基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置的制作方法

1.本实用新型涉及配电变压器故障监测技术领域，尤其涉及基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置。


背景技术：

2.智能配变可视化前端状态感知系统用于配电变压器负荷运行及故障监测，是一套具有远程传输能力的分布监控、集中管理、及时通知型的智能化配电变压器综合管控平台。可采集配电变压器的运行参数，并能将采集的信息传送至主站或其他的智能装置，为配电系统远程运行、控制及管理提供所需的数据，可以进一步分析配电变压器的状态，实现配电变压器的状态检修，风险评估。
3.配电变压器作为配电网电能运输的核心设备，在输送、分配和使用过程中发挥着重要的作用。为了避免因配电变压器故障而引发的更大危害，实现配电变压器状态监测与故障预测是减少电网故障、提升电网质量的关键点。由于配电变压器受运行特性和制作工艺的影响，在运行中不可避免的产生较大的噪声，它主要是由本体持续振动引起的。一般在配电变压器表面安装噪声传感器，获取设备运行过程的产生噪声信号，经过信号处理电路处理后输出至微处理器，微处理器提取其时域及频域特征信息，构成表征设备运行状态的信息，进而采用一定的故障诊断方法评估设备的工作状态。
4.由于噪声传感器检测到噪声信号非常微弱，经研究发现噪声信号频率覆盖范围为5hz～1000hz，且现场存在多种干扰源，会导致有用信号淹没在干扰信号中，无法提取特定频率范围的噪声信号进行故障分析。因此，为了解决上述问题，本实用新型提供基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置，通过在信号处理电路中设置两级放大器以及带通滤波器，通过两级放大器可以对微弱信号进行放大，并与拾取噪声信号，通过带通滤波器滤除两级放大器输出信号中参杂的干扰信号，可以将噪声信号从干扰信号中提取出来。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提出了基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置，通过在信号处理电路中设置两级放大器以及带通滤波器，通过两级放大器可以对微弱信号进行放大，并与拾取噪声信号，通过带通滤波器滤除两级放大器输出信号中参杂的干扰信号，可以将噪声信号从干扰信号中提取出来。
6.本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置，其包括噪声传感器、放大电路、加法电路和微处理器，还包括带通滤波器；
7.放大电路包括一级放大器和二级放大器；
8.噪声传感器检测配网变压器运行过程的产生噪声信号，噪声传感器的输出端通过一级放大器与二级放大器的输入端电性连接，二级放大器的输出端通过带通滤波器与加法电路的输入端电性连接，加法电路的输出端与微处理器的模拟输入端电性连接。
9.在以上技术方案的基础上，优选的，一级放大器包括：电阻r1
‑
r3、电容c1和运算放大器opa690idr；
10.噪声传感器的输出端通过电阻与运算放大器opa690idr的反相输入端电性连接，运算放大器opa690idr的同相输入端通过电阻r2接地，电阻r3并联在运算放大器opa690idr的反相输入端及其输出端之间，电容c1并联在电阻r3的两端，运算放大器opa690idr的输出端与二级放大器的输入端电性连接。
11.在以上技术方案的基础上，优选的，带通滤波器为四阶有源带通滤波器。
12.在以上技术方案的基础上，优选的，加法电路包括偏置电路和加法器；
13.偏置电路与加法器的同相输入端电性连接，二级放大器的输出端通过带通滤波器与加法器的反相输入端电性连接，加法器的输出端与微处理器的模拟输入端电性连接。
14.在以上技术方案的基础上，优选的，加法电路还包括稳压电路；
15.偏置电路通过稳压电路与加法器的同相输入端电性连接。
16.在以上技术方案的基础上，优选的，稳压电路包括电压跟随器和放大器；
17.偏置电路与电压跟随器的输入端电性连接，电压跟随器的输出端通过放大器与加法器的同相输入端电性连接。
18.本实用新型的基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置相对于现有技术具有以下有益效果：
19.(1)在噪声传感器的后级设置两级放大器对微弱信号进行放大，便于拾取噪声信号以及便于将噪声信号从干扰信号中提取出来，避免小信号无法被采集的情况；
20.(2)在两级放大器的后级设置四阶带通滤波器，可以获得较高滤波效果的同时，将有用的噪声信号提取出来，从而提高测量精度；
21.(3)在加法电路中偏置电路的输出端设置稳压电路，对偏置电路输出的基准电压信号进行稳压处理，使其不随负载变化而变化，保证偏置电路的输出稳定，从而提高采样精度。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置的结构图；
24.图2为本实用新型基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置中放大电路电路图；
25.图3为本实用新型基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置中加法电路的电路图。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部
的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1所示，本实用新型的基于智能配变可视化管控平台的噪声信号感知装置，其包括噪声传感器、放大电路、带通滤波器、加法电路和微处理器。
28.配网变压器内部产生噪声的大小取决于变压器的容量大小、内部结构、制作材质、磁通密度和振动特性。经统计，配网变压器内部产生噪声的频率从5hz到1000hz不等，为了便于基于噪声信息构成表征配网变压器运行状态的信息，并结合故障诊断方法评估设备的工作状态。本实施例中噪声传感器采集5hz～1000hz频率范围的噪声信号，并且将噪声信号转换为交流电信号输出至放大电路。
29.放大电路，对微弱信号进行放大。由于现场存在多种干扰源，会导致有用信号淹没在干扰信号中，无法提取特定频率范围的噪声信号进行故障分析。因此，为了解决上述问题，本实施例中设置两级放大器以及带通滤波器，通过两级放大器可以对微弱信号进行放大，并与拾取噪声信号，通过带通滤波器滤除两级放大器输出信号中参杂的干扰信号，可以将噪声信号从干扰信号中提取出来。如图1所示，放大电路包括一级放大器和二级放大器；噪声传感器的输出端通过一级放大器与二级放大器的输入端电性连接，二级放大器的输出端通过带通滤波器与加法电路的输入端电性连接，加法电路的输出端与微处理器的模拟输入端电性连接。本实施例中，一级放大器和二级放大器的结构可以相同，也可以不同。在此设置为相同，因此，本实施例只介绍一级放大器的结构。
30.优选的，如图2所示，一级放大器包括：电阻r1
‑
r3、电容c1和运算放大器opa690idr；其中，噪声传感器的输出端通过电阻与运算放大器opa690idr的反相输入端电性连接，运算放大器opa690idr的同相输入端通过电阻r2接地，电阻r3并联在运算放大器opa690idr的反相输入端及其输出端之间，电容c1并联在电阻r3的两端，运算放大器opa690idr的输出端与二级放大器的输入端电性连接。图2中，电容c0起到隔离直流信号的作用，避免直流信号进入运算放大器opa690idr，造成运算放大器的放大效果无法达到预期效果；并联的电阻r3和电容c1用以补偿运算放大器opa690idr反相节点的寄生电容，进而保持运算放大器opa690idr稳定性。
31.带通滤波器，对放大电路拾取信号进行滤波处理。由电阻、电感和电容组成的高阶无源带通滤波器对信号具有较大的衰减，在噪声传感器输出信号本身就很微弱的前提下，并不适合使用高阶无源带通滤波器提取噪声信号，因此，本实施例中采用运算放大器组成的有源高通滤波器和有源低通滤波器实现高阶有源带通滤波器。为了获取更好的滤波效果，本实施例中，将带通滤波器的阶数设置为四阶。
32.由于噪声传感器输出信号为
±
5v交流信号，以0v为基准电压波动，由于后级运算放大器极限值的限制，使得
±
5v交流信号中小于0v的半波形无法得到放大，为了可以采集到负半波信号，一般在噪声放大器输出信号中叠加一恒定直流电压，将噪声传感器输出交流信号的0v基准电压抬升，采用电压抬升的方法使得加法电路输出可被微处理器a/d引脚采样的正值电压信号。本实施例中，采用电压抬升的方式将交流信号与偏置电路输出的基准电压进行相加，使得振动传感器输出信号便于被微处理器采集。但是偏置电路输出的基准电压易受负载影响导致其输出不稳定，使得加法电路输出不稳定，部分信号不能被微处理器采样。因此，为了解决上述问题，本实施例中，在加法电路中设置了稳压电路，对偏置电
路输出的基准电压信号进行稳压处理，使其不随负载变化而变化，保证偏置电路的输出稳定，从而提高采样精度。优选的，如图1所示，本实施例中，加法电路包括：偏置电路、稳压电路和加法器；二级放大器的输出端通过带通滤波器与加法电路的反相输入端电性连接，偏置电路通过稳压电路与加法器的同相输入端电性连接，加法器的输出端与微处理器的模拟输入端电性连接。
33.偏置电路，给加法电路的同相输入端提高幅值稳定的基准电压信号。本实施例中，如图3所示，其包括阻值相等的电阻r24和电阻r25，输入电源是5v，因此，偏置电路提供2.5v的基准电压。
34.稳压电路，对偏置电路输出的基准电压信号进行稳压处理，使其不随负载变化而变化，保证偏置电路的输出稳定，从而提高采样精度。稳压电路包括电压跟随器和放大器；偏置电路与电压跟随器的输入端电性连接，电压跟随器的输出端通过放大器与加法器的同相输入端电性连接。其中，电压跟随器用于提高输入阻抗以及起到缓冲的作用，可采用现有的电压跟随器电路结构实现本实施例的效果；放大器用于调节基准电压的幅值大小，当负载变化时，通过调节放大器放大倍数从而保证偏置电路输出信号稳定，不会跟随负载变化而变化。优选的，放大器的电路结构如图3所示，通过调节电阻r26和电阻r27的阻值可以调节放大器的放大倍数，本实施例中，电阻r26/r27的值为0.5，因此，2.5v的基准电压经过放大器后变为1.25v的电压信号后输入至加法器的同相输入端。
35.加法器，对噪声传感器输出信号进行电压抬升，将噪声传感器输出交流信号的0v基准电压抬升，以便被微处理器采集。本实施例中，二级放大器的输出端通过带通滤波器与加法器的反相输入端电性连接，偏置电路通过稳压电路与加法器的同相输入端电性连接，加法器的输出端与微处理器的模拟输入端电性连接。优选的，如图3所示，加法器包括运算放大器ad8605、电阻r14、二极管d3和二极管d4。其中，二极管d3和二极管d4起到限幅作用，限制运算放大器ad8605的同相输入端和反相输入端的输入信号幅值，起到保护运算放大器ad8605输入级的作用。本实施例中，运算放大器ad8605的反相输入端输入
±
5v的电压信号，运算放大器ad8605的同相输入端输入1.25v的电压信号，经过运算放大器ad8605处理后，最终输出
‑
3.25
‑
6.25v的信号，将噪声传感器输出
±
5v信号的中间值从0抬升至1.25v，使得微处理器可以采集
±
5v交流信号负半波的信号。
36.微处理器，接收加法电路输出的信号，并做模数转换处理。本实施例中并限制微处理器的型号。
37.本实施例的工作原理为：噪声传感器输出信号经过一级放大器和二级放大器放大后，输入至四阶有源带通滤波器中进行滤波，滤除频带外的干扰信号，获得5hz～1000hz频率范围的噪声信号，滤波后的信号输入至加法器的反相输入端，偏置电路提供偏置电压，该偏置电压经过稳压电路进行稳定后输入至加法器的同相输入端，加法器将偏置电压与滤波后的电压进行加法处理，使得噪声传感器输出信号的中心值抬升，便于被后级微处理器采样。
38.本实施例的有益效果为：在噪声传感器的后级设置两级放大器对微弱信号进行放大，便于拾取噪声信号以及便于将噪声信号从干扰信号中提取出来，避免小信号无法被采集的情况；
39.在两级放大器的后级设置四阶带通滤波器，可以获得较高滤波效果的同时，将有
用的噪声信号提取出来，从而提高测量精度；
40.在加法电路中偏置电路的输出端设置稳压电路，对偏置电路输出的基准电压信号进行稳压处理，使其不随负载变化而变化，保证偏置电路的输出稳定，从而提高采样精度。
41.以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。