一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路，当电力设备发生局部放电时，通过其中的可变增益放大器检测超声信号并进行二级放大，生成差分输出信号，峰值检测器分别与比较器和可变增益放大器连接，通过峰值检测器实时检测差分输出信号对应的最大幅值并保持，生成中间输出信号传输至比较器，通过比较器响应输入的参考信号，比较中间输出信号和参考信号，生成反馈控制电压并传输至关联的环路滤波器，最后通过环路滤波器对反馈控制电压进行滤波，生成反馈信号传输至可变增益放大器，从而调整可变增益放大器的增益。进而降低电路设计的复杂度，降低后级模数转换器动态范围要求和使用成本。态范围要求和使用成本。态范围要求和使用成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路


[0001]本专利技术涉及超声信号检测
，尤其涉及一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路。

技术介绍

[0002]高压开关柜是指按一定的方案将一次设备、二次设备组装而成的成套配电装置，主要作用是在电网系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。其运行状态的稳定性对保障电网安全、提高电力系统供电可靠性具有重大意义。而高压开关柜易产生的绝缘与载流故障是与放电现象密切相关的：电气设备在长期运行中必然存在劣化现象，进而引发局部放电，任其发展就会导致绝缘逐步损伤直至击穿，造成严重事故。
[0003]相比于传统的继红外热成像检测技术，局部放电检测灵敏度高、预警时间长，能够有效检测出绝缘早期劣化，成为高压开关柜状态监测的重要技术手段。
[0004]而局部放电产生的超声信号的最大有效信号与最小有效信号的能量差值非常大，这对后级模数转换器的动态范围提出了很高的要求，极大增加了电路设计的复杂度，导致后级模数转换器动态范围要求过高，使用成本较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路，解决了局部放电产生的超声信号的最大有效信号与最小有效信号的能量差值非常大，这对后级模数转换器的动态范围提出了很高的要求，极大增加了电路设计的复杂度，导致后级模数转换器动态范围要求过高，使用成本较高的技术问题。
[0006]本专利技术提供的一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路，包括可变增益放大器、峰值检测器、比较器和环路滤波器；
[0007]所述可变增益放大器，用于当电力设备发生局部放电时，检测超声信号并进行二级放大，生成差分输出信号；
[0008]所述峰值检测器分别与所述比较器和所述可变增益放大器连接，用于实时检测所述差分输出信号对应的最大幅值并保持，生成中间输出信号传输至所述比较器；
[0009]所述比较器，用于响应输入的参考信号，比较所述中间输出信号和所述参考信号，生成反馈控制电压并传输至关联的环路滤波器；
[0010]所述环路滤波器，用于对所述反馈控制电压进行滤波，生成反馈信号传输至所述可变增益放大器；所述反馈信号用于调整所述可变增益放大器的增益。
[0011]可选地，所述可变增益放大器包括电流转换组件、电压转换组件和共源放大器；
[0012]所述电流转换组件，用于当电力设备发生局部放电时，检测超声信号并转换为电流形式，得到电流信号；
[0013]所述电压转换组件，用于通过二极管连接的晶体管对所述电流信号进行放大并转
换为电压形式，得到电压信号；
[0014]所述共源放大器，用于对所述电压信号进行二次放大，生成差分输出信号。
[0015]可选地，所述可变增益放大器的电路增益A
V
为：
[0016][0017]其中，g
m1
为晶体管M1的跨导，g
m2
为晶体管M2的跨导，μ为载流子的迁移率，C
ox
为晶体管M1或M2的栅氧化层电容，(W/L)1为晶体管M1的晶体管尺寸，(W/L)2为晶体管M2的晶体管尺寸，I1为流过晶体管M1的电流，I2为流过晶体管M2的电流。
[0018]可选地，所述峰值检测器，具体用于：
[0019]当检测到所述差分信号处于正周期时，对所述差分信号与零值之间的信号差值进行放大，并导通第七晶体管；
[0020]当所述第七晶体管导通时，对采样保持电容进行充电，确定所述差分输出信号对应的最大幅值；
[0021]当所述差分信号处于负周期时，关断所述第七晶体管；
[0022]当所述第七晶体管关断时，对所述采样保持电容进行放电，直至所述差分信号的电压高于所述采样保持电容的电压，导通所述第七晶体管。
[0023]可选地，所述比较器为三级差分放大器或加法器。
[0024]可选地，所述比较器包括电流源、二极管、采样电容和两组运算放大器。
[0025]可选地，所述环路滤波器为低通滤波器或积分器。
[0026]可选地，所述环路滤波器包括电荷泵和外部电容；
[0027]所述电荷泵，用于当检测到所述反馈控制电压的信号强度小于第一预设阈值时，对所述外部电容进行放电，生成反馈信号；
[0028]当检测到所述反馈控制电压的信号强度大于或等于第一预设阈值时，对所述外部电容进行充电，生成反馈信号。
[0029]可选地，所述电荷泵内包括两个由晶体管组成的共源共栅电流源；
[0030]所述共源共栅电流源，用于调整所述外部电容的电压。
[0031]可选地，所述电荷泵为CMOS电荷泵。
[0032]从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：
[0033]本专利技术提供了一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路，包括可变增益放大器、峰值检测器、比较器和环路滤波器；当电力设备发生局部放电时，通过可变增益放大器检测超声信号并进行二级放大，生成差分输出信号，峰值检测器分别与比较器和可变增益放大器连接，通过峰值检测器实时检测差分输出信号对应的最大幅值并保持，生成中间输出信号传输至比较器，通过比较器响应输入的参考信号，比较中间输出信号和参考信号，生成反馈控制电压并传输至关联的环路滤波器，最后通过环路滤波器对反馈控制电压进行滤波，生成反馈信号传输至可变增益放大器，从而调整可变增益放大器的增益。进而降低电路设计的复杂度，降低后级模数转换器动态范围要求和使用成本。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0035]图1为本专利技术实施例提供的一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路的结构框图；
[0036]图2为本专利技术实施例中的一种可变增益放大器的电路示意图；
[0037]图3为本专利技术实施例提供的一种峰值检测器的电路结构图；
[0038]图4为本专利技术实施例提供的一种三级差分放大器的电路结构图；
[0039]图5为本专利技术实施例中的一种CMOS电荷泵的电路结构图。
具体实施方式
[0040]本专利技术实施例提供了一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路，用于解决局部放电产生的超声信号的最大有效信号与最小有效信号的能量差值非常大，这对后级模数转换器的动态范围提出了很高的要求，极大增加了电路设计的复杂度，导致后级模数转换器动态范围要求过高，使用成本较高的技术问题。
[0041]为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路，其特征在于，包括可变增益放大器、峰值检测器、比较器和环路滤波器；所述可变增益放大器，用于当电力设备发生局部放电时，检测超声信号并进行二级放大，生成差分输出信号；所述峰值检测器分别与所述比较器和所述可变增益放大器连接，用于实时检测所述差分输出信号对应的最大幅值并保持，生成中间输出信号传输至所述比较器；所述比较器，用于响应输入的参考信号，比较所述中间输出信号和所述参考信号，生成反馈控制电压并传输至关联的环路滤波器；所述环路滤波器，用于对所述反馈控制电压进行滤波，生成反馈信号传输至所述可变增益放大器；所述反馈信号用于调整所述可变增益放大器的增益。2.根据权利要求1所述的基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路，其特征在于，所述可变增益放大器包括电流转换组件、电压转换组件和共源放大器；所述电流转换组件，用于当电力设备发生局部放电时，检测超声信号并转换为电流形式，得到电流信号；所述电压转换组件，用于通过二极管连接的晶体管对所述电流信号进行放大并转换为电压形式，得到电压信号；所述共源放大器，用于对所述电压信号进行二次放大，生成差分输出信号。3.根据权利要求2所述的基于自动增益控制的局部放电超声信号检测环路，其特征在于，所述可变增益放大器的电路增益A
V
为：其中，g
m1
为晶体管M1的跨导，g
m2
为晶体管M2的跨导，μ为载流子的迁移率，C
ox
为晶体管M1或M2的栅氧化层电容，(W/L)1为晶体管M1的晶体管尺寸，(W/L)2为晶体管M2的晶体管尺寸，I1为流过晶体管M1的电流，I2为流过晶体管M2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉旺威，王勇，黄青丹，饶锐，马智远，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司广州供电局，
类型：发明
国别省市：