一种交流地电位梯度电压信号测量装置，输入分压电路的输入端与被测信号输出端相连接，而输入分压电路的输出端依次与差动放大电路，混频电路，模拟数字转换电路及单片机电路相连通；在单片机电路输出端与差动放大电路输入端之间还设置有一实现两路运算放大器进行差动放大及电路增益的增益调节电路；在单片机电路输出端与混频电路输入端之间还设有波形发生器电路。混频电路同时接收来自波形发生器电路信号，在其中进行混频处理，并将混频后的信号输出到模拟数字转换电路的输入端。模拟数字转换电路对输入信号进行数字化，输出数字量信号到单片机电路。单片机电路能够对波形发生器电路和增益调节电路进行控制。路和增益调节电路进行控制。路和增益调节电路进行控制。
【技术实现步骤摘要】
一种交流地电位梯度电压信号测量装置
[0001]本专利技术属于电子测量
，具体地说是提供了一种交流地电位梯度电压信号测量装置及方法，特别是用于埋地钢质管道阴极保护参数中交流地电位梯度电压信号的测量。
技术介绍
[0002]埋地钢质管道阴极保护参数中交流地电位梯度（ACVG）电压信号能够一定程度上反映管道腐蚀状况，因此对其进行检测是一种重要的安全维护手段，能达到防患于未然的目的。通过精密仪器测量该信号，可以精确的找到管线外防腐层破损点的准确位置以及对腐蚀状态进行定量分析，为管道的完整性管理提供真实可靠的基础数据，从源头上控制管道腐蚀的发生，为管道的防腐工作提供依据。
[0003]交流地电位梯度信号属于一种低频交流电压信号，由专用发射机发出，通过测量装置沿管道检测信号变化情况。交流地电位梯度信号的工作频率不一，通常从约100Hz到数kHz，该频率要避开当地的工频及其谐波频率。例如工频50Hz场合，可选择128Hz、570Hz、640Hz、1280Hz等频率；再如工频为60Hz场合，可使用96Hz、512Hz、570Hz、1280Hz。在实际使用时，根据测试工况的不同选择不同的工作频率，较高频率的信号测量精度更高，分辨力更好，较低频率的信号能够传播更远的距离，实际被测信号频率范围达到约100Hz～200kHz。交流地电位梯度信号幅值通常以dBμV表示，0dB表示1μVrms的信号。实际使用时通常省略μV，直接以dB表示，例如60dB表示1mVrms的信号。低于0dB的信号过于微弱，通常认为是干扰信号不予考虑。
[0004]为了实现交流地电位梯度信号的精确测量，要求测量装置的动态范围达到140dB以上，信号分辨力在应优于5dB，即1.78μVrms，以上两项指标直接反映了装置的测量精度和灵敏度，另外还要求对100Hz～200kHz任意频率信号实现等精度测量，测量速率2次/秒以上。
[0005]针对以上交流地电位梯度电压信号测量需求，查阅相关专利文献如下：专利CN102707133《一种测量频率可变的交流电压的装置、系统和方法》公开的方法是：通过边沿检测模块轮询与交流电同周期的方波信号的上升沿或下降沿，并在查询到时输出周期改变信号，中央处理电路根据采样时间间隔对所述交流电的电压值进行采样并保存和计算采样到的所有电压值的平均值。该方法存在以下缺点：1、由交流电信号生成方波信号的过程中，随机噪声和边沿检测电路的零点漂移都会影响方波信号边沿的产生时间，使得单片机的采样周期发生变化进而影响电压采样数据的准确性；2、边沿检测模块采用比较器电路，无法用于μV级别输入信号的边沿识别检测；3、装置输出的是采样周期内的交流电压平均值，而非有效值；4、以单片机内部的10bit模拟数字转换器（ADC）测量被测信号，只能达到约60dB的动态范围。
[0006]专利CN104655916《一种交流电压有效值测量装置及方法》公开的方法是：利用信号比较器将待检测交流电信号转换为脉冲信号，利用处理器测量所述脉冲信号的周期T；同
时，将待检测交流电信号输入到峰值检测电路，利用处理器测量所述待检测交流电信号的峰值U，最后通过计算得到待检测交流电信号的有效值。该方法存在以下缺点：1、由交流电信号生成方波信号的过程中，随机噪声和边沿检测电路的零点漂移都会影响方波信号边沿的产生时间，使得单片机的采样周期发生变化进而影响电压采样数据的准确性；2、边沿检测模块采用稳压二极管用作比较器参考电压，无法识别μV级别的输入信号，导致边沿检测模块无法正常工作；3、以MSP430单片机内部的模拟数字转换器（ADC）测量被测信号，最多只有16bit分辨力，无法达到140dB的动态范围。4、该专利仅限于测量工频电压信号专利CN105807128《将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法及系统》公开了一种将多周期策略用于数模转换测量交流电压的方法，其方案是：S1：将P个周期的被测正弦电压信号等分N份，P和N之间除1之外没有公约数，产生阶梯波台阶的数字值；S2：将这N个数据输入DAC产生一个周期的阶梯波；S3：对阶梯波台阶电压值测量；S4：对上述两个波形做差分采样；S5：在DFT运算时采用分段采样方式，只对台阶中间数据运算。该方法存在以下缺点：1、数字模拟转换器（DAC）会带来附加误差，影响测试精度；2、DAC的动态范围有限，通常为16bit，最理想情况下动态范围只能达到96dB；3、DAC需要稳定时间，该方法采样时只对台阶中间时间段数据计算，无形中降低了数据采样率，不利于提高信噪比；4、DAC无法输出μV级别的信号，因此对微弱信号的测量不适用。
[0007]专利CN106353562《一种采用交流激励测量微弱非线性电流-电压特性的方法》公布的方法是：采用交流电压信号激励待测件，调节激励电压信号的频率和振幅，测量各阶谐波信号的振幅，根据测量数据计算待测电流-电压关系中各项的系数，根据获得的系数计算待测件非线性电流-电压关系。该方法存在以下缺点：1、交流地电位梯度信号是被动信号，在其上施加交流电压激励信号会影响发射机的正常功能；2、交流地电位梯度信号的有效信号为单一频率，不存在谐波分量，因此专利中所述测量谐波的方法不适用；3、交流地电位梯度信号为线性信号，而非专利中所述的非线性电流-电压特征信号，因此专利所述方法不适用交流地电位梯度信号测量。
[0008]专利CN109444506《一种交流系统电压测量与计算方法》公开的方法是：利用单片机根据交流系统的交流电压频率，利用AD采样一个周波每一路的采集点的交流电压输入信号；根据采样得到的交流电压输入信号，利用FFT计算相应的采集点电压的各次谐波有效值及角度；根据采集点的各次谐波有效值及角度，通过欧姆定律计算出交流系统中每一路电压的各次谐波有效值及角度；根据每一路电压的各次谐波有效值及角度，通过余弦定理公式计算出交流系统每一种所需要的电压值及角度。该方法存在以下缺点：1、所述的输入信号为交流系统电压，幅值在mV以上，不能满足μV级电压的测量要求；2、该方法的测量对象为三相四线制的交流系统电压，而交流地电位梯度信号为单路差动信号，因此本方法不适用。
[0009]专利CN109444526《一种测量频率可变的交流电压的装置》公开了一种测量频率可变的交流电压的装置，包括外壳，外壳的内部设有一个中央处理模块，中央处理模块电连接有一个模数转换模块和边沿检测模块，所述中央处理模块、模数转换模块和边沿检测模块均电连接有工作电源模块；所述工作电源模块包括工作电源电路，该测量频率可变的交流电压的装置中，通过工作电源电路中，集成电路对输出电压进行反馈采集，然后控制第二三极管的通断，实现了对输出电压的稳定输出，配合第三电容和第四电容组成的储能电路，对输出电压进行储能，减少了电压波动，进一步提高了电压的稳定输出。该方法存在以下缺
点：1、随机噪声和边沿检测电路的零点漂移都会影响方波信号边沿的产生时间，使得单片机的采样周期发生变化进而影响电压采样数据的准确性；2、该专利所述的输入信号为交流系统电压，幅值在mV以上，不能满足μV级本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种交流地电位梯度电压信号测量装置，它包括有电源电路、输入分压电路，其特征在于：输入分压电路的输入端与被测信号输出端相连接，而输入分压电路的输出端依次与差动放大电路，混频电路，模拟数字转换电路及单片机电路相连通；在单片机电路输出端与差动放大电路输入端之间还设置有一实现两路运算放大器进行差动放大及电路增益的增益调节电路；在单片机电路输出端与混频电路输入端之间还设置有一由单片机电路设定信号频率的波形发生器电路。2.根据权利要求1所述的交流地电位梯度电压信号测量装置，其特征在于：波形发生器电路输出正弦载波信号，由单片机电路设定该信号的频率。3.根据权利要求1或2所述的交流地电位梯度电压信...
【专利技术属性】
技术研发人员：张军，诸海博，王松亭，张海军，常伟，徐海宁，袁峰，何方，张娜，
申请(专利权)人：沈阳仪表科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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