一种基于耦合线圈信号的过零信号产生方法技术

本发明专利技术公开了一种基于耦合线圈信号的过零信号产生方法，包括以下步骤：1)产生特征脉冲信号；2)信号预处理；3)信号采样；4)特征匹配；5)过零计算。本发明专利技术利用载波通信中的耦合线圈在市电电压峰值时产生有特征脉冲信号的特性产生过零信号的方法，替代了电力线载波应用中普遍需要采用的光耦产生过零信号的方法，减小了载波通信模块的功率消耗。

Zero crossing signal generation method based on coupling coil signal

The invention discloses a zero crossing signal generation method based on a coupling coil signal, comprising the following steps: 1) generating a characteristic pulse signal; 2) signal preprocessing; 3) signal sampling; 4) feature matching; and 5) zero crossing calculation. The invention uses the coupling coil carrier communication method has the characteristics of pulse signal generation zero signal generated in the voltage peak, instead of using the method of generating zero signal optocoupler generally require power line carrier applications, reduces the power consumption of the carrier communication module.

【技术实现步骤摘要】
一种基于耦合线圈信号的过零信号产生方法
本专利技术涉及电力系统电力线载波通信
，具体地说，涉及一种基于电力载波耦合线圈信号的过零信号产生方法，在电力线载波通信中起重要的作用。
技术介绍
电力线载波通讯技术广泛应用于自动抄表领域，这种通讯方式经常需要精确检测电力线上交流电的过零点以实现正常的通讯。现有的大部分电力线载波通信系统中是采用光耦电路来检测和产生过零信号，并起到高低压隔离的作用，但是这种方法需要用到光耦器件以及电阻、电容、二极管和三极管等组合的电路，系统体积大也无法集成，也增加了功耗。专利CN201120373379.2公开了一种过零信号检测电路，其采用的是光耦电路检测；专利CN201110047473.3公开了一种交流电过零信号采集电路，其采用的是光耦电路检测。在电力线载波通信应用中，载波信号的接收和发送都通过耦合线圈来完成；同时，耦合线圈可以实现高低压隔离，并可衰减工频信号达到安全的目的。
技术实现思路
1、专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的是提供了一种基于耦合线圈的信号的过零信号产生方法。这种方法与光耦电路产生过零的方法相比，通过利用电力线载波通信中已有的耦合线圈的特性，在市电电压上并不产生额外的功率消耗，可以说是一种零功耗的方法。2、技术方案专利技术原理：耦合线圈是由收发绕组绕制在磁环上而成，在工频电压到达峰值时，由于磁环内磁场方向发生变化而使得接收绕组上产生一个宽度约200us的特征脉冲信号，进一步地，通过在接收绕组接收到的特征脉冲信号进行低通滤波，滤除高频噪声后进行模数转化其进行数字化采样，采样的数据进行特征匹配检测，检测出市电电压的峰值时间，进而计算得出过零点。因此，本专利技术的思路是通过数字采样和特征匹配的方法，检测载波耦合信号的特征信息，确认市电信号的峰值点，从而计算出过零信号。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种基于耦合线圈信号的过零信号产生方法，包括以下步骤：(1)产生特征脉冲信号，将市电电压通过载波通信中的耦合线圈产生了特征脉冲信号；(2)信号预处理，将特征脉冲信号通过模拟低通滤波器进行滤波，滤除信号中的高频噪声；(3)信号采样，对滤波后的信号通过模数转换器进行数字化采样；(4)特征匹配，采样的数据通过数字处理器进行脉冲的信号特征值匹配检测，匹配检测的具体实现过程为：采样后的信号与本地存储的理想特征脉冲信号进行相关运算；(5)过零计算，对相关运算的结果搜索最大值，确认特征脉冲信号的出现时间(峰值点)，进而计算产生零信号。所述理想特征脉冲信号为：S(t)＝exp(-τt)·sin(2πft)，τ是特征脉冲信号的衰减因子，且τ＞0，f是特征脉冲信号的振荡频率。所述相关运算为其中：u(n-k)是模数转化器数字化的信号，S(k)是理想特征脉冲信号，conj(·)表示共轭运算，M为理想特征脉冲信号的长度。相关运算的原理是，采样后的信号与理想特征脉冲信号近似度越大，相关性越强。当采样的信号中包含耦合线圈产生的特征脉冲信号时，与本地存储的理想特征脉冲信号进行相关运算，相关运算的结果就会得到一个峰值，该峰值对应的时间就是耦合线圈产生的特征脉冲信号出现的时间。针对这一特征，对相关运算的结果搜索最大值，进而得到脉冲信号的出现时间。若检测出市电电压的第一个峰值时间T0，第二个峰值时间T1，第三个峰值时间T2，第n-1个峰值时间Tn，第n个峰值时间Tn+1，相邻的两个峰值中间的位置即为过零点，则市电电压的对应过零点位置分别为(T0+T1)/2，(T1+T2)/2，……(Tn+Tn+1)/2。3、有益效果采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：本专利技术利用载波通信中的耦合线圈在市电电压峰值时产生有特征脉冲信号的特性产生过零信号的方法，替代了电力线载波应用中普遍需要采用的光耦产生过零信号的方法，节约了光耦过零检测电路中高压侧和低压侧的元器件，因耦合线圈产生的信号在低压侧，信号的处理和检测都可以方便的集成在芯片的内部，以减小电路板的占用面积。并且因本专利技术中的耦合线圈本身不需要增加额外的功耗，从而减小了载波通信模块的功率消耗。附图说明图1为本专利技术过零产生方法的原理示意图；图2为本专利技术中耦合线圈接收信号波形示意图；图3为本专利技术实施例中的过零产生方法的示意图；图中：1、市电电压；2、安规电容；3、耦合线圈；4、模拟低通滤波器；5；模数转换器；6、数字处理器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的说明。实施例如图1和图3所示，一种基于耦合线圈信号的过零信号产生方法，市电电压1经过电容值为0.1uF的安规电容2接到耦合线圈3的高压侧绕组，耦合线圈3的低压侧绕组的输出信号在市电电压的峰值处产生宽度约200us脉冲信号，如图2所示；耦合线圈3输出的信号经过模拟低通滤波器4滤除掉高频噪声干扰，再送入模数转换器5进行数字化采样，采样条件为：10bit精度，采样率为50KS/s,采样后进行数字处理器6来进行脉冲的信号特征值匹配检测，得出峰值出现的时间。信号特征值匹配检测的具体实现过程为：采样后的信号与本地存储的理想特征脉冲信号进行相关运算，该理想特征脉冲信号为S(t)＝exp(-τt)·sin(2πft)，τ是特征脉冲信号的衰减因子，且τ＞0，f是特征脉冲信号的振荡频率。所述相关运算为其中：u(n-k)是模数转化器数字化的信号，S(k)是理想特征脉冲信号，conj(·)表示共轭运算，M为理想特征脉冲信号的长度。相关运算的原理是，采样后的信号与理想特征脉冲信号近似度越大，相关性越强。当采样的信号中包含耦合线圈产生的特征脉冲信号时，与本地存储的理想特征脉冲信号进行相关运算，相关运算的结果就会得到一个峰值，该峰值对应的时间就是耦合线圈产生的特征脉冲信号出现的时间。基于此，对相关运算的结果搜索最大值，进而得到脉冲信号的出现时间。假设检测出市电电压1的第一个峰值时间T0，第二个峰值时间T1，第三个峰值时间T2，第n-1个峰值时间Tn，第n个峰值时间Tn+1。相邻的两个峰值中间的位置即为过零点，则市电电压的对应过零点位置分别为(T0+T1)/2，(T1+T2)/2，……(Tn+Tn+1)/2，也可以计算出市电电压的周期为T2-T0。上述实施例仅为本专利技术的较佳的方案，并非用于限制本专利技术的实施方案，本领域普通技术人员根据本专利技术的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本专利技术的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于耦合线圈信号的过零产生方法，其特征在于：包括以下步骤：1)产生特征脉冲信号；2)信号预处理；3)信号采样；4)特征匹配；5)过零计算；所述的产生特征脉冲信号是指市电电压通过载波通信中的耦合线圈产生了特征脉冲信号；所述的信号预处理是指对耦合线圈产生的特征脉冲信号，在采样前通过模拟低通滤波器来滤除信号中的高频噪声干扰；所述的信号采样是指对信号预处理后的特征脉冲信号通过模数转换器采样成数字信号；所述特征匹配是通过数字处理器对采样后的信号与本地存储的理想特征脉冲信号进行相关运算；所述的过零计算是指对相关运算的结果搜索最大值，确认特征脉冲信号的出现峰值点时间，进而计算产生过零信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于耦合线圈信号的过零产生方法，其特征在于：包括以下步骤：1)产生特征脉冲信号；2)信号预处理；3)信号采样；4)特征匹配；5)过零计算；所述的产生特征脉冲信号是指市电电压通过载波通信中的耦合线圈产生了特征脉冲信号；所述的信号预处理是指对耦合线圈产生的特征脉冲信号，在采样前通过模拟低通滤波器来滤除信号中的高频噪声干扰；所述的信号采样是指对信号预处理后的特征脉冲信号通过模数转换器采样成数字信号；所述特征匹配是通过数字处理器对采样后的信号与本地存储的理想特征脉冲信号进行相关运算；所述的过零计算是指对相关运...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜波，范涛，代向明，
申请(专利权)人：南京能瑞自动化设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32