專利名稱：一種過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高電壓測試技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種電網(wǎng)過電壓波形采
集裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的工作可靠性與其絕緣水平和過電壓大小密切相關(guān)。運行經(jīng)驗表明，由過電壓引起的事故在電力系統(tǒng)事故中占主導(dǎo)地位。因此對電網(wǎng)過電壓進行在線監(jiān)測，并根據(jù)其提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采取快速響應(yīng)抑制措施，對保證電網(wǎng)安全運行具有重要意義。數(shù)據(jù)采集單元是過電壓在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分之一，其精度和性能直接決定了整個監(jiān)測系統(tǒng)的性能指標(biāo)。電力系統(tǒng)中的過電壓究其根本可分為內(nèi)部過電壓和外部過電壓兩大類型，內(nèi)部過電壓又可分為操作過電壓和暫時過電壓，外部過電壓即大氣過電壓。電力系統(tǒng)中內(nèi)、夕卜過電壓信號的波形形態(tài)和特征參量之間的差異非常大，外過電壓波頭陡、持續(xù)時間短而內(nèi)過電壓波頭較緩、持續(xù)時間相對較長，這對采集卡的功能和性能提出了很高的要求。目前應(yīng)用于電力系統(tǒng)的過電壓監(jiān)測系統(tǒng)中采集卡的采集頻率一般為I 20kHz，很難滿足記錄電力系統(tǒng)外過電壓的要求。電力系統(tǒng)大氣過電壓波頭陡，等效頻率高，實際工程中為了滿足測量雷電過電壓功能，要求采集卡采樣頻率一般要大于10MHz。而內(nèi)過電壓的持續(xù)時間較長，若以高速的采樣頻率完整采集內(nèi)過電壓信號會產(chǎn)生較大的數(shù)據(jù)量，對數(shù)據(jù)存儲、傳輸、分析和保存都會帶來不便，同時也降低了監(jiān)測系統(tǒng)的實時性。如何在較小容量的存儲器條件下完整記錄電網(wǎng)內(nèi)、外過電壓是過電壓采集卡的主要技術(shù)難點。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種具有變頻采樣功能的采集卡， 適合各種類型過電壓的測量，可完整記錄雷電過電壓波形和長時間操作過電壓波形。 本實用新型上述技術(shù)問題這樣解決，構(gòu)造一種過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于，包括用于實現(xiàn)時鐘/時序控制、觸發(fā)邏輯控制、A/D采樣控制、數(shù)據(jù)存儲、計算機命令譯碼功能的復(fù)雜可編程邏輯器件即CPLD控制單元，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，用于保存采集數(shù)據(jù)的隨機存取存儲器RAM，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC所要求輸入信號的信號調(diào)理電路，所述數(shù)據(jù)采集卡還包括模擬信號輸入通道、外觸發(fā)信號輸入通道和內(nèi)部時鐘。在本實用新型上述過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡中，所述CPLD控制單元包括由外觸發(fā)信號輸入通道提供輸入端而輸出端通過采樣時鐘連接到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路ADC的觸發(fā)控制邏輯、由內(nèi)部時鐘提供輸入端的時鐘/時序接口、與隨機存取存儲器RAM互為輸入端和輸出端的存儲器接口以及與計算機總線互為輸入端和輸出端的總線接口。在本實用新型上述過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡中，所述信號調(diào)理電路由所述輸入通道提供輸入端而輸出端連接到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路ADC。[0007]在本實用新型上述過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡中，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路ADC由所述信號調(diào)理電路提供輸入端而輸出端連接到所述隨機存取存儲器RAM。在本實用新型上述過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡中，所述隨機存取存儲器RAM由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路ADC提供輸入端而輸出端通過數(shù)據(jù)連接到所述存儲器接口。實施本實用新型的有益效果是:1)本實用新型適合各種類型過電壓的監(jiān)測；2)本實用新型采用預(yù)觸發(fā)技術(shù)，不僅可以監(jiān)測過電壓到來后線路中的電壓波形，而且可以記憶過電壓發(fā)生前的狀況；3)本實用新型不僅能實現(xiàn)內(nèi)過電壓波形的重現(xiàn)，還能借助分析軟件對內(nèi)過電壓波形進行頻譜分析，深入研究內(nèi)過電壓的發(fā)生細節(jié)；4)本實用新型可利用計算機進行數(shù)據(jù)的采集、存儲和分析，實時記錄過電壓發(fā)生時間和幅值、過電壓類型、持續(xù)時間、過電壓陡度和頻率分量等參數(shù)。

圖1為本實用新型過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡實施例的主程序流程圖；圖3為本實用新型過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡實施例的預(yù)觸發(fā)變頻采樣程序框圖；圖4為本實用新型過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡實施例的初始化程序流程框具體實施方式
下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明:本實用新型過電壓監(jiān)測 用數(shù)據(jù)采集卡的技術(shù)參數(shù)如下:1)采樣頻率為1-50MHZ ；2)存儲深度為48M ;3)最高采樣速率為50MSps/CH ;4)輸入信號帶寬為OHz IOMHz ;5)直流精度誤差彡±0.5% ；6)通道間無相位差；7)帶內(nèi)波動彡±0.1dB(OHz IMHz) ；8)信噪比彡65dB ；9)通道間隔離度> 90dB。本實用新型過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡采樣軟件采用WinDriver編寫底層驅(qū)動程序，用于對采集卡進行驅(qū)動、信號處理和參數(shù)的測量，其波形分析軟件用Delphi7.0編寫，軟件界面友好，功能強大，不僅能進行波形的重現(xiàn)、縮放、FFT交換，而且能實現(xiàn)極值檢測、電壓平均值/有效值的計算功能。如圖2，本實用新型過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡啟動采集工作前先由計算機11對其進行初始化并發(fā)出A/D轉(zhuǎn)換命令，接到命令后采集卡提供A/D采樣時鐘信號，啟動內(nèi)部計數(shù)器O作為存儲器的地址發(fā)生器，并同步地址發(fā)生器的時鐘與采樣時鐘信號。數(shù)據(jù)采集卡啟動采樣時，模擬信號由輸入通道I輸出，經(jīng)信號調(diào)理電路2處理后進入模數(shù)轉(zhuǎn)換電路3被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，采樣時鐘按照設(shè)定高頻采樣頻率Fl對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行循環(huán)采集和循環(huán)存儲，與此同時，CPLD控制單元12同步提供隨機存取存儲器RAM4的地址信號和寫信號，數(shù)據(jù)采集卡同時進行數(shù)據(jù)的采集和存儲，將采集數(shù)據(jù)存到對應(yīng)的隨機存取存儲器RAM4中，并自動增加地址。若采樣點數(shù)超過隨機存取存儲器RAM4最大容量，新數(shù)據(jù)覆蓋舊數(shù)據(jù)。CPLD控制單元12中的觸發(fā)邏輯控制7用于判斷過電壓監(jiān)測系統(tǒng)是否存在過電壓信號，若監(jiān)測系統(tǒng)無過電壓信號，數(shù)據(jù)采集卡繼續(xù)進行循環(huán)采樣，若監(jiān)測系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓信號，數(shù)據(jù)采集卡則按照預(yù)觸發(fā)變頻采樣原理工作。當(dāng)隨機存取存儲器RAM4數(shù)據(jù)存滿后，采樣隨即停止，數(shù)據(jù)采集卡通知計算機11讀取隨機存取存儲器RAM4數(shù)據(jù)，計算機11接收到采樣完成信號并讀取隨機存取存儲器RAM4數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取結(jié)束后，計算機11對數(shù)據(jù)采集卡重新初始化并開啟A/D采樣命令，數(shù)據(jù)采集卡依上述步驟開始新的循環(huán)。如圖3，當(dāng)CPLD控制單元12接收到外部觸發(fā)信號后，啟動其內(nèi)部計數(shù)器I和計數(shù)器2分別從零開始計數(shù)。在計數(shù)器計數(shù)期間，若計數(shù)器2的計數(shù)長度=存儲器長度L-預(yù)觸發(fā)長度L1-變頻長度L2，采樣時鐘和地址發(fā)生器的時鐘被切換為設(shè)定的頻率F2，若計數(shù)器I的計數(shù)長度=存儲器長度L-預(yù)觸發(fā)長度L1，采樣停止，數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出停止采樣信號，通知計算機讀取數(shù)據(jù)。如圖4，本實用新型過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡實施例的初始化程序流程的具體步驟為:1)采集卡狀態(tài)清零；2)地址清零；3)設(shè)置A/D模式；4)設(shè)置采樣頻率控制字；5)設(shè)置預(yù)觸發(fā)長度；6)設(shè)置變頻采樣頻率控制字。上面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上述的具體實施方式
，上述 的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于，包括用于實現(xiàn)時鐘/時序控制、觸發(fā)邏輯控制、A/D采樣控制、數(shù)據(jù)存儲、計算機命令譯碼功能的復(fù)雜可編程邏輯器件即CPLD控制單元(12 )，用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (3 )，用于保存采集數(shù)據(jù)的隨機存取存儲器RAM (4),用于將模擬信號轉(zhuǎn)換為模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC (3)所要求輸入信號的信號調(diào)理電路(2)，所述數(shù)據(jù)采集卡還包括模擬信號輸入通道(I)、外觸發(fā)信號輸入通道(5)和內(nèi)部時鐘(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于，所述CPLD控制單元(12)包括由外觸發(fā)信號輸入通道(5)提供輸入端而輸出端通過采樣時鐘連接到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路ADC (3)的觸發(fā)控制邏輯(7)、由內(nèi)部時鐘(6)提供輸入端的時鐘/時序接口(8)、與隨機存取存儲器RAM (4)互為輸入端和輸出端的存儲器接口(10)以及與計算機總線(11)互為輸入端和輸出端的總線接口(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于所述信號調(diào)理電路(2)由所述輸入通道(I)提供輸入端而輸出端連接到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路ADC (3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路ADC (3)由所述信號調(diào)理電路(2)提供輸入端而輸出端連接到所述隨機存取存儲器RAM (4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于所述隨機存取存儲器RAM (4)由所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路ADC (3)提供輸入端而輸出端通過數(shù)據(jù)(14)連接到所述存儲器接口(10)。
專利摘要一種過電壓監(jiān)測用數(shù)據(jù)采集卡，屬于高電壓測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電網(wǎng)過電壓波形采集裝置，所述過電壓監(jiān)測系統(tǒng)用數(shù)據(jù)采集卡包括輸入通道(1)、信號調(diào)理電路(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC(3)、隨機存取存儲器RAM(4)、外觸發(fā)信號輸入電路(5)、內(nèi)部時鐘(6)、CPLD控制單元(12)和計算機(11)。本實用新型基于過電壓變頻采樣原理，針對外過電壓等效頻率高、持續(xù)時間短而內(nèi)過電壓等效頻率低，持續(xù)周期長的特點進行開發(fā)和設(shè)計，適合各種過電壓的測量，可完整記錄雷電過電壓波形和長時間操作過電壓波形。
文檔編號G01R19/00GK203117254SQ20122052064
公開日2013年8月7日 申請日期2012年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月11日
發(fā)明者黃興倉, 周丹, 馬慶龍, 段軍鵬, 董俊賢, 胥均, 錢志文, 王柳青, 劉麗琴 申請人:云南電網(wǎng)公司楚雄供電局, 昆明盛潤泰電子技術(shù)有限公司