一种自适应的键相信号预处理电路及其工作方法技术

本发明专利技术提出一种自适应的键相信号预处理电路，包含高通滤波模块、幅值衰减模块、低通滤波模块、峰谷检波模块、比较整形模块和CPLD模块。所述幅值衰减模块、低通滤波模块、峰谷检波模块、比较整形模块和CPLD模块形成闭环控制系统。所述幅值衰减模块可以程控设置衰减系数档位对输入信号的幅值进行衰减。所述CPLD模块根据捕获的整形后的键相信号特征进行分析处理，设置所述幅值衰减模块合适的衰减系数档位。本发明专利技术同时提出了相应的工作方法。本发明专利技术的电路具备结构简单、成本低、可靠性高、不需人为操作和自适应的的优点。

An adaptive Keyphasor preprocessing circuit and its working method

The invention provides an adaptive keying signal preprocessing circuit, which comprises a high pass filtering module, an amplitude attenuation module, a low pass filtering module, a peak valley detection module, a comparison shaping module and a CPLD module. The amplitude attenuation module, low-pass filter module, peak valley detection module, comparison shaping module and CPLD module form a closed-loop control system. The amplitude attenuation module can program to set attenuation coefficient gear to attenuate the amplitude of input signal. The CPLD module analyzes and processes the captured Keyphasor signal characteristics, and sets the appropriate attenuation coefficient gear of the amplitude attenuation module. The invention also provides corresponding working methods. The circuit of the invention has the advantages of simple structure, low cost, high reliability, no artificial operation and self adaptation.

【技术实现步骤摘要】
一种自适应的键相信号预处理电路及其工作方法
本专利技术涉及电力系统发电机测量
,尤其涉及一种自适应的键相信号预处理电路及其工作方法。
技术介绍
汽轮发电机组是火电厂的重要发电设备，随着科技的发展，汽轮发电机长期处于高速运行状态，其振动信息的在线监测尤为重要。汽轮发电机转子键相测量是发电机振动在线监测的重要信号，通过键相信号与其他振动电气信号的综合比较分析，可以获得振动的相位角，用于设备的故障分析、诊断和定位。由于键相传感器的规格参数和现场运行环境不统一，键相传感器输出的键相信号的幅值、占空比、直流偏置等参数存在较大差异，对于采集设备准确获取键相信号存在一定难度。一般键相信号的幅值在-48～+48V之间，动态范围远高于普通运放及数字电路的输入范围。键相信号预处理电路常规的做法是通过跳线或拨码开关，设置衰减系数，将输入的键相脉冲信号进行衰减，使其幅值衰减到运放非饱和状态的电平范围内。然后再通过跳线或拨码开关，设置比较器的门槛电压，通过比较器将键相信号整形为标准的脉冲信号。此方法操作过程复杂，工程现场往往不具有示波器等波形实时观测设备，工程人员只能通过摸索试验，找到合理的衰减系数和门槛电压。现有改进技术中，键相采集电路需要A/D模拟量采样单元对键相信号采样，根据采样值的幅值设置衰减系数，再利用D/A模拟量输出单元来设置比较器的门槛电压。此种技术的键相的精度，受到A/D模拟量采样单元的采样率和D/A模拟量输出单元的输出精度的影响，且电路结构复杂，实现成本高，占用印制板面积大。专利
技术实现思路
本专利技术所要解决的的技术问题是：克服现有技术中存在的电路结构复杂、成本高、需要人为操作等问题和缺陷，提供了一种电路结构简单、可靠性高、自适应的的键相信号预处理电路及其工作方法。为了达成上述目的，本专利技术提出了一种自适应的键相信号预处理电路，包含高通滤波模块、幅值衰减模块、低通滤波模块、峰谷检波模块、比较整形模块和CPLD模块；所述高通滤波模块的输入为键相传感器采集到的键相信号，输出端连接幅值衰减模块的第一输入端；幅值衰减模块的第二输入端连接CPLD模块的输出端，幅值衰减模块的输出端连接低通滤波模块的输入端；低通滤波模块的输出端连接峰谷检波模块的输入端和比较整形模块的第一输入端；峰谷检波模块的输出端连接比较整形模块的第二输入端；比较整形模块的输出端连接CPLD模块的输入端。所述高通滤波模块用于将输入的键相信号进行滤波，滤除直流电平分量。所述幅值衰减模块设置多个衰减系数档位，根据第二输入端所接收的CPLD模块的输出指令选择对应的衰减系数档位对第一输入端接收的输入信号进行衰减。所述低通滤波模块用于滤除输入信号的高频干扰分量，提高电路的抗干扰能力。所述峰谷检波模块用于动态捕获输入信号的峰谷值并据此计算门槛电压并输出。所述比较整形模块用于将第一输入端接收的信号与第二输入端接收的门槛电压进行比较，输出整形后的键相信号。所述CPLD模块用于根据输入端接收的整形后的键相信号特征进行分析处理，设置所述幅值衰减模块合适的衰减系数档位。进一步的，所述高通滤波模块为无源滤波电路，采用高压瓷片电容，不受-48～+48V电压幅值和极性限制。进一步的，所述幅值衰减模块包含N+1个分压电阻、N个开关和运算放大器，其中N为大于等于2的正整数；所述N个开关的通断状态由幅值衰减模块第二输入端的输入信号控制；第一至N个分压电阻分别和N个开关组成N个并联电路；所述N个并联电路依次串联，一端作为幅值衰减模块的第一输入端，另一端连接到运算放大器U1的同相输入端；第N+1分压电阻一端连接运算放大器的同相输入端，另一端连接到数字地；所述运算放大器的反相输入端与输出端连接，输出端跟随运算放大器的同相输入端的电压信号。进一步的，所述峰谷检波模块包含峰值检波电路、谷值检波电路、门槛电压生成电路；所述峰值检波电路获得输入信号的最大值，所述谷值检波电路获得输入信号的最小值，门槛生成电路将输入信号的最大值和最小值求平均，得到门槛电压。进一步的，所述峰值检波电路和谷值检波电路分别带有程控放电开关，在电路处于调试状态中，通过闭合放电开关将峰值检波电路获得的输入信号最大值清零，将谷值检波电路获得的输入信号最小值清零。进一步的，所述比较整形模块包含迟滞比较电路和电平转换模块；所述迟滞比较电路对输入的键相信号和门槛电压进行比较，输出整形后的模拟键相信号；所述电平转换模块将整形后的模拟键相信号转变为数字信号，输出给CPLD模块采集捕获。进一步的，所述CPLD模块通过输出信号控制所述幅值衰减模块置于不同的衰减系数档位，通过比较分析衰减系数处于各档位情况下输入信号的脉宽特征信息，选择合适的衰减系数档位。本专利技术同时提出了一种自适应的键相信号预处理电路的工作方法，所述的自适应的键相信号预处理电路在调试模式下，包含以下步骤：第一步，所述CPLD模块控制所述峰谷检波模块的放电开关闭合；第二步，CPLD模块控制所述幅值衰减模块处于第一衰减系数档位；第三步，CPLD模块根据输入端接收的整形后的键相信号，获得键相信号的高电平的脉宽和低电平的脉宽；第四步，重复第一步至第三步，依次将幅值衰减模块置于不同衰减系数档位；第五步，CPLD模块通过比较分析不同衰减系数档位下的键相信号脉宽特征信息，判断最优的衰减系数档位，固定为正式工作模式的衰减系数档位。本专利技术的有益效果是：第一、本专利技术的自适应的键相信号预处理电路中幅值衰减模块、低通滤波模块、峰谷检波模块、比较整形模块和CPLD模块形成闭环控制系统，解决了传统键相信号预处理电路需要手工设置衰减系数和门槛电压的问题，不依赖于工程现场的仪器的测量结果，减少了工程人员的人为操作。第二、本专利技术的自适应的键相信号预处理电路的峰谷检波模块，利用纯硬件回路获取合适的门槛电压，实现方式简单可靠成本低。第三、本专利技术的自适应的键相信号预处理电路的幅值衰减模块，利用CPLD捕获的脉冲信号，提取脉冲的特征信息，进行幅值衰减系数的自动设置，实现了整个电路的的闭环控制，不受外部键相信号的参数影响。附图说明图1是本专利技术一种自适应的键相信号预处理电路设计的结构框图。图2是本专利技术的幅值衰减模块的电路示意图。图3是本专利技术的CPLD模块捕获的键相信号示意图。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。如图1所示为本专利技术一种自适应的键相信号预处理电路的具体实施例一，包含高通滤波模块、幅值衰减模块、低通滤波模块、峰谷检波模块、比较整形模块和CPLD模块；所述高通滤波模块的输入为键相传感器采集到的键相信号，输出端连接幅值衰减模块的第一输入端；幅值衰减模块的第二输入端连接CPLD模块的输出端，幅值衰减模块的输出端连接低通滤波模块的输入端；低通滤波模块的输出端连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应的键相信号预处理电路，其特征在于，包含高通滤波模块、幅值衰减模块、低通滤波模块、峰谷检波模块、比较整形模块和CPLD模块；所述高通滤波模块的输入为键相传感器采集到的键相信号，输出端连接幅值衰减模块的第一输入端；幅值衰减模块的第二输入端连接CPLD模块的输出端，幅值衰减模块的输出端连接低通滤波模块的输入端；低通滤波模块的输出端连接峰谷检波模块的输入端和比较整形模块的第一输入端；峰谷检波模块的输出端连接比较整形模块的第二输入端；比较整形模块的输出端连接CPLD模块的输入端；/n所述高通滤波模块用于将输入的键相信号进行滤波，滤除直流电平分量；/n所述幅值衰减模块设置多个衰减系数档位，根据第二输入端所接收的CPLD模块的输出指令选择对应的衰减系数档位对第一输入端接收的输入信号进行衰减；/n所述低通滤波模块用于滤除输入信号的高频干扰分量；/n所述峰谷检波模块用于动态捕获输入信号的峰谷值并据此计算门槛电压并输出；/n所述比较整形模块用于将第一输入端接收的信号与第二输入端接收的门槛电压进行比较，输出整形后的键相信号；/n所述CPLD模块用于根据输入端接收的整形后的键相信号特征进行分析处理，设置所述幅值衰减模块合适的衰减系数档位。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自适应的键相信号预处理电路，其特征在于，包含高通滤波模块、幅值衰减模块、低通滤波模块、峰谷检波模块、比较整形模块和CPLD模块；所述高通滤波模块的输入为键相传感器采集到的键相信号，输出端连接幅值衰减模块的第一输入端；幅值衰减模块的第二输入端连接CPLD模块的输出端，幅值衰减模块的输出端连接低通滤波模块的输入端；低通滤波模块的输出端连接峰谷检波模块的输入端和比较整形模块的第一输入端；峰谷检波模块的输出端连接比较整形模块的第二输入端；比较整形模块的输出端连接CPLD模块的输入端；
所述高通滤波模块用于将输入的键相信号进行滤波，滤除直流电平分量；
所述幅值衰减模块设置多个衰减系数档位，根据第二输入端所接收的CPLD模块的输出指令选择对应的衰减系数档位对第一输入端接收的输入信号进行衰减；
所述低通滤波模块用于滤除输入信号的高频干扰分量；
所述峰谷检波模块用于动态捕获输入信号的峰谷值并据此计算门槛电压并输出；
所述比较整形模块用于将第一输入端接收的信号与第二输入端接收的门槛电压进行比较，输出整形后的键相信号；
所述CPLD模块用于根据输入端接收的整形后的键相信号特征进行分析处理，设置所述幅值衰减模块合适的衰减系数档位。


2.如权利要求1所述的一种自适应的键相信号预处理电路，其特征在于，所述高通滤波模块为无源滤波电路，采用高压瓷片电容，不受-48～+48V电压幅值和极性限制。


3.如权利要求1所述的一种自适应的键相信号预处理电路，其特征在于，所述幅值衰减模块包含N+1个分压电阻、N个开关和运算放大器，其中N为大于等于2的正整数；所述N个开关的通断状态由幅值衰减模块第二输入端的输入信号控制；第一至N个分压电阻分别和N个开关组成N个并联电路；所述N个并联电路依次串联，一端作为幅值衰减模块的第一输入端，另一端连接到运算放大器U1的同相输入端；第N+1分压电阻一端连接运算放大器的同相输入端，另一端连接到数字地；所述运算放大器的反相输入端与输出端连接，输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿亮，李响，王凯，张琦雪，
申请(专利权)人：南京南瑞继保工程技术有限公司，南京南瑞继保电气有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32