一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及电路检测技术领域，尤其涉及一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置。


背景技术：

2.磁浮供电系统中牵引变电所通过馈线电缆向磁浮列车中的长定子同步直线电机供电，从而提供磁浮列车所需的悬浮力与牵引力。在列车运行过程中，一旦线路发生故障导致供电消失将可能造成严重后果。为了保证安全，对整个牵引系统及线路稳定性提出了很高的要求。然而，部分馈线电缆由于受到制作施工工艺问题、受潮、老化等因素的影响会导致馈线电缆出现绝缘薄弱环节，如果不及时处理，极可能导致绝缘击穿并引起线路跳闸，对馈线电缆造成永久性的破坏。
3.通过监测馈线电缆的放电行波能够准确地判断馈线电缆的运行情况，可在馈线电缆绝缘击穿前准确发现并及时处理；对于隐患放电行波，其幅值一般相较于工频信号更低，且频率相对更高。
4.然而，现有技术中应用于电缆线路的电流传感器的频带宽度与测量范围难以兼容，难以对隐患行波进行有效地捕捉；且现有电流传感器的动态响应性能及灵敏度也有待提高。


技术实现要素：

5.针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置，包括：若干罗氏线圈传感器、若干高增益自积分信号转换电路、若干复用电路、a/d电路、fifo存储器、dsp控制器；
6.若干所述罗氏线圈传感器分别安装在馈线电缆的三个相线路上，所述罗氏线圈传感器与对应的所述高增益自积分信号转换电路、对应的所述复用电路依次电连接，并分别通过对应的所述复用电路与所述a/d电路电连接；
7.所述a/d电路通过所述fifo存储器与所述dsp控制器电连接。
8.根据本实用新型提供的一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置，所述罗氏线圈传感器有3个，且每个所述罗氏线圈传感器均分别与对应的1个所述高增益自积分信号转换电路、对应的1个所述复用电路依次电连接。
9.根据本实用新型提供的一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置，所述复用电路包括第一线路、第二线路、所述第一线路和第二线路共用的运算放大器、若干电阻，所述第一线路包括移相电路。
10.根据本实用新型提供的一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置，所述高增益自积分信号转换电路包括运算放大器以及与所述运算放大器电连接的积分电阻。
11.根据本实用新型提供的一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置，所述高增益自积分信号转换电路还包括与所述运算放大器电连接的反馈电阻。
12.根据本实用新型提供的一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置，所述高增益自积分信号转换电路还包括与所述运算放大器电连接的保护电阻。
13.本实用新型提供的一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置，通过配合罗氏线圈传感器使用的高增益自积分信号转换电路及复用电路的设置，提高了信号采集时罗氏线圈传感器的动态响应特性并保证了灵敏度，同时，在保证罗氏线圈传感器的频率带宽的前提下扩展了电流大小的采集范围。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型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的介绍，显而易见的，下面描述中的附图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。
15.图1是本实用新型的磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置的电路示意图；
16.图2是本实用新型的a/d电路的电路示意图；
17.图3是本实用新型的fifo存储器的电路示意图；
18.图4是本实用新型的dsp控制器的电路示意图；
19.图5是本实用新型的复用电路的电路示意图；
20.图6是本实用新型的高增益自积分信号转换电路的电路示意图。
具体实施方式
21.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.如图1所示，本实用新型提供一种磁浮供电系统馈线电缆隐患行波采集装置，包括：若干罗氏线圈传感器、若干高增益自积分信号转换电路、若干复用电路、a/d电路、fifo存储器、dsp控制器；
23.a/d电路、fifo存储器、dsp控制器的电路示意图分别依次如图2、图3、图4所示。
24.若干罗氏线圈传感器分别安装在馈线电缆的三个相线路上，罗氏线圈传感器与对应的高增益自积分信号转换电路、对应的复用电路依次电连接，并分别通过对应的复用电路与所述a/d电路电连接；a/d电路通过fifo存储器与dsp控制器电连接。
25.罗哥夫斯基线圈(rogowski coil)又称罗柯夫斯基线圈、罗氏线圈或空心线圈。罗氏线圈是一种交流电流传感器，是一个空心环形的线圈，有柔性和硬性两种，可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。罗氏线圈适用于较宽频率范围内的交流电流的测量，对导体、尺寸都无特殊要求，具有较快的瞬间反应能力，广泛应用在传统的电流测量装置如电流互感器无法使用的场合，用于电流测量，尤其是高频、大电流测量。线圈一定时，罗氏线圈的输出电压与被测电流的电流变化率成正比，只要将其输出后经过积分器，即可得到与被测电流成正比的输出电压。
26.若干罗氏线圈传感器分别环绕安装在馈线电缆的三个相线路上，每个罗氏线圈传感器的输出信号分别依次经过对应的输入阻抗为零且增益可调的高增益自积分信号转换电路、对应的复用电路的处理后到达a/d电路，a/d电路将模拟信号转换为数字信号后输出给fifo存储器(first input first output，即先进先出存储器。在系统设计中，以增加数据传输率、处理大量数据流、匹配具有不同传输率的系统为目的而广泛使用fifo存储器，从而提高了系统性能。fifo存储器是一个先入先出的双口缓冲器，即第一个进入其内的数据第一个被移出，其中一个是存储器的输入口，另一个口是存储器的输出口。)的数据总线并传送至dsp控制器(即dsp芯片，dsp(digital signal process)即数字信号处理技术，dsp芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。dsp芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的dsp指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。)，dsp控制器对信号大小与设定的阈值进行比较，通过控制复用电路的控制开关，调整复用电路的信号处理模式，dsp控制器内的阈值可调，适用性及通用性高。
27.在一个实施例中，优选的，罗氏线圈传感器有3个，且每个罗氏线圈传感器均分别与对应的1个高增益自积分信号转换电路、对应的1个复用电路依次电连接。罗氏线圈传感器的数量可以视实际情况而定，但一般情况下，系统为三相交流电，所以为了采集参数更完整的隐患行波信号，优选地在3个相位的相线路上都进行罗氏线圈传感器的设置进而进行全面的信号采集。
28.在一个实施例中，如图5所示，复用电路包括第一线路、第二线路、所述第一线路和第二线路共用的运算放大器、若干电阻，所述第一线路包括移相电路。
29.复用电路存在两种信号处理模式，在dsp控制器中通过设置阈值及信号与阈值的比较能够改变复用电路的信号处理模式。经高增益自积分信号转换电路输出的信号一分为二，一路通过第一线路的移相电路改变原有信号方向，使之成为与原信号方向相反的信号。当dsp控制器中的信号小于等于某一阈值时，dsp控制器控制可控开关导通，复用电路处于差分状态，对两路信号做差，由于两路输出目标信号方向相反，高增益自积分信号转换电路噪声信号方向相同，进一步放大信号，以不失真地采集幅值较小的隐患行波信号；当信号大于某一阈值时，dsp控制器控制可控开关关断，复用电路切换到比例电路状态，仅采集第二线路这一路的信号，并降压输出。采用以上方式，可以扩展电流大小的采集范围，并且保证传感器的频率带宽，避免了通过改变自积分电阻调整传感器灵敏度方式对传感器频率响应的负面影响。
30.开关导通时，复用电路工作于双路差分模式，输出电压与输入电压的关系为：
[0031][0032]
开关关断时，复用电路工作于单路比例模式，输出电压与输入电压的关系为：
[0033][0034]
以上公式中r为电阻，v为电压，电阻电压序号的具体对应关系如图5所示。
[0035]
在一个实施例中，如图6所示，高增益自积分信号转换电路包括运算放大器以及与所述运算放大器电连接的积分电阻。
[0036]
优选的，高增益自积分信号转换电路还包括与所述运算放大器电连接的反馈电阻。
[0037]
优选的，高增益自积分信号转换电路还包括与所述运算放大器电连接的保护电阻。
[0038]
积分电阻包含在图6的ad712运算放大器中，罗氏线圈传感器的输出电压与被测电流的电流变化率成正比，为了还原信号形态需要将这个输出进行积分运算，积分电阻则影响其输出信号的频带宽度，相当于把积分后的信号进行拉伸和压缩操作。自积分方式下，罗氏线圈传感器的频带宽度与其积分电阻大小成反比，相较直接采集罗氏线圈传感器中的导数信号，在这种自积分方式下完全还原了原始信号的特征，输出更接近原始信号，所以采用该高增益自积分信号转换电路可提高罗氏线圈传感器的动态响应特性。另外，该高增益自积分信号转换电路通过反馈电阻rf的大小调节电路增益，保证线圈的灵敏度，通过保护电阻rg避免了同相输入端(+)直接接地，从而保护了电路。
[0039]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。