雷电过电压信号无损压缩记录装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种雷电过电压信号的现场测试、智能辨别、动态压缩以及压缩 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装置。
【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40MHz以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 成传输需要〇. 5秒以上的时间，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。 【实用新型内容】
[0005] 针对上述技术问题，本法实用新型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：
[0006] 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。
[0007] 为了实现上述目的本实用新型采用以下技术方案：
[0008] 一种雷电过电压信号无损压缩记录装置，其包括：
[0009] 电压互感器：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；
[0010] 位移存储器：数字信号通过位移寄存器进行存储、覆盖；
[0011] 过电压判断电路：包括过电压信号通道和非过电压通道，暂态过电压信号采用电 压信号通道输出，对非暂态过电压信号采用非过电压通道输出，
[0012] FPGA芯片：对非过电压通道输出的信号进行压缩，将压缩后的信号与电压信号通 道输出的信号进行拼接。
[0013] 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判断。
[0014] 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。
[0015] 以下是本实用新型的技术方案和实用新型要点：
[0016] -、本申请能够智能化判断是否有过电压产生，通过系统FPGA内实现集成的现有 的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。本实用新型是过电压测试仪器领域基于动态压缩技术的先进设备。
[0017] 二、位移存储器的采用可以实现负延时技术。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"正是使用到了这种技术理念，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，以提高其读写效率。
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型工作原理图；
[0019] 图2为本实用新型顶层模块引脚图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图并用最佳的实施例对本实用新型作详细的说明。
[0021] 本实用新型提供的雷电过电压信号无损压缩记录系统通过以下过程实现从模拟 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：
[0022] (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。
[0023] (二）过电压信号的判别以及压缩处理：通过双通道流水线压缩电路，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，其主要判别标 准是看电压信号的峰值大小。该单元有两种传输通道，即非过电压通道和过电压通道，对非 过电压通道的信号采用FPGA芯片进行压缩，压缩比率可达93%±2% ;过电压信号采用无损 数据传输过程，即直接传输给不进行压缩。这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，采用过电压通道，此外，使用非过电压通道。
[0024](三）两种通道传输的信号，系统将通PFGA自身集成的校友的过压缩数据拼接单 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以通过一种算法解压，无 需分别解压。
[0025] 下面重点介绍专用压缩模块的具体实现细节：
[0026] 该专用压缩模块的主要设计目的有：
[0027] 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lms。
[0028] 2.超高压缩率。压缩率达到90%以上。
[0029] 3.即压即读。流水线流程，压缩过程中数据便开始传输。
[0030] 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。
[0031] 下表与图2是顶层模块引脚说明表：
[0032] 下表与图2是顶层模块引脚说明表：
[0034]压缩数据只在rdempty_out_fifo脉冲信号出现时读取，大量的数据输入时(data_in_fifo)，rdempty_out_fifo引脚只有部分分散脉冲，证明压缩比率很高。此外，当 data_in_fifo数据输送完毕后，很快便不再产生rdempty_out_fifo脉冲信号，证明数据采 集结束后压缩过程随即结束。
【主权项】
1. 一种雷电过电压信号无损压缩记录装置，其特征在于包括： 电压互感器：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； 位移寄存器：数字信号通过位移寄存器进行存储、覆盖； 过电压判断电路：包括过电压信号通道和非过电压通道，暂态过电压信号采用电压信 号通道输出，对非暂态过电压信号采用非过电压通道输出， FPGA芯片：对非过电压通道输出的信号进行压缩，将压缩后的信号与电压信号通道输 出的信号进行拼接。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装置，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判断。
【专利摘要】本实用新型提供了一种雷电过电压信号无损压缩记录装置，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。其包括电压互感器：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；位移寄存器：数字信号通过位移寄存器进行存储、覆盖；过电压判断电路：包括过电压信号通道和非过电压通道，暂态过电压信号采用电压信号通道输出，对非暂态过电压信号采用非过电压通道输出，FPGA芯片：对非过电压通道输出的信号进行压缩，将压缩后的信号与电压信号通道输出的信号进行拼接。本实用新型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
【公开号】CN204631116
【申请号】CN201520204106
【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9月9日
【申请日】2015年4月8日