【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电流互感器，特别涉及一种fpga芯片嵌入式电流互感器。
技术介绍
1、电流互感器是电力系统中最广泛使用的测量设备之一，是将高电流转换为可由标准仪器测量的较小电流，从而实现高电流系统中的电流大小测量的设备，主要应用于电能计量、状态监测与继电保护等领域。
2、目前，在现有技术中，传统电流互感器通常只提供电流的瞬时值，无法直接提供电流信号的频谱分析，不仅需要消耗时间进行信号长距离输送，还会因为传输误差导致频谱分析不准确，因此，本专利技术提出一种fpga芯片嵌入式电流互感器，通过在电流互感器内部嵌入fpga芯片实现电流信号的采集与实时分析，从而减小传输输出处理信号的时耗和误差，使得电流互感器能够及时进行多维频谱分析，同时提高电流互感器的响应效率和准确性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种fpga芯片嵌入式电流互感器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种fpga芯片嵌入式电流互感器，包括：电流互感器主体结构和fpga芯片，其中，所述电流互感器主体结构包括：接入模块、整流电路和磁场传感器，磁场传感器设置在接入模块中，接入模块与整流电路连接，整流电路与fpga芯片连接，所述fpga芯片包括：信号处理模块和数据处理中心，所述信号处理模块，用于将磁场传感器的输出信号和整流电路的输出信号进行处理与输出，所述数据处理中心，用于获取电路信号，并采用fft算法进行多维频谱分析。
3、优选地，所述
4、优选地，所述外部铁芯中有气隙的环形铁芯是多个相同的环形铁芯片段，而且环形铁芯片段均匀布设在完整环形铁芯外壁形成多个气隙，其中，气隙的大小与磁场传感器的大小适配。
5、优选地，所述整流电路包括：整流电阻和绕阻电线，在混合组合磁芯上确定绕阻起始位置，然后基于绕阻起始位置将绕阻电线均匀的缠绕在混合组合磁芯上，并在绕阻电线缠绕混合组合磁芯后依次连接整流电阻和fpga芯片。
6、优选地，所述信号处理模块包括：电源单元、稳压单元、温度补偿单元、调零单元、放大处理单元和加法运算单元；
7、所述稳压单元采用稳压电路将电源单元的电源电压转换成目标电压；
8、所述温度补偿单元利用温度补偿电路调节磁场传感器出现的温度偏移问题；
9、所述调零单元通过调整电位器的阻值针对磁场传感器的电势进行调整；
10、所述放大处理单元针对磁场传感器的输出信号进行幅值调整，并获取磁场传感器的输出调整信号；
11、所述加法运算单元采用加法器根据磁场传感器的输出调整信号和整流电路的输出信号进行逻辑运算。
12、优选地，所述加法运算单元采用加法器根据磁场传感器的输出调整信号和整流电路的输出信号进行逻辑运算，包括：
13、将整流电路的输出信号和磁场传感器的输出调整信号转换成进位前置信号，分别得到第一进位前置信号和第二进位前置信号；
14、基于进位树分析第一进位前置信号和第二进位前置信号，并获取进位选择信号；
15、针对整流电路的输出信号和磁场传感器的输出调整信号进行求和计算，得到求和结果，并根据进位选择信号针对求和结果进行筛选，得到加法器输出结果。
16、优选地，所述数据处理中心包括：采集获取单元、数据分析单元和故障诊断单元，
17、所述采集获取单元，用于获取信号处理模块的输出信号，得到输出处理信号；
18、所述数据分析单元，用于采用fft算法针对输出处理信号进行多维频谱分析，得到多维频谱分析数据；
19、所述故障诊断单元，用于根据多维频谱分析数据基于卷积神经网络模型进行故障检测分析，获取故障诊断结果。
20、优选地，所述数据分析单元采用fft算法针对输出处理信号进行多维频谱分析，包括：
21、针对输出处理信号进行傅里叶变换，得到信号变换信息；
22、将信号变换信息在频域上进行轴变换，并模拟非线性特性，同时采用多个滤波器在频域上进行带通滤波处理，得到输出处理信号的多维频谱特征；
23、结合输出处理信号的相邻帧针对多维频谱特征进行拼接组合，得到多维频谱分析数据。
24、优选地，所述数据分析单元在得到多维频谱分析数据之后还针对多维频谱分析数据进行可视化处理，将多维频谱分析数据转换成图表的形式进行呈现，确定多维频谱分析数据呈现信息，并在多维频谱分析数据呈现信息中采用不同颜色进行不同参数区分。
25、优选地，所述故障诊断单元根据多维频谱分析数据基于卷积神经网络模型进行故障检测分析，包括：
26、建立卷积神经网络；
27、针对卷积神经网络进行网络迭代次数参数设置；
28、确定网络训练样本数据，并利用网络训练样本数据结合设置的网络迭代次数参数针对卷积神经网络进行优化，调整得到卷积神经网络优化模型；
29、获取多维频谱分析数据；
30、采用卷积神经网络优化模型针对多维频谱分析数据进行卷积计算，得到多维频谱分析数据特征值；
31、根据多维频谱分析数据特征值进行故障匹配，得到特征匹配相似值；
32、结合预设阈值针对特征匹配相似值进行分析判断，确定故障诊断结果；
33、按照故障诊断结果进行故障提醒。
34、本专利技术通过在电流互感器内部嵌入fpga芯片，使得电流互感器能够实现电流信号的采集与实时分析，减小输出处理信号的传输时耗和误差，使得电流互感器能够及时进行多维频谱分析，同时提高电流互感器的响应效率和准确性。而且电流互感器能够将大电流变换为小电流，从而扩大电流监测的深度和广度，保障大电流监测的安全性，并且通过fpga芯片使得在电流互感器中不仅能实时测量电流的瞬时值，还能提供电路信号的频谱分析，减轻后端处理压力，降低对高性能计算设备的依赖，并且fpga芯片设计灵活，可重构的芯片结构兼容性强，能够与大规模集成电路兼容并行计算，此外，在电流互感器主体结构中通过变压器隔离了大电流，保障了电流互感器的安全性，避免电流互感器与大电流直接测量发生危险状况。
35、本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
36、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种FPGA芯片嵌入式电流互感器，其特征在于，包括：电流互感器主体结构和FPGA芯片，其中，所述电流互感器主体结构包括：接入模块、整流电路和磁场传感器，磁场传感器设置在接入模块中，接入模块与整流电路连接，整流电路与FPGA芯片连接，所述FPGA芯片包括：信号处理模块和数据处理中心，所述信号处理模块，用于将磁场传感器的输出信号和整流电路的输出信号进行处理与输出，所述数据处理中心，用于获取电路信号，并采用FFT算法进行多维频谱分析。
2.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述接入模块包括：磁芯和输电导线，所述磁芯采用的是混合组合磁芯，包括：内部铁芯和外部铁芯，其中，内部铁芯是完整环形铁芯，外部铁芯是有气隙的环形铁芯；所述输电导线通过穿过内部铁芯实现输电导线的接入。
3.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述外部铁芯中有气隙的环形铁芯是多个相同的环形铁芯片段，而且环形铁芯片段均匀布设在完整环形铁芯外壁形成多个气隙，其中，气隙的大小与磁场传感器的大小适配。
4.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述整流电路包括：整流电
5.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述信号处理模块包括：电源单元、稳压单元、温度补偿单元、调零单元、放大处理单元和加法运算单元；
6.根据权利要求5所述的电流互感器，其特征在于，所述加法运算单元采用加法器根据磁场传感器的输出调整信号和整流电路的输出信号进行逻辑运算，包括：
7.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述数据处理中心包括：采集获取单元、数据分析单元和故障诊断单元，
8.根据权利要求7所述的电流互感器，其特征在于，所述数据分析单元采用FFT算法针对输出处理信号进行多维频谱分析，包括：
9.根据权利要求8所述的电流互感器，其特征在于，所述数据分析单元在得到多维频谱分析数据之后还针对多维频谱分析数据进行可视化处理，将多维频谱分析数据转换成图表的形式进行呈现，确定多维频谱分析数据呈现信息，并在多维频谱分析数据呈现信息中采用不同颜色进行不同参数区分。
10.根据权利要求7所述的电流互感器，其特征在于，所述故障诊断单元根据多维频谱分析数据基于卷积神经网络模型进行故障检测分析，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种fpga芯片嵌入式电流互感器，其特征在于，包括：电流互感器主体结构和fpga芯片，其中，所述电流互感器主体结构包括：接入模块、整流电路和磁场传感器，磁场传感器设置在接入模块中，接入模块与整流电路连接，整流电路与fpga芯片连接，所述fpga芯片包括：信号处理模块和数据处理中心，所述信号处理模块，用于将磁场传感器的输出信号和整流电路的输出信号进行处理与输出，所述数据处理中心，用于获取电路信号，并采用fft算法进行多维频谱分析。
2.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述接入模块包括：磁芯和输电导线，所述磁芯采用的是混合组合磁芯，包括：内部铁芯和外部铁芯，其中，内部铁芯是完整环形铁芯，外部铁芯是有气隙的环形铁芯；所述输电导线通过穿过内部铁芯实现输电导线的接入。
3.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述外部铁芯中有气隙的环形铁芯是多个相同的环形铁芯片段，而且环形铁芯片段均匀布设在完整环形铁芯外壁形成多个气隙，其中，气隙的大小与磁场传感器的大小适配。
4.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述整流电路包括：整流电阻和绕阻电线，在混合组合磁芯上确定绕阻起始位置，然后基于绕阻起始位置将绕阻电线均匀...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈智，周海宏，王莹，陈铭洋，黄伟炫，魏雨辰，
申请(专利权)人：广东开放大学广东理工职业学院，
类型：发明
国别省市：
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