种过程在系统运行时智能化动态切换，保证 了关键信号不丢失，且数据量大幅度降低。经测试，原来一次采集的数据量高达64M，经过特 殊的信号无损压缩过程后只有7M字节，数据量缩减为原方式的十分之一。通过该种设计， 可W实现在密集雷击情况下(两次雷击间隔典型值200ms)，确保了每一次雷电过电压信号 的完整记录。
[0017]W下是本发明的技术方案和发明要点： 一、本申请能够智能化判断是否有过电压产生，通过系统FPGA内集成的专用硬件压缩 算法和逻辑，实现对瞬态雷电过电压特殊的信号无损压缩存储，提高了数据的传输率。本发 明是过电压测试仪器领域基于动态压缩技术的先进设备。
[0018] 二、负延时技术。信号判别与自动数据记录技术，是一项容易实现且已经普遍应用 的技术。但是在高速信号处理过程中，当设备检测到信号时，信号可能已经结束。特别如雷 电过电压信号检测，测试人员可能对整个雷击波形感兴趣，因此在检测到雷击信号后，需要 对部分历史数据进行传输，由此引入负延时技术。"雷电过电压信号无损压缩记录系统"正 是使用到了该种技术理念，并根据系统自身情况和雷电特性，确定了负延时时长，优化了负 延时的读写时序，W提高其读写效率。
[0019] =、专用压缩过程。目前，行业内已有很多通过压缩算法提高数据传输效率的案 例，并且大多已应用于实际工程。我公司对于"雷电过电压信号无损压缩记录系统"所设计 的基于硬件压缩算法的压缩过程考虑了雷电过电压采集的特殊性和针对性。其具体特性表 现在由硬件流水线实现，超高压缩比率、基频的关键样点标定W及拼接口的处理。
[0020] 四、不压缩过程。本申请的"雷电过电压信号无损压缩记录系统"所设计的不压缩 数据传输过程有其特殊特性，其具体表现在适合雷电信号的数据量大小、W及拼接口的处 理。
[0021] 五、压缩与不压缩数据拼接技术。为了简化解压过程，便于客户二次软件开发，我 公司设计了一种可W将上述两种数据拼接在一起的数字逻辑方法，通过增加数据包头的方 法，使数据实现无缝拼接。
[0022] 六、通过W上一至少五的该四项关键技术，使得雷电过电压采集的完整性和精确 度都满足了工程要求。
[0023] 因此，"雷电过电压信号无损压缩记录系统"实际上是巧妙先进的模拟线路设计和 数字电路设计，基于位移寄存器的负延时等一系列数学手段的结晶。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明工作原理图； 图2是本发明工作时序图； 图3是本发明压缩过程时序图； 图4是本发明数据送入原理图； 图5是本发明压缩过程压缩包图； 图6是本发明压缩数据拼接原理图； 图7为本发明的顶层模块引脚图； 图8为本发明的仿真结果示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图并用最佳的实施例对本发明作详细的说明。
[0026] 本发明提供的雷电过电压信号无损压缩记录系统通过W下过程实现从模拟信号 输入、辨别过电压信号、压缩处理、拼接至数据输出的整个采集功能： (一）收集电压信号：通过高速信号采集单元测试现场的电压信号，该电压信号在采集 控制逻辑的处