理下，转换成为计算机可识别的数字信号。该数字信号通过位移寄存器进行 存储、覆盖。
[0027](二）过电压信号的判别W及压缩处理；通过双通道流水线压缩单元，对位移寄 存器中的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。该单元有两种 传输过程，即专用压缩过程和不压缩过程，前者压缩比率可达93%±2%，用于非关键信号压 缩；后者为带有数据包头的专用无损数据传输过程，用于关键信号传输。该两个传输过程由 暂态过电压信号仲裁通道选择，当出现暂态过电压时，采用不压缩过程，此外，使用专用压 缩过程。
[0028](=)当压缩过程转变后，系统将通过压缩数据拼接单元对两种过程的数据包进 行拼接，该单元输出的最终压缩数据可W通过一种算法解压，无需分别解压。
[0029] 参阅图1，首先阐述对整个雷电过电压信号无损压缩记录系统工作原理。
[0030] 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理 下，转换成为计算机可识别的数字信号。该数字信号通过位移寄存器进行存储、覆盖。
[0031] 在双通道流水线压缩单元，暂态过电压信号仲裁通道将对实时信号是否为暂态过 电压进行辨别、并根据辨别结果选择传输过程。当出现暂态过电压时，采用不压缩过程，此 夕F，采用专用压缩过程。
[0032] 当传输过程转变后，系统将通过压缩数据拼接单元对两种过程的数据包进行拼 接，该拼接过程会受到来自暂态过电压信号仲裁通道的控制，该单元输出的特殊的信号无 损压缩数据可W通过一种算法解压，无需分别解压。
[0033] 参阅图2,着重阐述本发明工作过程的特殊时序。
[0034] 图中表示了一种行业内所普遍使用的普通采集/传输过程。在该种过程中，我们 采用40MHz采样率，采集5个工频周期的信号（100ms)，将产生单通道8M字节的数据，若8 路信号共同采集，则有64M字节的数据产生。如此庞大的数据量一共花费近500ms时间传 输完毕，对于密集的雷击情况(即雷击间隔典型值为200ms)，该必将漏掉部分雷击信号。 [00巧]而通过我公司所设计的特殊的信号无损压缩采集/传输过程，经测试发现，完成 同样一次传输所用时间不会超过120ms，明显提高密集雷电信号的完整性。该得益于两个原 因： 1.数据量的大幅减少。经测试发现，通过我公司所设计的特殊的信号无损压缩过程，一 次8通道采集数据量仅为7M字节。
[0036] 2.由于采用了硬件流水线技术，所W不需要等待全部数据压缩完毕，而是压缩与 传输同步进行。
[0037] 参阅图3,着重阐述双通道流水线压缩单元的工作时序。
[0038] 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，我们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。
[0039] 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，该压缩过程为一种基于硬件压缩算法的压缩过程，其压缩率为93%±2% ;当判别发生雷 电过电压时，采用不压缩过程，该过程会产生一个带有数据包头的数据包。该两种过程在系 统运行时智能化动态切换，保证了关键信号的精准性和完整性，且数据量大幅度降低，实现 了特殊的信号无损压缩。
[0040] 在压缩过程改变时，系统自动将两组数据进行拼接。
[0041] 参阅图4,着重阐述数据包格式。
[0042] 不论是专用压缩还是不压缩，数据包均由数据包头和数据包组成，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。
[0043] 参阅图5,着重阐述压缩模式转变时，数据输入的工作原理。
[0044] 当没有暂态过电压信号时，位移寄存器的最后一个数据将送入专用压缩过程。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。
[0045] 参阅图6,重点阐述了两个传输过程的拼接方法。
[0046] 当系统测试到雷电过电压信号来到时，压缩数据拼接单元将通过协议判断的方 式，寻找专用压缩数据的压缩包尾，并且等待不压缩数据的包头，此后将二者拼接输出。
[0047] 下面重点介绍专用压缩模块的具体实现细节： 该专用压缩模块的主要设计目的有： 1、高速压缩。能够做到信号采集结束，压缩随即结束，其延迟不会超过1ms。
[0048] 2、超高压缩率。压缩率达到90%W上。
[0049] 3、即压即读。流水线流程，压缩过程中数据便开始传输。
[0050] 本设计采用一片FPGA完成所有的逻辑功能。在FPGA设计中，采用了FPGA的自上 向下的模块化设计思想，首先分析顶层模块的功能，再将其功能分类细化，分配到不同的子 模块去实现，然后自底向上的先逐步完成各个子模块的设计，最后将子模块相互连接生成 顶层模块。设计方法采用原理图输入与硬件描述语言结合的方式。
[0051] 下表与下图是顶层模块引脚说明表：
【主权项】
1. 一种雷电过电压信号无损压缩记录系统，其特征在于包括： 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，这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。
2. 根据权利要求1所述的一种雷电过电压信号无损压缩记录系统，其特征在于：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； 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。
3. 根据权利要求2所述的一种雷电过电压信号无损压缩记录系统，其特征在于：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，数据包的尾部根据 协议判定。
4. 根据权利要求1所述的一种雷电过电压信号无损压缩记录系统，其特征在于：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。
5. 根据权利要求4所述的一种雷电过电压信号无损压缩记录系统，其特征在于：专用 压缩过程为基于硬件压缩算法的压缩过程。
6. 根据权利要求1所述的一种雷电过电压信号无损压缩记录系统，其特征在于：过电 压判断模块根据实时数据的数据峰值，进行动态切换传输过程。
7. 根据权利要求1-6任一所述的一种雷电过电压信号无损压缩记录系统，其特征在 于：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，以实 现负延时。
【专利摘要】本发明提供了一种雷电过电压信号无损压缩记录系统，其主旨在于解决在雷电过电压数据在中记录过程中，会遗失多次数据的问题。其包括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形式的实时数据，该数字信号通过位移寄存器进行存储、覆盖的电压信号采集单元；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的过电压判断模块，传输过程包括专用压缩过程和不压缩过程，这两种传输过程由暂态过电压信号仲裁通道选择；对实时数据实现压缩过程的压缩处理单元；当传输过程转变后，对两种过程的数据包进行拼接的拼接单元。本发明能够满足两次雷击典型间隔为200ms时，关键信号的自动辨认与无损传输。
【IPC分类】G01R19-25, H03M7-30
【公开号】CN104749429
【申请号】CN201510160650
【发明人】杨旻, 杨珣
【申请人】四川拓普测控科技有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月8日