本发明属于电力设备超高频局部放电在线监测领域，特别涉及一种新型的超高频微弱信号组合放大电路。
背景技术：
：目前我国各大电力公司对电力设备的检修方式正在由定期检修向状态检修转变，及时准确掌握电力设备的运行状态，对设备进行在线监测是首要工作。通过对设备进行局部放电在线检测，可快速及时掌握电力设备绝缘状态，减小设备维修试验的盲目性。超高频检测法的监测频带一般为300MHz～3GHz，电力设备使用现场背景噪声及空气中的电晕放电频带均在300MHz以下，可有效规避传统局部放电检测手段所面临的电晕、开关操作等多种电气干扰，而且超高频检测法的检测频带宽、灵敏度高、工作稳定，因此在近年来得到了迅速的发展和应用。现有技术中的超高频微弱信号放大电路在微弱信号测量上所面临的主要问题就在于测量精度不够，能够测量到mA级的电流或其它同量级物理量就算比较高的精度了，而且抗干扰能力较弱、可靠性较低。因此，亟需提供一种测量精度高、抗干扰能力强的组合放大电路。技术实现要素：本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种新型的超高频微弱信号组合放大电路，本发明的微弱信号测量精度可达μA级甚至是nA级，而且本发明还具备抗干扰能力强、可靠性高、可批量生产的特点。为实现上述目的，本发明采用了以下技术措施：一种新型的超高频微弱信号组合放大电路，本组合放大电路包括信号端、噪声端、差分减噪前置放大电路、信号放大电路、第一偏置电路、第二偏置电路、输出端，其中，信号端、噪声端，分别用于引入被监测设备的信号源、噪声源，所述信号端、噪声端的信号输出端均连接差分减噪前置放大电路的信号输入端；差分减噪前置放大电路，用于接收分别来自信号端、噪声端的输入信号、噪声信号，并对输入信号和噪声信号进行差分减噪处理和信号放大，所述差分减噪前置放大电路的信号输出端连接信号放大电路的信号输入端；信号放大电路，用于对来自于差分减噪前置放大电路的输入信号进行信号放大处理，所述信号放大电路的信号输出端输出便于监测的输出信号至输出端；第一偏置电路、第二偏置电路，分别用于为所述差分减噪前置放大电路、信号放大电路提供正常工作状态电压，所述第一偏置电路、第二偏置电路的信号输出端分别连接差分减噪前置放大电路、信号放大电路的信号输入端。优选的，所述差分减噪前置放大电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器的负极信号输入端连接输入信号、第一电容、以及第一电阻的一端，第一运算放大器的正极信号输入端连接第一偏置电路的第一端口，所述第一运算放大器的信号输出端连接第一电容、第一电阻的另一端和第二电容的一端，所述第二电容的另一端连接第二电阻的一端以及第三运算放大器的正极信号输入端，所述第二电阻的另一端接地，所述第三运算放大器的负极信号输入端连接第一偏置电路的第二端口，第三运算放大器的信号输出端连接第一偏置电路的第三端口和第五差动放大器的正极信号输入端，所述第五差动放大器的信号输出端连接信号放大电路的信号输入端；所述第二运算放大器的负极信号输入端连接噪声信号、第三电容、以及第七电阻的一端，第二运算放大器的正极信号输入端连接第一偏置电路的第四端口，所述第二运算放大器的信号输出端连接第三电容、第七电阻的另一端和第四电容的一端，所述第四电容的另一端连接第八电阻的一端以及第四运算放大器的正极信号输入端，所述第八电阻的另一端接地，所述第四运算放大器的负极信号输入端连接第一偏置电路的第五端口，第四运算放大器的信号输出端连接第一偏置电路的第六端口和第五差动放大器的负极信号输入端。优选的，所述信号放大电路包括第六运算放大器和第七运算放大器，所述第六运算放大器的负极信号输入端连接第十三电阻、第十四电阻、第五电容的一端，所述第十三电阻的另一端连接第五差动放大器的信号输出端，所述第六运算放大器的正极信号输入端连接第二偏置电路的第一端口，所述第六运算放大器的信号输出端连接第五电容、第十四电阻的另一端和第十五电阻的一端，所述第十五电阻的另一端连接第七运算放大器的正极信号输入端，所述第七运算放大器的负极信号输入端连接第十电容的一端，第七运算放大器的信号输出端连接第十电容的另一端以及第十九五电阻的一端，所述第十九五电阻的另一端连接第二偏置电路的第二端口，第七运算放大器的信号输出端输出便于监测的输出信号至输出端；所述第六运算放大器的负极电源端连接第一电源的负极和第六电容的一端，所述第七运算放大器的正极电源端连接第二电源的正极和第七电容的一端，所述第一电源的正极、第六电容的另一端、第二电源的负极、第七电容的另一端均接地；所述第六运算放大器的正极电源端连接第三电源的正极和第八电容的一端，所述第七运算放大器的负极电源端连接第四电源的负极和第九电容的一端，所述第三电源的负极、第八电容的另一端、第四电源的正极、第九电容的另一端均接地。优选的，所述第一偏置电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六可调电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二可调电阻，所述第三电阻的一端接地，第三电阻的另一端连接第一运算放大器的正极信号输入端、以及第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接第一偏置电源的正极、第五电阻的一端，所述第一偏置电源的负极接地，所述第五电阻的另一端连接第三运算放大器的负极信号输入端、以及第六可调电阻的一端，所述第六可调电阻的另一端连接第三运算放大器的信号输出端、以及第五差动放大器的正极信号输入端；所述第九电阻的一端接地，第九电阻的另一端连接第二运算放大器的正极信号输入端、以及第十电阻的一端，所述第十电阻的另一端连接第二偏置电源的正极、第十一电阻的一端，所述第二偏置电源的负极接地，所述第十一电阻的另一端连接第四运算放大器的负极信号输入端、以及第十二可调电阻的一端，所述第十二可调电阻的另一端连接第四运算放大器的信号输出端、以及第五差动放大器的负极信号输入端。优选的，所述第二偏置电路包括第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻，所述第十六电阻的一端接地，第十六电阻的另一端连接第六运算放大器的正极信号输入端、以及第十七电阻的一端，所述第十七电阻的另一端连接第三偏置电源的正极、第十八电阻的一端，所述第三偏置电源的负极接地，所述第十八电阻的另一端连接第十九电阻的另一端。进一步的，所述第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器、第四运算放大器、第六运算放大器、第七运算放大器的型号均为美国TI公司生产的OPA627运算放大器，所述第五差动放大器的型号为美国TI公司生产的INA129差动放大器。进一步的，所述差分减噪前置放大电路、信号放大电路中的所有元器件均可拆卸地固定于支架板中，所述支架板嵌套于绝缘支撑子中。进一步的，本组合放大电路密封于金属屏蔽盒内。进一步的，所述噪声端置于距离被监测设备周围5～10m处。进一步的，所述差分减噪前置放大电路的信号放大倍数为101～102倍，所述信号放大电路的信号放大倍数为105～1010倍。本发明的有益效果在于：1)、本发明电路包括信号端、噪声端、差分减噪前置放大电路、信号放大电路、第一偏置电路、第二偏置电路、输出端，所述差分减噪前置放大电路采用高对称性的差分放大电路对输入信号和噪声信号进行差分减噪处理和信号放大，又将所述噪声端置于距离被监测设备周围5～10m处，使背景噪声最大化地滤除；所述信号放大电路采用两级放大的设计，第一级的信号放大倍数为102～104，第二级的信号放大倍数为103～106，且电路中设有滤波装置，确保将所需信号放大的同时将噪声信号降到最低，而且本发明的微弱信号测量精度可达μA级甚至是nA级。2)、摒弃了传统的集成印刷版电路，本发明中的差分减噪前置放大电路、信号放大电路中的所有元器件均可拆卸地固定于支架板中，所述支架板嵌套于绝缘支撑子中，有效地提高了整个组合放大电路的安全性和可靠性，本发明在恶劣环境下受到外界因素的干扰不易发生损坏的现象，本发明还便于元器件的安装拆卸以及维护，大大减少了组合放大电路中各个元件之间的相互干扰而导致的误差，增加了信号传输的精度；元件之间采用直接导线焊接连通，而且本组合放大电路密封于金属屏蔽盒内，极大地屏蔽了外界信号的干扰。3)、所述信号放大电路中的第一电源与第二电源、第三电源与第四电源之间还通过极性倒置连接，将漂移电压造成的误差降到最低，使最后得到的监测波形更加容易识别；所述差分减噪前置放大电路中设置的第六可调电阻、第十二可调电阻，可以根据运算放大器对偏置电压的需要来随时调整电阻的大小，方便本组合放大电路对信号放大倍的调整。附图说明图1为本发明的原理框图；图2为本发明的差分减噪前置放大电路、第一偏置电路的电路原理图；图3为本发明的信号放大电路、第二偏置电路的电路原理图。图中的附图标记含义如下：10—差分减噪前置放大电路20—信号放大电路30—第一偏置电路40—第二偏置电路AMP1～AMP7—第一运算放大器～第七运算放大器C1～C10—第一电容～第十电容R1～R5—第一电阻～第五电阻R7～R11—第一电阻～第十一电阻R13～R19—第一电阻～第十九电阻R6—第六可调电阻R12—第十二可调电阻VCC1～VCC4—第一电源～第四电源Vf1～Vf3—第一偏置电源～第三偏置电源具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，本组合放大电路包括信号端、噪声端、差分减噪前置放大电路10、信号放大电路20、第一偏置电路30、第二偏置电路40、输出端，所述信号端、噪声端分别用于引入被监测设备的信号源、噪声源，所述信号端、噪声端的信号输出端均连接差分减噪前置放大电路10的信号输入端，所述差分减噪前置放大电路10的信号输出端连接信号放大电路20的信号输入端，所述第一偏置电路30、第二偏置电路40的信号输出端分别连接差分减噪前置放大电路10、信号放大电路20的信号输入端，所述信号放大电路20的信号输出端输出便于监测的输出信号至输出端。如图2所示，所述差分减噪前置放大电路10包括第一运算放大器AMP1和第二运算放大器AMP2，所述第一运算放大器AMP1的负极信号输入端连接输入信号、第一电容C1、以及第一电阻R1的一端，第一运算放大器AMP1的正极信号输入端连接第一偏置电路30的第一端口，所述第一运算放大器AMP1的信号输出端连接第一电容C1、第一电阻R1的另一端和第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端连接第二电阻R2的一端以及第三运算放大器AMP3的正极信号输入端，所述第二电阻R2的另一端接地，所述第三运算放大器AMP3的负极信号输入端连接第一偏置电路30的第二端口，第三运算放大器AMP3的信号输出端连接第一偏置电路30的第三端口和第五差动放大器AMP5的正极信号输入端，所述第五差动放大器AMP5的信号输出端连接信号放大电路20的信号输入端；所述第二运算放大器AMP2的负极信号输入端连接噪声信号、第三电容C3、以及第七电阻R7的一端，第二运算放大器AMP2的正极信号输入端连接第一偏置电路30的第四端口，所述第二运算放大器AMP2的信号输出端连接第三电容C3、第七电阻R7的另一端和第四电容C4的一端，所述第四电容C4的另一端连接第八电阻R8的一端以及第四运算放大器AMP4的正极信号输入端，所述第八电阻R8的另一端接地，所述第四运算放大器AMP4的负极信号输入端连接第一偏置电路30的第五端口，第四运算放大器AMP4的信号输出端连接第一偏置电路30的第六端口和第五差动放大器AMP5的负极信号输入端。如图2所示，所述第一偏置电路30包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六可调电阻R6、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二可调电阻R12，所述第三电阻R3的一端接地，第三电阻R3的另一端连接第一运算放大器AMP1的正极信号输入端、以及第四电阻R4的一端，所述第四电阻R4的另一端连接第一偏置电源Vf1的正极、第五电阻R5的一端，所述第一偏置电源Vf1的负极接地，所述第五电阻R5的另一端连接第三运算放大器AMP3的负极信号输入端、以及第六可调电阻R6的一端，所述第六可调电阻R6的另一端连接第三运算放大器AMP3的信号输出端、以及第五差动放大器AMP5的正极信号输入端；所述第九电阻R9的一端接地，第九电阻R9的另一端连接第二运算放大器AMP2的正极信号输入端、以及第十电阻R10的一端，所述第十电阻R10的另一端连接第二偏置电源Vf2的正极、第十一电阻R11的一端，所述第二偏置电源Vf2的负极接地，所述第十一电阻R11的另一端连接第四运算放大器AMP4的负极信号输入端、以及第十二可调电阻R12的一端，所述第十二可调电阻R12的另一端连接第四运算放大器AMP4的信号输出端、以及第五差动放大器AMP5的负极信号输入端。如图3所示，所述信号放大电路20包括第六运算放大器AMP6和第七运算放大器AMP7，所述第六运算放大器AMP6的负极信号输入端连接第十三电阻R13、第十四电阻R14、第五电容C5的一端，所述第十三电阻R13的另一端连接第五差动放大器AMP5的信号输出端，所述第六运算放大器AMP6的正极信号输入端连接第二偏置电路40的第一端口，所述第六运算放大器AMP6的信号输出端连接第五电容C5、第十四电阻R14的另一端和第十五电阻R15的一端，所述第十五电阻R15的另一端连接第七运算放大器AMP7的正极信号输入端，所述第七运算放大器AMP7的负极信号输入端连接第十电容C10的一端，第七运算放大器AMP7的信号输出端连接第十电容C10的另一端以及第十九五电阻R19的一端，所述第十九五电阻R19的另一端连接第二偏置电路40的第二端口，第七运算放大器AMP7的信号输出端输出便于监测的输出信号至输出端；所述第六运算放大器AMP6的负极电源端连接第一电源VCC1的负极和第六电容C6的一端，所述第七运算放大器AMP7的正极电源端连接第二电源VCC2的正极和第七电容C7的一端，所述第一电源VCC1的正极、第六电容C6的另一端、第二电源VCC2的负极、第七电容C7的另一端均接地；所述第六运算放大器AMP6的正极电源端连接第三电源VCC3的正极和第八电容C8的一端，所述第七运算放大器AMP7的负极电源端连接第四电源VCC4的负极和第九电容C9的一端，所述第三电源VCC3的负极、第八电容C8的另一端、第四电源VCC4的正极、第九电容C9的另一端均接地。如图3所示，所述第二偏置电路40包括第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18，所述第十六电阻R16的一端接地，第十六电阻R16的另一端连接第六运算放大器AMP6的正极信号输入端、以及第十七电阻R17的一端，所述第十七电阻R17的另一端连接第三偏置电源Vf3的正极、第十八电阻R18的一端，所述第三偏置电源Vf3的负极接地，所述第十八电阻R18的另一端连接第十九电阻R19的另一端。下面详细的说明本发明的优选实施例，如图2所示，选取第二电阻R2、第八电阻R8的电阻值大小为R2＝R8＝1kΩ，第二电容C2、第四电容C4的电容值大小为C2＝C4＝0.53052pF，用于实现初步高通滤波，将低于300MHz的谐波及背景噪声滤除；选取第一电阻R1、第七电阻R7的电阻值大小为R1＝R7＝100Ω，第一电容C1、第三电容C3的电容值大小为C1＝C3＝1.592pF，用于实现低通滤波，将超过1GHz的谐波和其他噪声进一步滤除；低通滤波和高通滤波的截止频率由公式决定；所述第一运算放大器AMP1、第二运算放大器AMP2、第三运算放大器AMP3、第四运算放大器AMP4的型号均采用美国TI公司生产的OPA627运算放大器。在第一偏置电路30中采用两个偏置电源，分别为第一偏置电源Vf1、第二偏置电源Vf2，所述第一偏置电源Vf1通过分压电阻第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六可调电阻R6对第一运算放大器AMP1、第三运算放大器AMP3提供稳定工作状态的偏置电压；所述第二偏置电源Vf2通过分压电阻第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二可调电阻R12对第二运算放大器AMP2、第四运算放大器AMP4提供稳定工作状态的偏置电压；为了提供偏置电压的同时不影响电路的正常工作，调节分压电阻的大小将偏置电压影响消除，具体分析如下：由叠加定理，分别对被测信号放大增益和偏置电压放大增益进行分析，以差分电路的下半部分为例，如图2所示，信号的放大增益如下，由Va=Vvf2=0Vo1-VaR7=Iin]]>可推出Vo1＝IinR7因此，Vb＝Vo1，又得，(Vo-Vvf2)R11R11+R12=VbVb=IinR7]]>可推出Vo=(1+R12R11)IinR7]]>偏置电压放大增益如下，Va=R9R9+R10Vvf2Vo1=Va=Vb(Vo-Vvf2)R11R11+R12+Vvf2=Vb]]>可推出Vo=R11+R12R11Vvf2(R9R9+R10+R11R11+R12-1)]]>由此可知，Vo=R9R11-R10R12R11(R9+R10)Vvf2]]>综上可得，差分电路的下半部分的总体电压输出函数为：Vo=(1+R12R11)IinR7+R9R11-R10R12R11(R9+R10)Vvf2]]>即当R5R7-R6R8＝0时，偏置电压的增益可以消除，本实例可取R5＝R6＝R7＝R8,得差分放大前的增益为200倍。最后一级第五差动放大器AMP5的型号为美国TI公司生产的INA129差动放大器，其放大倍数由第五差动放大器AMP5内部的放大电阻RG决定，本实例RG选取49.4kΩ,则本实例中第一部分的差分减噪前置放大电路的放大倍数为4×102。所述信号放大电路20由2级放大电路构成，且两级均为比例放大电路，但增益大小有所不同，前级放大倍数较小便于将噪声造成的误差尽可能的降低，前级放大倍数一般在10～103之间，后级放大倍数一般在104～105之间，同时通过反馈电容第五电容C5、第十电容C10调节滤波范围以及减少自激，所述信号放大电路20中的第一电源VCC1与第二电源VCC2、第三电源VCC3与第四电源VCC4之间还通过极性倒置连接，将漂移电压造成的误差降到最低，使得最后得到的监测波形更加容易识别。本实例中，选取第六运算放大器AMP6的放大倍数为102倍，第六运算放大器AMP6的放大倍数为104倍，所述信号放大电路20的整体放大倍数为106倍，结合差分减噪前置放大电路10，本发明的信号放大倍数为4×108倍。当前第1页1 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