专利名称：一种数字信号锁定型空间磁场检测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于空间磁场检测技术领域，特别是涉及一种以数字信号锁定为特征的空间磁场检测系统。
背景技术：
在配电网发生单相接地故障时，为了实现线路故障点的准确定位，人们通过检测故障线路中电流所形成的空间磁�。竦霉收舷呗返奶卣餍畔ⅲ佣卸铣鱿呗返墓收衔恢谩Ｔ谡飧龉收隙ㄎ患际踔校既坊竦玫缌魉纬傻目占浯懦⌒畔ⅲ枪收隙ㄎ坏暮诵募际踔�。现有的空间磁场检测技术是，通过空心线圈感应出空间磁场信号，将信号输入到一个滤波器中，然后通过模拟电路进行信号幅度的检测，然后显示到数码管或者液晶显示器上。然而，这种技术存在以下不足(1)所使用的滤波器只能对以某个中心频点为中心的一个频带的信号进行滤波或者提取，这个频带一般比较宽，难以做到对某个频点信号的测量， 这样难以提高故障定位精度；( 所使用信号幅度模拟电路只能进行信号幅度检测，不能提供信号检测中所需要的相位和频率等信息；C3)所使用的检测电路是模拟电路，不能进行信号FFT计算，不便于信号的进一步分析；(4)所使用的检测电路只能实现信号幅值的显示，不能输出到其它设备进行记录和分析。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术上的不足，提供一种以数字信号锁定为特征的空间磁场检测器，实现对空间磁场的多频带和多频点的信号测量，测量信息实时显示，并以模拟量的形式将测量的空间磁场信息输出到其它设备中。本发明具体采用以下技术方案。一种数字信号锁定型空间磁场检测系统，包括空心线圈12、空间磁场信号预制单元11、预制信号发生器9和数字锁定信号处理单元10，其特征为通过所述空心线圈12感应故障线路的空间磁场信号，将所述空间磁场信号输入到空间磁场信号预制单元11中，对所述空间磁场信号进行放大、滤波处理；经所述空间磁场信号预制单元11对所述空间磁场信号进行放大、滤波后的输出信号输入至数字锁定信号处理单元10中；所述预制信号发生器9产生幅值、相位和频率可以实时编程控制的正弦波、方波或者三角波；根据数字锁定信号处理单元10输出的控制指令，预制信号发生器9实时生成控制指令所确定的幅值、相位和频率的方波、正弦波或者三角波，并将这个所生成的信号输入至所述数字锁定信号处理单元10 ；数字锁定信号处理单元10根据所述空间磁场信号的频率和幅值特征分别输出控制指令到空间磁场信号预制单元11和预制信号发生器9中，实时调整空间磁场信号预制单元11中通道滤波频率，以及预制信号发生器9所生成方波、正弦波或者三角波的幅值、相位和频率，构成信号闭环反馈结构；
所述数字锁定信号处理单元10根据所述空间磁场信号和预制信号进行计算得到的所述空间磁场信号的幅值和相位，以及与所述空间磁场信号幅值成比例的模拟电压信号；并在液晶显示器8上显示所述计算结果，同时驱动数字/模拟转换器7，输出与所述空间磁场信号成比例的模拟电压信号。数字信号锁定型空间磁场检测系统采用手持式结构，利用电池供电。与现有技术相比较，本发明的优点如下(1)通过空间磁场信号预制单元和预制信号发生器与中央处理器构成数字信号锁定，可以实现对空间磁场的任意频点和任意频段的信号检测。(2)通过中央处理器和空间磁场信号预制单元，可以对所采集到的信号进行数值计算，实现对信号的幅值、相位、频率以及FFT计算。(3)通过中央处理器和数字模拟转换器，可以实现输出与空间磁场信号成比例的模拟电压信号，方便连接到其它设备上进行分析和存储。
图1是本发明数字信号锁定型空间磁场检测系统结构示意图；图2是本发明空间磁场信号预制单元的原理图；图3是本发明预制信号发生器的原理图；图4是本发明数字锁定信号处理单元的原理图。图中标号1-初级放大器，2-频带定制滤波器，3-后级放大器，4-A/D模拟/数字转换器， 5-键盘，6-CPU中央处理器，7-D/A数字模拟转换器，8-液晶显示器，9-预制信号发生器， 10-数字锁定信号处理单元，11-空间磁场信号预制单元，12-空心线圈。
具体实施例方式本发明提供了一种以数字信号锁定型空间磁场检测系统，下面结合附图，通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。如图1所示是本发明数字信号锁定型空间磁场检测系统结构示意图。本发明公开的数字信号锁定型空间磁场检测系统包括空心线圈12、空间磁场信号预制单元11、预制信号发生器9和数字锁定信号处理单元10。通过空心线圈12感应故障线路的空间磁场信号， 并将测量的空间磁场信号输入到空间磁场信号预制单元11中，对空间磁场输入信号进行偏置和放大；然后根据所需要测量的空间磁场的频率范围，数字锁定信号处理单元(10)输出控制指令，调整空间磁场信号预制单元11的通带频率和带宽，对放大后的信号进行带通滤波，最后再进行信号放大。预制信号发生器(9)产生幅值、相位和频率可以实时编程控制的正弦波、方波或者三角波；根据数字锁定信号处理单元(10)输出的控制指令，预制信号发生器(9)实时生成控制指令所确定的幅值、相位和频率的方波、正弦波或者三角波，并将这个所生成的信号输入至所述数字锁定信号处理单元(10)；空间磁场信号预制单元11的输出信号和预制信号发生器9的输出信号输入到数字锁定信号处理单元10中，数字锁定信号处理单元10根据空间磁场信号的频率和幅值特征输出控制信号到空间磁场信号预制单元11和预制信号发生器9中，实时调整空间磁场信号预制单元(11)中通道滤波频率，以及预制信号发生器(9)所生成方波、正弦波或者三角波的幅值、相位和频率，构成信号闭环反馈结构，数字锁定信号处理单元10接收并对空间磁场信号和预制信号进行计算
权利要求
1.一种数字信号锁定型空间磁场检测系统，包括空心线圈(12)、空间磁场信号预制单元(11)、预制信号发生器(9)和数字锁定信号处理单元(10)，其特征为通过所述空心线圈(12)感应故障线路的空间磁场信号，将所述空间磁场信号输入到空间磁场信号预制单元(11)中，对所述空间磁场信号进行放大、滤波处理；经所述空间磁场信号预制单元(11)对所述空间磁场信号进行放大、滤波后的输出信号输入至数字锁定信号处理单元(10)中；所述预制信号发生器(9)产生幅值、相位和频率可以实时编程控制的正弦波、方波或者三角波；根据数字锁定信号处理单元(10)输出的控制指令，预制信号发生器(9)实时生成控制指令所确定的幅值、相位和频率的方波、正弦波或者三角波，并将这个所生成的信号输入至所述数字锁定信号处理单元(10)；数字锁定信号处理单元(10)根据所述空间磁场信号的频率和幅值特征分别输出控制指令到空间磁场信号预制单元(11)和预制信号发生器(9)中，实时调整空间磁场信号预制单元(11)中通道滤波频率，以及预制信号发生器(9)所生成方波、正弦波或者三角波的幅值、相位和频率，构成信号闭环反馈结构；所述数字锁定信号处理单元(10)根据所述空间磁场信号和预制信号进行计算得到的所述空间磁场信号的幅值和相位，以及与所述空间磁场信号幅值成比例的模拟电压信号； 并在液晶显示器(8)上显示所述计算结果，同时驱动数字/模拟转换器(7)，输出与所述空间磁场信号成比例的模拟电压信号。
2.根据权利要求1所述的数字信号锁定型空间磁场检测系统，其特征为所述空间磁场信号预制单元(11)由初级放大器(1)、频带定制滤波器O)、后级放大器 ⑶组成；所述空心线圈(12)输出的空间磁场信号首先输入至所述初级放大器，进行信号的偏置和放大，然后通过所述频带定制滤波器( 进行滤波处理，根据所需要测量的空间磁场的频率范围，数字锁定信号处理单元(10)输出控制指令，控制频带定制滤波器O)中的电位器数值，调整频带定制滤波器O)的通带频率和带宽，对初级放大器的输出信号进行带通滤波，最后经后级放大器C3)第二次信号放大后输入至所述数字锁定信号处理单元 (10)。
3.根据权利要求2所述的数字信号锁定型空间磁场检测系统，其特征为所述初级放大器(1)由第11-13电阻(R11、R12、R13)和电位器(R14)以及第1运算放大器(Ul)构成，第12电阻(R12)跨接在空心线圈(12)输出端和第1运算放大器(Ul)的反相输入端之间，第13电阻(R13)跨接在第1运算放大器(Ul)的正相输入端和信号地之间， 第11电阻(Rll)跨接在第1运算放大器(Ul)的反相输入端和输出端之间，电位器(R14) 跨接在第1运算放大器(Ul)的偏置正端和偏置负端之间，电位器(R14)的调节端接到第1 运算放大器(Ul)的负电源端；所述频带定制滤波器O)由滤波器UAF42、第4电压跟随器(U4)、第6电压跟随器(U6) 和数字电位器X9241构成，滤波器UAF42的第2脚连接第1运算放大器(Ul)的输出脚，第 31电阻(R31)跨接在滤波器UAF42的第2脚和信号地之间，第32电阻(R3》跨接在滤波器 UAF42的第12脚和第8脚之间，第31电容(C31)跨接在滤波器UAF42的第7脚和第8脚之间，第32电容￠3 跨接在滤波器UAF42的第1脚和第14脚之间，数字电位器X9241的第6脚连接到所述滤波器UAF42的第14脚，数字电位器X9M1的第7脚连接到滤波器UAF42 的第3脚，第4电压跟随器(U4)跨接在数字电位器X9241的第1脚和第7脚之间，第6电压跟随器(U6)跨接在数字电位器X9241的第19脚和第11脚之间，数字电位器X9241的第 9脚和第14脚与数字锁定信号处理单元(10)相连接；所述后级放大器(3)由第21-23电阻(R21、R22、R23)和第2运算放大器(U2)构成，第22电阻(R22)跨接在滤波器UAF42的第1脚和第1运算放大器(Ul)的反相输入端之间，第23电阻(R2!3)跨接在第1运算放大器(Ul)的正相输入端和信号地之间，第21电阻(R21)跨接在第1运算放大器(Ul)的反相输入端和输出端之间，第1运算放大器(Ul)的输出端与数字锁定信号处理单元(10)相连接。
4.根据权利要求1所述的数字信号锁定型空间磁场检测系统，其特征为所述预制信号发生器(9)由信号发生器AD9833、基准电压源AD584、运算放大器0P07 和有源晶振和第41-43电阻(R41、R42、R43、R44)构成，有源晶振连接到信号发生器AD9833 的第5脚，信号发生器AD9833通过由800欧姆电阻与0. 01uF、20pF、IuF电容所构成的滤波网络后与第43电阻(R43)连接，基准电压源AD584的第1、2脚与第42电阻(R42)连接，第 42,43电阻(R42、R43)与运算放大器0P07的同相端连接，第41电阻(R41)与运算放大器 0P07的反相端连接，第44电阻(R44)跨接在运算放大器0P07的反相端和输出端之间，运算放大器0P07的输出端与数字锁定信号处理单元(10)相连接。
5.根据权利要求1所述的数字信号锁定型空间磁场检测系统，其特征为数字信号锁定型空间磁场检测系统采用手持式结构，利用电池供电。
全文摘要
本发明公开了一种数字信号锁定型空间磁场检测系统，该系统由空心线圈、空间磁场信号预制单元、预制信号发生器、数字锁定信号处理单元组成，空心线圈将磁场信号转换为电压信号后，传输到空间磁场信号预制单元，空间磁场信号预制单元将信号传输到数字锁定信号处理单元，数字锁定信号处理单元根据信号特征实时调整空间磁场信号预制单元和预制信号发生器，构成信号闭环反馈结构，数字锁定信号处理单元接收并对空间磁场信号和预制信号进行计算，在液晶显示器上显示，同时驱动数字/模拟转换器，实时输出与空间磁场信号成比例的模拟电压信号。本发明技术成熟、可靠性高。
文档编号G01R33/02GK102495380SQ20111041300
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月13日 优先权日2011年12月13日
发明者向勇, 张磊, 李岩松, 李砚, 范建磊, 齐郑 申请人:北京丹华昊博电力科技有限公司, 华北电力大学
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